依托學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力

張羽燕 盧慕稚 張國(guó)

摘? ?要：文章以“浮力”單元學(xué)習(xí)為載體，引導(dǎo)學(xué)生完成“浮力”單元學(xué)習(xí)進(jìn)階的深度學(xué)習(xí)，并闡述了在促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變過程中，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力的途徑——激發(fā)認(rèn)知沖突。

關(guān)鍵詞：質(zhì)疑能力;學(xué)習(xí)進(jìn)階;浮力;單元教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）4-0073-4

1? ? 關(guān)于質(zhì)疑能力

一般認(rèn)為“質(zhì)疑”是有理有據(jù)，提出問題或駁斥某一觀點(diǎn)的過程。“能力”是能勝任某項(xiàng)任務(wù)的主觀條件。筆者將“質(zhì)疑能力”界定為：能夠利用證據(jù)，按照邏輯關(guān)系，在初步論證的基礎(chǔ)上，提出質(zhì)詢性的問題。即在初步論證的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)象描述時(shí)的準(zhǔn)確性或已有觀點(diǎn)的正確性產(chǎn)生疑問，提出科學(xué)問題。

針對(duì)實(shí)際課堂中學(xué)生“不愿思考，不會(huì)思考”“缺乏問題意識(shí)，不善于發(fā)現(xiàn)問題，不會(huì)提出問題”“缺乏好奇心，習(xí)慣被動(dòng)接受”等問題，發(fā)展學(xué)生質(zhì)疑能力顯得尤為重要。

2? ? 關(guān)于學(xué)習(xí)進(jìn)階

科學(xué)教育者認(rèn)為，學(xué)生的前概念不能直接轉(zhuǎn)變成科學(xué)概念，需經(jīng)歷若干中間層級(jí)，大概念的學(xué)習(xí)需要具體概念的支撐，而具體概念不是孤立的，教學(xué)中需將其按照一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行組織。學(xué)者們深入研究學(xué)生學(xué)習(xí)核心概念的思維路徑，最終形成了概念學(xué)習(xí)的研究領(lǐng)域——學(xué)習(xí)進(jìn)階。①美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)定義“學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)學(xué)生連貫且逐漸深入的思維方式的假定描述，適當(dāng)時(shí)間跨度下，學(xué)生學(xué)習(xí)和探究重要知識(shí)或?qū)嵺`領(lǐng)域時(shí)，思維方式逐漸進(jìn)階?！雹?/p>

3? ? 依托“浮力”單元學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力的實(shí)踐探索

科學(xué)概念反映了研究對(duì)象的本質(zhì)屬性，物理概念教學(xué)中，要求學(xué)生對(duì)客觀現(xiàn)象或客觀事實(shí)建立簡(jiǎn)單的概念模型，知道其適用范圍，能在解決問題時(shí)合理應(yīng)用。并且概念學(xué)習(xí)是階段性的、漸進(jìn)的，教學(xué)中需了解概念學(xué)習(xí)的關(guān)鍵點(diǎn)和學(xué)生能力發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。但目前的教學(xué)往往只關(guān)注每節(jié)課的設(shè)計(jì)，缺乏對(duì)單元或者主題的整體規(guī)劃，忽視了結(jié)合學(xué)生認(rèn)知水平讓學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系的設(shè)計(jì)，忽視了對(duì)物理思想方法的滲透和學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，這與學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律相悖。因此，開展單元學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)非常重要。浮力是初中的重要概念，對(duì)思維和能力要求較高，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)遇到較多困難，進(jìn)行單元學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)，有利于促進(jìn)學(xué)生從經(jīng)驗(yàn)概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變。

