在平衡與非平衡中 促進(jìn)學(xué)生思維的進(jìn)階發(fā)展
——以“大氣的壓強(qiáng)（第1課時(shí)）”教學(xué)為例

浙江省衢州市衢江區(qū)實(shí)驗(yàn)中學(xué) 汪小云

在構(gòu)建知識(shí)體系和模型的過程中發(fā)展思維，是《科學(xué)》學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)。有關(guān)研究表明學(xué)生的思維從自然狀態(tài)向高層次發(fā)展的過程并非呈簡(jiǎn)單的線性增長(zhǎng)，而是一系列復(fù)雜程度逐次增加的類似螺旋式的過程。“學(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題的概念時(shí)所遵循的連貫的、典型的學(xué)習(xí)路徑的描述”稱為學(xué)習(xí)進(jìn)階。學(xué)生思維進(jìn)階發(fā)展的規(guī)律提示我們“只有符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展、充分調(diào)動(dòng)其生活經(jīng)驗(yàn)的課程才可能構(gòu)建對(duì)核心概念的深入理解?！边@一認(rèn)識(shí)對(duì)于教學(xué)實(shí)踐有著十分重要的指導(dǎo)作用。本文以一線教師的視角，以親身經(jīng)歷的“大氣的壓強(qiáng)（第1課時(shí)）”的教學(xué)為例，探討教學(xué)中如何圍繞力學(xué)“平衡與非平衡”的解決，促進(jìn)學(xué)生在概念建構(gòu)中實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階發(fā)展。

一、問題與分析

1.課堂上的困境

在初中《科學(xué)》教科書（浙教版2013年版）中，“大氣的壓強(qiáng)”一節(jié)的內(nèi)容分為“大氣壓強(qiáng)的存在及大小”“生活中的大氣壓強(qiáng)”和“氣壓與沸點(diǎn)、流速的關(guān)系”三部分。筆者以前多次執(zhí)教本課題及曾連續(xù)觀察多位教師執(zhí)教本課題基本上都是利用“覆杯實(shí)驗(yàn)”來說明大氣壓強(qiáng)的存在，也都會(huì)出現(xiàn)如我這樣的現(xiàn)象：在做覆杯實(shí)驗(yàn)時(shí)，我將紙片蓋在杯子口，然后倒過來，紙片由于重力掉下。然后在杯中裝滿水，將紙片蓋在杯子上，然后倒過來。學(xué)生們驚奇的發(fā)現(xiàn)，紙片居然沒有掉下來。我順勢(shì)提問——這是由于什么原因呢？有的學(xué)生思維很快，說：“紙片被水吸住了！”這個(gè)答案令我很意外。然后就會(huì)在黑板上進(jìn)行受力分析，說明紙片不掉下來的原因是由于大氣壓的作用等。學(xué)生雖然表面上同意，但學(xué)生心里還是不這樣認(rèn)為，教學(xué)變成了教師的自說自話。凡按照上述思路進(jìn)行本課教學(xué)的大多會(huì)陷入類似的困境。

2.學(xué)生的認(rèn)知起點(diǎn)

學(xué)生在學(xué)習(xí)這節(jié)內(nèi)容前，已經(jīng)學(xué)了第一節(jié)大氣層，知道了我們生活在大氣之中，時(shí)時(shí)刻刻被大氣包圍著，它們自始至終都在擠壓著你。學(xué)生根據(jù)原有固體和液體壓強(qiáng)知識(shí)，可以很容易的知道有大氣壓強(qiáng)，但問題是為什么我們感覺不到大氣壓著我們，沒有體驗(yàn)呀！在學(xué)生現(xiàn)有的前科學(xué)知識(shí)中，對(duì)物體的觀察和研究還停留在有形的、能觸摸的物體層面上，看不見、摸不著的空氣對(duì)學(xué)生來說確實(shí)難以理解。

3.學(xué)科邏輯順序與學(xué)生心理順序的矛盾

受線性思維和還原思維的影響，為體現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科邏輯體系、清晰而有序地呈現(xiàn)知識(shí)的需要，在理科教材中，各單元的知識(shí)基本上依據(jù)學(xué)科本身的系統(tǒng)和內(nèi)在聯(lián)系，沿著線性的路徑編排。這常常會(huì)與剛開始入門學(xué)習(xí)的初中生的心理順序產(chǎn)生矛盾。學(xué)生對(duì)自然界及其背后蘊(yùn)藏的科學(xué)知識(shí)的認(rèn)知，常常是從真實(shí)世界的問題開始的，如為什么會(huì)有大氣壓，為什么這么大的大氣壓而我們感覺不到等。這種認(rèn)知順序與人類早期對(duì)自然的認(rèn)識(shí)有著驚人的相似性。人類為了解釋這些現(xiàn)象，開始尋找因果關(guān)系，并在此過程中建立科學(xué)概念體系，即學(xué)科專家建立科學(xué)邏輯體系也是始于現(xiàn)象和問題的。但是在教材和教學(xué)序列的過程中，為了體現(xiàn)主題性的知識(shí)整合，大氣壓強(qiáng)并沒有與固、液體壓強(qiáng)在同一主題上，而把其整合在天氣與氣候這部分內(nèi)容里，忽略了孩子們的認(rèn)知需求和發(fā)展路徑把專家們?nèi)〉玫母鞣N結(jié)論加以濃縮提煉讓學(xué)生從系列的定義開始學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)改進(jìn)的思路與定位

