基于五星教學(xué)原理的初中科學(xué)的問題解決教學(xué)

陳鋒++王健

摘 要：本文總結(jié)了對當(dāng)代國際著名教育技術(shù)理論家梅里爾教授的“五星教學(xué)原理”進行本土化、學(xué)科化、操作化的研究與實踐。努力克服單憑經(jīng)驗教學(xué)的弊端，構(gòu)建了“基于五星教學(xué)原理的問題教學(xué)新范式”，并提供了符合學(xué)習(xí)者心理發(fā)展的優(yōu)質(zhì)高效的初中科學(xué)概念的問題解決教學(xué)的范例。

關(guān)鍵詞：五星教學(xué)原理；問題解決教學(xué)；初中科學(xué)；概念教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）7-0008-5

新課程改革是我們對好的教育的期待，問題解決教學(xué)的積極倡導(dǎo)者波利亞對“好的教育”提出了自己的看法。他認為“什么是好的教育？那就是系統(tǒng)地給學(xué)生提供自己發(fā)現(xiàn)事物的機會……”，在這里他強調(diào)了“好的教育”的評價標(biāo)準(zhǔn)就是能夠讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。因此，“問題解決”教學(xué)作為一種教學(xué)模式，它和新課程改革的基本理念是相通的，換句話說，“問題解決”教學(xué)模式是實現(xiàn)新課程改革的一個具體有效的策略。

1 當(dāng)前初中科學(xué)教學(xué)中存在的問題

在對當(dāng)前初中科學(xué)教學(xué)的調(diào)研中，我們發(fā)現(xiàn)：

（1）學(xué)生缺乏提出問題的習(xí)慣

在教學(xué)中，教師講、學(xué)生聽已經(jīng)是司空見慣的常規(guī)，很少有學(xué)生在聽的過程中主動要求回答教師提的問題，更不要說學(xué)生主動提問題了。有調(diào)查數(shù)據(jù)表明：課堂中的教學(xué)對話有90%來自老師提問題和學(xué)生回答，10%來自學(xué)生的提問題。大部分學(xué)生只習(xí)慣于接受科學(xué)知識和解題訓(xùn)練，而不習(xí)慣懷疑和質(zhì)問。

（2）教師缺乏問題教學(xué)的思想

教師在教學(xué)中缺乏問題教學(xué)的思想，沒有創(chuàng)設(shè)有效問題教學(xué)的情景，不是把問題弄得太大導(dǎo)致無法入手，就是把問題分得太小而過于簡單，缺乏挑戰(zhàn)性。教學(xué)中沒有形成精心呵護學(xué)生問題意識、發(fā)展學(xué)生問題意識的氛圍，以致產(chǎn)生了“問了也白問”“白問誰還問”的尷尬局面。

造成以上問題的共同原因是許多教師仍是憑借著已有的經(jīng)驗開展教學(xué)，“以講代思”“以練代講”的教學(xué)比比皆是。然而，教師科學(xué)合理地進行“有效問題”的設(shè)計是有效教學(xué)的關(guān)鍵之一，必須深刻領(lǐng)會并遴選出當(dāng)代教學(xué)設(shè)計的理論與模式，從而指導(dǎo)初中科學(xué)教學(xué)中“有效問題”的設(shè)計，開發(fā)出符合學(xué)生認知規(guī)律的好課。

2 五星教學(xué)原理能設(shè)計綜合多樣的問題解決教學(xué)

當(dāng)代國際著名教育技術(shù)理論家梅里爾教授在借鑒認知理論和技術(shù)學(xué)等各種成果的基礎(chǔ)上，于2002年提出了“五星教學(xué)原理”， 又稱為“首要教學(xué)原理”，其博采行為、認知、建構(gòu)主義等諸多理論之眾長。五星教學(xué)原理的實質(zhì)是強調(diào)具體的教學(xué)任務(wù)（事實、概念、 程序或原理等）應(yīng)被置于循序漸進地解決實際問題的情境中來完成，即先向?qū)W習(xí)者呈現(xiàn)問題，然后針對各項具體任務(wù)展開教學(xué)，接著再展示如何將學(xué)到的具體知識運用到解決問題或完成整體任務(wù)中。只有達到了這樣的要求，才是符合學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)者心理發(fā)展要求的優(yōu)質(zhì)高效的教學(xué)。