3.1? ? “浮力”單元學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.“階點(diǎn)”的設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)進(jìn)階描述的是學(xué)生思維的發(fā)展過程，因此基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)首先要明確進(jìn)階起點(diǎn)（已有認(rèn)知水平），進(jìn)而設(shè)計(jì)從起點(diǎn)到最終目標(biāo)（課標(biāo)要求）的“階點(diǎn)”，這些都有賴于精準(zhǔn)的診斷。所以，筆者編制前測(cè)題，其解答需要學(xué)生自己構(gòu)建模型，以便于通過學(xué)生的回答了解學(xué)生的認(rèn)知水平，并避免學(xué)生隨意選擇選項(xiàng)現(xiàn)象的發(fā)生。筆者制定了詳細(xì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以利于進(jìn)行系統(tǒng)的分析。

測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯示：學(xué)生知道漂浮物體受浮力，知道力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，具備用受力分析判斷物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力，能初步運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，但對(duì)“物體運(yùn)動(dòng)情況取決于物體受的合外力和初始狀態(tài)”缺乏科學(xué)認(rèn)識(shí)。有些經(jīng)驗(yàn)是片面的、不科學(xué)的，如認(rèn)為只有漂浮物體受浮力;重力大的下沉，浮力大的上浮;將浸在液體中的物體看作質(zhì)點(diǎn)。也就是說，學(xué)生對(duì)浮力處于初級(jí)認(rèn)知水平。所以，引導(dǎo)學(xué)生考慮物體尺寸，認(rèn)識(shí)到“浮力是液體或氣體對(duì)物體壓力的合力”是建立浮力概念的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖蚩茖W(xué)概念模型的轉(zhuǎn)變，筆者設(shè)立了五個(gè)“階點(diǎn)”（見圖1）。

2.單元學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)過程是師生雙邊的互動(dòng)過程，是教師與學(xué)生同行，學(xué)生經(jīng)過自主建構(gòu)實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)有發(fā)展區(qū)走向潛在發(fā)展區(qū)的過程。這個(gè)過程中，學(xué)生會(huì)遇到困難，教師要以學(xué)情為基礎(chǔ)，適時(shí)合理地為學(xué)生搭臺(tái)階，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維和認(rèn)知的進(jìn)階。

筆者的做法：首先，依據(jù)課標(biāo)要求和物理學(xué)科核心素養(yǎng)，確定學(xué)生的思維發(fā)展目標(biāo)和認(rèn)知目標(biāo);然后，對(duì)學(xué)生前認(rèn)知和科學(xué)認(rèn)知進(jìn)行比較、分析，以學(xué)生的前認(rèn)知為起點(diǎn)，考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)困難點(diǎn)，設(shè)計(jì)進(jìn)階的“階點(diǎn)”;進(jìn)而細(xì)化概念進(jìn)階層級(jí)。概括地說，就是圍繞“運(yùn)動(dòng)與相互作用”大概念設(shè)計(jì)教學(xué)單元，圍繞“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”組織單元內(nèi)容，結(jié)合科學(xué)模型引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系?！案×Α眴卧膶W(xué)習(xí)進(jìn)階設(shè)計(jì)如圖1所示。

3.2? ? 培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

引導(dǎo)學(xué)生從經(jīng)驗(yàn)概念轉(zhuǎn)向科學(xué)概念的關(guān)鍵是幫助學(xué)生糾正迷思概念，這就需要教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。因?yàn)橹挥袑W(xué)生認(rèn)識(shí)到自己的原有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知無法解決問題，才會(huì)重組或重構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)。而引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，深度參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，則是促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)意義建構(gòu)的有效方法之一。

1.激疑啟思，以學(xué)定教，重演知識(shí)發(fā)生過程

建立浮力概念的“思維關(guān)鍵點(diǎn)”：糾正迷思概念，認(rèn)識(shí)到“下沉物體受浮力”;考慮物體尺寸，認(rèn)識(shí)到“浮力是液體或氣體對(duì)物體壓力的合力”。為此，筆者安排了問題解決式學(xué)習(xí)活動(dòng)。