在本課的教學(xué)設(shè)計(jì)中需要根據(jù)學(xué)習(xí)者的身心發(fā)展規(guī)律以及他們的興趣、愛好、需要、經(jīng)驗(yàn)背景等來安排學(xué)習(xí)內(nèi)容努力溝通學(xué)科邏輯順序與學(xué)生心理順序，圍繞平衡與非平衡問題的解決展開教學(xué)。

在本課的設(shè)計(jì)中我們直接從如何打破平衡這個(gè)真實(shí)的問題入手來組織教學(xué)，使科學(xué)知識(shí)服務(wù)于解決實(shí)際問題。這不僅基于對(duì)前述矛盾的分析，而且將知識(shí)隱含在解決真實(shí)問題的過程中十分有利于學(xué)生將新知與已有經(jīng)驗(yàn)相連接。當(dāng)知識(shí)為問題解決服務(wù)時(shí)，它是活的，這些都會(huì)促使學(xué)生積極主動(dòng)地投人學(xué)習(xí)。而且對(duì)以后九年級(jí)，解答一些氣體在裝置中流動(dòng)的形成原因非常有利。

三、“大氣的壓強(qiáng)（第一課時(shí)）”的學(xué)習(xí)進(jìn)程

1.前置任務(wù)

在本單元第二節(jié)的學(xué)習(xí)結(jié)束后，“大氣的壓強(qiáng)（第一課時(shí)）”教學(xué)開始前，我布置了一些前置任務(wù)（即“相似方法聯(lián)想型先學(xué)”）。

2.課堂教學(xué)過程

（1）現(xiàn)象引發(fā)思考

課堂教學(xué)從討論課前任務(wù)開始。繼短暫的小組交流后，進(jìn)入班級(jí)討論。通過從液體壓強(qiáng)，然后延伸到氣體，找4個(gè)問題的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，在討論中達(dá)成共識(shí)。教師讓學(xué)生說說最想問的問題。

（2）暴露真實(shí)問題

教師順?biāo)浦圩寣W(xué)生解釋“覆杯實(shí)驗(yàn)”紙片為什么不會(huì)掉下來？拓展提問：怎么樣讓紙片掉下來？學(xué)生一下就會(huì)順著前面的問題想出辦法。

（3）模擬實(shí)驗(yàn)見證

利用實(shí)驗(yàn)室里的器材，讓學(xué)生體驗(yàn)“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)”。讓學(xué)生解釋為什么要抽氣？學(xué)生一下就想到改變一邊的氣壓，破壞原有的平衡狀態(tài)。

（4）拓展與回歸

在“大氣的壓強(qiáng)”一節(jié)的教學(xué)中，除了做一些演示實(shí)驗(yàn)之外，我們還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生到生活中去找原型，說出證明大氣壓存在的有關(guān)生活事例。學(xué)生們經(jīng)過回憶可以列舉出大量事例，這些事例能夠配合課堂上的演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過切身實(shí)際感受和分析大氣壓的存在，學(xué)生學(xué)習(xí)起來感到親切，對(duì)知識(shí)掌握得更牢固。

四、對(duì)幾項(xiàng)操作性策略的反思

1.知識(shí)遷移，對(duì)比學(xué)習(xí)，更顯探究實(shí)質(zhì)

在本案例中，作者巧妙地采用了對(duì)比方法，“空氣，也像液體那樣受到重力作用，而且能流動(dòng)”，從而順利完成了知識(shí)能力的遷移，但同時(shí)又提醒學(xué)生，切記不能不經(jīng)過分析論證隨意遷移，過渡自然貼切。

2.任務(wù)前置，給問題解決提供思維工具

面對(duì)真實(shí)問題，知識(shí)的斷層和思維方法的欠缺使問題解決變得困難重重。因此，需要讓學(xué)生具備一些準(zhǔn)備性的知識(shí)和思維工具。精心設(shè)計(jì)的前置任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生在課前激活經(jīng)驗(yàn)，先行思考；并且“有備而來”的學(xué)生有了與教師“平起平坐”的底氣，他們將在課堂上自己推理和判斷，甚至指出教師的“錯(cuò)誤”。因此，課堂成為思維的“盛宴”。