五星教學(xué)原理強調(diào)了教學(xué)應(yīng)該聚焦解決問題，同時，以“激活舊知”“示證新知”“應(yīng)用新知”和“融會貫通”為循環(huán)圈開展教學(xué)活動。

3 基于五星教學(xué)原理的初中科學(xué)問題教學(xué)新范式

我們根據(jù)五星教學(xué)原理的五大原則，結(jié)合初中科學(xué)和問題教學(xué)的特點，開發(fā)了以下基于五星教學(xué)原理的初中科學(xué)問題教學(xué)新范式，如圖1所示。

■

圖1 基于五星教學(xué)原理的初中科學(xué)問題教學(xué)新范式

4 基于五星教學(xué)原理的“壓強”概念的問題解決教學(xué)案例

【課標(biāo)解讀】

（1）通過實驗，理解壓強。課標(biāo)將壓強概念定位在“理解”層次，要求學(xué)生通過實驗理解壓強。對于壓強知識，學(xué)生幾乎是一無所知，雖然學(xué)生對壓強概念非常陌生，但壓強的實例在生活中卻很廣泛，素材非常豐富。從學(xué)生的認知水平和認知特點來看，只要把兩者有機地結(jié)合起來，應(yīng)用和理解壓強都將變得容易。同時，也為后面液體﹑氣體壓強和流速與壓強的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（2）知道日常生活中增大和減小壓強的方法。這屬于“了解”層次，是鞏固壓強概念和深入學(xué)習(xí)的需要，同時更是為了讓學(xué)生能把知識應(yīng)用于日常生活。

【教學(xué)內(nèi)容】 認識壓力，會用控制變量法通過探究知道壓力的作用效果跟什么因素有關(guān)，會運用壓強公式解決生活中的問題和計算。

【教材分析】 浙教版教科書《科學(xué)》七年級下冊第三章第7節(jié)《壓強》，本節(jié)教材的主要內(nèi)容有：什么是壓力，探究壓力的作用效果與哪些思想因素有關(guān)，什么是壓強，怎樣增大和減小壓強。“探究壓力的作用效果跟哪些因素有關(guān)”是培養(yǎng)學(xué)生能力、提高素質(zhì)的主要載體。“什么叫壓強”是本節(jié)的主要知識點，本節(jié)教材從生活場景走進科學(xué)學(xué)習(xí)，又從科學(xué)學(xué)習(xí)走進社會應(yīng)用，體現(xiàn)了物理與生活、社會的密切聯(lián)系。

【學(xué)情分析】 在本節(jié)學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了密度，尤其是學(xué)習(xí)了兩個重要的力即重力和摩擦力，這些知識都是本節(jié)學(xué)習(xí)的認知基礎(chǔ)?？刂谱兞俊⒈戎刀x、對比、歸納等學(xué)習(xí)方法，在以前的學(xué)習(xí)中已有所涉及，這為本節(jié)課的探究學(xué)習(xí)提供了方法基礎(chǔ)。另外，初中學(xué)生有一定的觀察能力，也具備了較強的獨立思維能力，但抽象思維能力尚未成熟。對于本節(jié)所學(xué)習(xí)的壓力，學(xué)生已有了“壓力大作用效果明顯”的思維定勢和“壓力總等于重力”的誤區(qū)，這也是本節(jié)課要解決的難點所在。

【基于核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)】

（1）物理觀念

①理解壓力與重力的區(qū)別。

②理解壓力的作用效果跟哪些因素有關(guān)。

③理解壓強的概念，會運用壓強公式進行簡單的計算。

（2）科學(xué)思維

①通過科學(xué)探究，歸納得出壓力的作用效果跟哪些因素有關(guān)。

②通過參與科學(xué)探究，學(xué)習(xí)使用控制變量法，學(xué)會方案的設(shè)計和實驗表格的設(shè)計。

（3）實驗探究

①學(xué)會小組的實驗合作，學(xué)會觀察實驗現(xiàn)象，并能對實驗證據(jù)進行分析。

②通過實驗過程的探究和實驗證據(jù)的分析，學(xué)會歸納出實驗的結(jié)論。

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

①通過實驗探究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，使學(xué)生認識到科學(xué)方法的重要性。