（1）創(chuàng)設(shè)情境，暴露迷思概念

活動(dòng)：學(xué)生巧取雞蛋。給每個(gè)學(xué)生準(zhǔn)備裝有雞蛋的深量筒、水、酒精和鹽水，問“誰能不碰量筒，拿到雞蛋？”大部分學(xué)生向量筒中倒水，雞蛋沉在量筒底部，學(xué)生很疑惑。問“你們?cè)趺聪氲竭@個(gè)辦法的？”“木塊能漂在水面?！惫P者提議“向量筒中倒入其他液體試試看。”學(xué)生成功后，問“你們想到了什么？”學(xué)生回答，“難道雞蛋在水中不受向上的力？”“是不是雞蛋在水中受的向上的力小呢？”學(xué)生開始質(zhì)疑原來的想法，好奇心被激發(fā)起來了，由此展開了“探究下沉物體是否受浮力”的活動(dòng)。

（2）實(shí)驗(yàn)質(zhì)疑，啟思釋疑

引發(fā)沖突、創(chuàng)設(shè)情境后，筆者提供了高筒、系好橡皮筋的圓柱體、裝土藥瓶、鹽水、酒精、水。學(xué)生積極思考，按照解決實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)源、實(shí)驗(yàn)效果顯示器的思路去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何反映浸在液體中的物體受到浮力作用。學(xué)生通過比較橡皮筋的形變程度，認(rèn)識(shí)到下沉的藥瓶受浮力。進(jìn)而用彈簧測(cè)力計(jì)代替橡皮筋進(jìn)行如圖2所示的實(shí)驗(yàn)，記錄電子秤、彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，思考測(cè)量浮力大小的方法。通過類比，結(jié)合彈力知識(shí)（物體對(duì)液體施力，使電子秤示數(shù)增大;物體使液體形變，液體要恢復(fù)原狀，對(duì)物體施力），認(rèn)識(shí)到液體對(duì)物體施加了向上的力。

設(shè)計(jì)說明：

糾正學(xué)生的迷思概念，既要充分利用學(xué)生的原有認(rèn)知，又要激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。巧取雞蛋活動(dòng)既激活了學(xué)生的已有認(rèn)知，又引發(fā)了認(rèn)知沖突，激發(fā)了學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。探究活動(dòng)則促進(jìn)了學(xué)生在問題情境中經(jīng)歷直觀感知、自主學(xué)習(xí)的過程，他們通過搜集證據(jù)、論證、解釋、交流，將思維逐層遞進(jìn)。這一系列的學(xué)習(xí)活動(dòng)，正是利用證據(jù)，按照邏輯關(guān)系，在初步論證的基礎(chǔ)上，提出質(zhì)詢性問題的質(zhì)疑過程，也是應(yīng)用實(shí)驗(yàn)釋疑的過程。這種自主生成的思維過程，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有效培養(yǎng)了學(xué)生質(zhì)疑與創(chuàng)新、科學(xué)推理、解釋與論證的科學(xué)思維。

（3）實(shí)驗(yàn)觀察質(zhì)疑，概括抽象釋疑

環(huán)節(jié)一：學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，觀察浸沒在液體中的物體上、下、左、右面受液體壓力的現(xiàn)象，利用轉(zhuǎn)換法認(rèn)識(shí)浮力產(chǎn)生的原因，提出是否要考慮物體尺寸的質(zhì)詢性問題。

環(huán)節(jié)二：在形成初步感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生將浸沒水中的物體抽象成長(zhǎng)方體，運(yùn)用信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生用液體壓強(qiáng)知識(shí)分析浮力產(chǎn)生的原因。

（4）檢驗(yàn)變式、思維加工，概念具體化

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：觀察乒乓球在水中的狀態(tài);去底礦泉水瓶瓶口朝下，乒乓球放在瓶口，向瓶里倒水，觀察乒乓球的情況;乒乓球浮起來。

實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考：乒乓球被水壓在瓶口時(shí)、用手堵住瓶口時(shí)，分別觀察到什么現(xiàn)象？乒乓球在什么情況下浮起來？得出什么結(jié)論？通過問題引領(lǐng)的方式，使學(xué)生在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中通過思考，在頭腦中形成浮力模型。