②通過對日常生活、生產(chǎn)中壓強現(xiàn)象的解釋，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索物理學(xué)原理的精神和將物理知識應(yīng)用于日常生活、生產(chǎn)中的意識。

【教學(xué)重點】 建立并理解壓強的概念。

【教學(xué)難點】

（1）理解壓力和壓強的概念。

（2）比值定義法定義壓強。

【基于五星教學(xué)原理的教學(xué)設(shè)計】

以下是基于五星教學(xué)原理的初中科學(xué)問題教學(xué)新范式，并且每一階段都匹配上相應(yīng)的實際問題，如圖2所示，循環(huán)圈和每一階段中的問題都要循序漸進。

【教學(xué)過程】

Ⅰ.聚焦真實的中心問題

一位成年芭蕾舞演員在表演時腳尖觸地，一頭成年大象站在水平地面上時每只腳掌觸地。你認為哪種情況對地面的壓力作用效果更明顯？

學(xué)生討論：猜想影響壓力作用效果的因素——與壓力的大小有關(guān)，與受力面積的大小有關(guān)。

{設(shè)計意圖：教師設(shè)計了以上有趣的、極具挑戰(zhàn)性的問題，同時涉及壓力和接觸面積兩個因素，只考慮單一因素?zé)o法解答。營造創(chuàng)意氛圍，從而引發(fā)學(xué)生積極討論，激活學(xué)生的原有經(jīng)驗，并使該問題成為統(tǒng)攝本節(jié)課的中心問題。}

Ⅱ. 激活學(xué)生已有知識

問題2：壓力作用效果與哪些因素有關(guān)？

A.如圖3所示，用手指壓氣球，讓學(xué)生觀察發(fā)生了什么現(xiàn)象。

B.用同樣大小的力壓桌子，桌面形變嗎？用同樣大小的力壓地面，地面形變嗎？

{設(shè)計意圖：通過解決上述問題，“鋪墊相關(guān)舊知”或“補救所缺舊知”，充分體現(xiàn)五星教學(xué)原理中的第二階段是“激活舊知”，為下面體驗活動的順利進行搭建了支架。}

問題2.1：壓力和重力有區(qū)別嗎？什么時候兩者相等？

{設(shè)計意圖： 對于“重力”和“壓力”這兩個概念，學(xué)生往往容易錯誤地認為“壓力總是與重力相等”，甚至有些同學(xué)更極端，認為“壓力就是重力”。為了幫助學(xué)生深刻認識到這兩個概念的差異，設(shè)置了以下問題情境，如圖4所示，從而順利得出結(jié)論：在水平面上，壓力大小等于重力大小。}

問題2.2：兩個物體接觸時，哪部分為受力面積？

{設(shè)計意圖：教師創(chuàng)設(shè)如圖5的3種實驗情景，分別為：兩只腳與體重計接觸，一只腳與體重計接觸，屁股與體重計接觸。進一步讓學(xué)生分清受力面積和接觸面積，夯實學(xué)生學(xué)習(xí)壓強所必須具備的認知基礎(chǔ)。}

問題2.3：如何設(shè)計實驗來探究影響壓力作用效果的因素？

生：小組實驗，填寫以下活動單，如圖6所示。

{設(shè)計意圖：讓學(xué)生學(xué)會控制變量法，學(xué)會方案的設(shè)計和實驗表格的設(shè)計；學(xué)會小組的實驗合作，學(xué)會觀察實驗現(xiàn)象，并能對實驗證據(jù)進行分析；通過實驗過程的探究和實驗證據(jù)的分析，學(xué)會歸納實驗的結(jié)論，體現(xiàn)了五星教學(xué)原理中的“梳理舊知結(jié)構(gòu)”這一原理。}