（5）應(yīng)用變式，內(nèi)化模型

引導(dǎo)學(xué)生分析：在水中“打樁”“浸在水中的橋墩”是否受浮力，使學(xué)生在應(yīng)用知識(shí)解決問題的過程中，深化對(duì)浮力概念的認(rèn)識(shí)，達(dá)成通過新情境內(nèi)化模型的目的。

設(shè)計(jì)說明：

學(xué)生從感性到理性、從現(xiàn)象到本質(zhì)，思維逐層遞進(jìn)，突破了將物體看作質(zhì)點(diǎn)的思維定勢(shì)，在質(zhì)疑中認(rèn)識(shí)浮力的本質(zhì)——液體對(duì)物體壓力的合力。這種設(shè)計(jì)有利于學(xué)生領(lǐng)會(huì)“通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論分析建立物理模型”的思維方法。通過“實(shí)驗(yàn)探究—理論分析—模型建構(gòu)—生活應(yīng)用”的認(rèn)知過程，學(xué)生在質(zhì)疑過程中將科學(xué)建模、科學(xué)推理內(nèi)化為思維方式，完成對(duì)“浮力”認(rèn)識(shí)的飛躍，最終通過用概念模型解釋新情境的過程，建構(gòu)起“浮力”的科學(xué)概念模型。

2.設(shè)疑啟思，深度參與提素養(yǎng)

學(xué)生認(rèn)為“重力大的物體下沉，浮力大的物體上浮”，原因是不能區(qū)分物體運(yùn)動(dòng)過程和最終狀態(tài)，不能用“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”研究、認(rèn)識(shí)物體浮沉，只是對(duì)表面現(xiàn)象進(jìn)行主觀臆斷。所以，筆者通過創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生質(zhì)疑，關(guān)注物體在液體中的運(yùn)動(dòng)過程以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”的角度分析、解釋現(xiàn)象，幫助學(xué)生形成分析物理過程、物理狀態(tài)的研究思路和方法。在引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用浮沉條件解決問題的過程中，有意識(shí)地讓學(xué)生關(guān)注研究對(duì)象及其狀態(tài)的變化，并從力改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的角度思考解決問題的方法，在問題解決的過程中，深化對(duì)運(yùn)動(dòng)和相互作用觀念的認(rèn)識(shí)。

（1）引發(fā)認(rèn)知沖突，巧質(zhì)疑

首先，通過演示實(shí)驗(yàn)制造認(rèn)知沖突，引發(fā)學(xué)生深入思考，然后設(shè)計(jì)自主探究的實(shí)踐活動(dòng)，幫助學(xué)生完成意義建構(gòu)過程。做法：先演示大石塊在水中下沉、木塊在水中上浮、小石塊在水中下沉的現(xiàn)象。提問“物體下沉、上浮的原因是什么？”之后，用天平比較木塊和小石塊的質(zhì)量。提問“大石塊和木塊的浮力大小有什么關(guān)系？”認(rèn)識(shí)到“重力大的物體不一定下沉，浮力大的物體不一定上浮”。

通過問題和實(shí)驗(yàn)，引領(lǐng)學(xué)生展開深入的思維活動(dòng)。做法：演示兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，用問題啟發(fā)學(xué)生思考，演示前學(xué)生預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象。第一組實(shí)驗(yàn)：乒乓球浸沒水中，松手后上浮，現(xiàn)象跟學(xué)生的認(rèn)知相符;注滿鹽水的乒乓球浸沒水中，松手后下沉，現(xiàn)象跟學(xué)生的認(rèn)知構(gòu)成沖突;引發(fā)學(xué)生思考，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到“物體重力影響物體浮沉”。第二組實(shí)驗(yàn)：雞蛋浸沒水中，松手后下沉，現(xiàn)象跟學(xué)生的認(rèn)知相符;同一雞蛋浸沒鹽水中，松手后上浮，現(xiàn)象跟學(xué)生的認(rèn)知產(chǎn)生沖突;引發(fā)（下轉(zhuǎn)第80頁）（上接第75頁）學(xué)生思考，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到“浮力影響物體浮沉”。