Ⅲ. 有意義地展示相關(guān)新知識

問題3：你能用下定義法，給壓強下定義嗎？

問題3.1：當(dāng)壓力與受力面積都不同時，怎么比較壓力的作用效果？

問題3.2： 回顧前面剛學(xué)過的密度，你會用類比法來定義壓強嗎？

{設(shè)計意圖：進入五星教學(xué)原理中的第三階段“示證新知”，如圖7所示，通過定性的活動觀察讓學(xué)生能初步得出壓強與壓力大小和受力面積大小的關(guān)系，然后通過回顧密度的定義、公式和單位，讓學(xué)生學(xué)會類比的學(xué)習(xí)方法來定義壓強，體現(xiàn)了“知識編碼整合”這一原理，突出教師采用適切的教學(xué)方式將知識進行編碼整合，從而建立壓強的概念模型。}

Ⅳ.指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用新知識

問題4：請應(yīng)用壓強公式計算說明：芭蕾舞演員腳尖和大象哪個對地面壓強更大？

解決生活中問題：一位芭蕾舞演員在表演時腳尖觸地面積約9.5 cm2，體重約475 N，一頭成年大象站在水平地面上時，每只腳掌觸地面積約600 cm2，體重約60000 N。請通過計算，比較誰對地面的壓強大。

{設(shè)計意圖：五星教學(xué)原理中的第四階段是“嘗試練習(xí)”，要求教師在知識編碼整合、建立壓強概念模型的基礎(chǔ)上，嘗試應(yīng)用壓強模型，去解決實際生活中的問題——即本課的中心問題。同時體現(xiàn)了“漸減支架輔助”這一教學(xué)原理，從扶到放要循序漸進，完全放手要在課后應(yīng)用中實現(xiàn)。}

Ⅴ. 遷移解決生活中的新問題

問題5：通過壓強的學(xué)習(xí)，你能解決哪些生活問題？

問題5.1：通過觀看視頻，分析老人陷入泥坑的時候，怎么樣能夠不下陷？（播放中央電視臺播放的真實事件的視頻：2014年5月25日，一位老人睡不著，清晨3點外出散步，不小心踩入泥潭，他大聲呼救，而后消防隊員及（下轉(zhuǎn)第15頁）（上接第11頁）時趕到，他們會如何施救？）

問題5.2：當(dāng)你不小心踩入泥潭時，如何尋求幫助以及如何自救？

{設(shè)計意圖：五星教學(xué)原理中的第五階段是“融會貫通”。設(shè)計以上問題，能讓學(xué)生把所學(xué)知識應(yīng)用到現(xiàn)實生活中，真正使科學(xué)服務(wù)于生活，同時使學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本技能得到進一步的鞏固和加強。這也是五星教學(xué)原理倡導(dǎo)在“聚焦解決問題“的宗旨下，具體的概念教學(xué)任務(wù)被置于循序漸進的實際問題的情境中來完成。最后，通過所學(xué)內(nèi)容來解決現(xiàn)實問題，體現(xiàn)科學(xué)為生活服務(wù)、科學(xué)使人類更智慧地生活。}

5 反 思

五星教學(xué)原理是諸理論之集大成者，但本身只提供了一些較為抽象的標(biāo)準(zhǔn)或原則，國內(nèi)對這一理論具體應(yīng)用于課堂教學(xué)實踐的研究還較為有限，尤其在初中科學(xué)教學(xué)領(lǐng)域幾乎空白。

多年來，筆者帶領(lǐng)工作室的徒弟們做了大量的教學(xué)實踐研究，發(fā)現(xiàn)五星教學(xué)原理的確能夠匹配科學(xué)的事實、概念、規(guī)律、實驗等，并通過活動的載體，向?qū)W生呈現(xiàn)問題、開展教學(xué)，并且能較好地適合科學(xué)中的物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙、科學(xué)探究以及STSE等多種課程內(nèi)容。

本文總結(jié)了筆者的工作團隊對五星教學(xué)原理進行本土化、學(xué)科化、操作化的分析與實踐，構(gòu)建了“基于五星教學(xué)原理的問題教學(xué)新范式”，并指導(dǎo)設(shè)計出基于心理學(xué)和腦科學(xué)研究成果的高效問題解決教學(xué)，促進了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)。

參考文獻：

[1]盛群力，等.教學(xué)設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]陳愛芯.課程改革與問題解決教學(xué)[M]. 北京：首都師范大學(xué)出版社，2010.

（欄目編輯 趙保鋼）