（2）深度參與，巧釋疑

一部分學(xué)生仍然會(huì)存有疑惑，筆者采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，讓學(xué)生自主解決問題。學(xué)生進(jìn)行自主探究活動(dòng)，探究問題：①下沉物體的重力一定大于上浮物體的重力嗎？②上浮物體的浮力一定大于下沉物體的浮力嗎？③下沉物體的重力大小跟浮力大小有什么關(guān)系？上浮物體的重力大小跟浮力大小有什么關(guān)系？

設(shè)計(jì)說明：

質(zhì)疑過程中，學(xué)生經(jīng)歷了觀察、實(shí)驗(yàn)、探究、思維、推理、論證的過程，在與原認(rèn)知的沖突中，利用證據(jù)，借助邏輯關(guān)系，提出了質(zhì)詢性問題，進(jìn)而不斷通過論證、推理、解釋，糾正錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，體會(huì)由實(shí)踐到理論再到實(shí)踐的認(rèn)識(shí)過程，既檢驗(yàn)了浮沉條件，又實(shí)現(xiàn)了浮沉條件與“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”的整合。達(dá)成已有知識(shí)和方法的遷移，在解決問題過程中循序漸進(jìn)地建構(gòu)了知識(shí)結(jié)構(gòu)。

總之，概念教學(xué)中，教師要了解學(xué)生的已有認(rèn)知水平，結(jié)合認(rèn)知目標(biāo)和思維發(fā)展目標(biāo)安排學(xué)習(xí)指導(dǎo)方案，引導(dǎo)學(xué)生自主質(zhì)疑，經(jīng)歷、體驗(yàn)科學(xué)探究過程釋疑，通過直觀—概括—抽象—具體化的過程，在深度參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的過程中達(dá)成從物理視角循序漸進(jìn)地認(rèn)識(shí)客觀現(xiàn)象或客觀事實(shí)本質(zhì)的目標(biāo)，達(dá)成思維的進(jìn)階，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變，逐步建構(gòu)科學(xué)概念模型，并在解決問題的過程中提高認(rèn)識(shí)。這樣的學(xué)習(xí)過程，認(rèn)知沖突的情境可以成為學(xué)生鍛煉質(zhì)疑能力的“練兵場(chǎng)”，教師應(yīng)該多給學(xué)生一些時(shí)間，讓學(xué)生沉淀、梳理他們矛盾的認(rèn)識(shí)，提出質(zhì)詢性問題，主動(dòng)將科學(xué)思維方法內(nèi)化為自己的思維和行為方式，有效發(fā)展科學(xué)建模、科學(xué)推理、解釋與論證、質(zhì)疑與創(chuàng)新的科學(xué)思維。

注釋：

①?gòu)堄穹澹裼?圍繞學(xué)科核心概念建構(gòu)物理概念的若干思考[J].課程·教材·教法，2015（5）：99-102.

②R? A? Duschl，H? A? Schweingruber， A.W. Shouse （Eds.）M.? 50-72. 2007：236.

參考文獻(xiàn)：

[1]王運(yùn)淼，續(xù)佩君.在物理教學(xué)中加強(qiáng)質(zhì)疑教學(xué)[J].物理教師，2015，36（2）：17-19.

（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）

收稿日期：2019-01-10

基金項(xiàng)目：本文為“北京市中小學(xué)名師發(fā)展工程”項(xiàng)目論文。

作者簡(jiǎn)介：張羽燕（1974-），女，高級(jí)教師，主要從事初中物理教學(xué)工作，曾獲全國(guó)物理教學(xué)改革創(chuàng)新大賽（講課與評(píng)課）一等獎(jiǎng)，北京市市級(jí)學(xué)科教學(xué)帶頭人;盧慕稚（1963-），女，副教授，課程與教學(xué)論專業(yè)碩士生導(dǎo)師;張國(guó)（1959-），男，正高級(jí)教師，全國(guó)模范教師，北京市特級(jí)教師。