基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的初中物理模型建構(gòu)的教學(xué)實(shí)踐與思考

陳晨 朱春陽(yáng)子

摘? ?要：學(xué)習(xí)進(jìn)階通常用來(lái)描述學(xué)生對(duì)核心概念的理解隨時(shí)間的推移連貫且逐漸深入的典型發(fā)展路徑，以此促進(jìn)課程、教學(xué)與評(píng)價(jià)的一致性。而物理建模是重要的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)模型的理解是逐步內(nèi)化的。以“滑輪”模型的教學(xué)為例，基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，設(shè)置四個(gè)發(fā)展水平，使學(xué)生能夠建立起滑輪的模型，深刻理解其本質(zhì)屬性，達(dá)到較高的認(rèn)知層次。同時(shí)說(shuō)明學(xué)習(xí)進(jìn)階在物理建模教學(xué)中的應(yīng)用，并提出三點(diǎn)建議，供廣大教師參考借鑒。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)進(jìn)階；物理模型建構(gòu)；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）4-0025-5

1? ? 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的基本概述

1.1? ? 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的基本內(nèi)容

現(xiàn)階段，科學(xué)教育界一般認(rèn)為“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。在一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間跨度下，學(xué)生學(xué)習(xí)和探究某一重要的知識(shí)或?qū)嵺`領(lǐng)域時(shí)，思維方式逐漸進(jìn)階?！保?］根據(jù)定義，學(xué)習(xí)進(jìn)階大致包含以下幾個(gè)要素：（1）進(jìn)階變量：追蹤學(xué)生對(duì)某一學(xué)科核心概念的階段性發(fā)展；（2）水平層次：學(xué)習(xí)進(jìn)階發(fā)展路徑的中間步驟；（3）學(xué)習(xí)表現(xiàn)：描述處于某個(gè)特定水平層次的學(xué)生能夠達(dá)到的成就，包括各中間層次表現(xiàn)和目標(biāo)表現(xiàn)；（4）評(píng)價(jià)：追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)隨時(shí)間推移的發(fā)展是否與假定的進(jìn)階一致。

學(xué)習(xí)進(jìn)階主要描述學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的思維發(fā)展情況，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容預(yù)先設(shè)置有梯度的發(fā)展水平，精心設(shè)計(jì)并組織教學(xué)，從而促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平的提升。尤其當(dāng)教師在講授重難點(diǎn)知識(shí)時(shí)可以基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的4個(gè)要素，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的發(fā)展水平設(shè)計(jì)教學(xué)流程，在教學(xué)中讓學(xué)生的認(rèn)知水平不斷進(jìn)階，物理思維不斷提升，從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

1.2? ? 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論融入物理建模教學(xué)的意義

1.2.1? ? 物理建模教學(xué)的特點(diǎn)對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的需求

物理模型是中學(xué)物理重要的教學(xué)內(nèi)容，物理模型的學(xué)習(xí)需要學(xué)生有一個(gè)建模的過程，即從實(shí)際問題出發(fā)，在研究過程中抓住主要因素、忽略次要因素，最后抽象得到普遍適用的模型。物理建模對(duì)學(xué)生的思維要求較高，而通過物理模型的學(xué)習(xí)，學(xué)生的認(rèn)知會(huì)逐步達(dá)到一個(gè)較高的水平。因此，教師在教學(xué)過程中，需要基于學(xué)生已有的認(rèn)知水平，設(shè)置有梯度的發(fā)展水平，逐步提升促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的發(fā)展。學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的實(shí)質(zhì)就是按照學(xué)生的發(fā)展水平進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)，科學(xué)設(shè)置發(fā)展水平，并在教學(xué)完成后進(jìn)行評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生思維能力的提升。

1.2.2? ? 初中生認(rèn)知的差異性對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的需求

初中學(xué)生的認(rèn)知差異性很大，思維水平層次分化嚴(yán)重，對(duì)于同一物理模型的學(xué)習(xí)，不同的學(xué)生有著不同的認(rèn)知水平。在現(xiàn)今均衡分班的前提下，如何在既定教學(xué)目標(biāo)下讓每個(gè)學(xué)生都能有所收獲，這就需要教師針對(duì)不同的學(xué)生提出不同的學(xué)習(xí)要求。教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不同的發(fā)展水平，讓不同的學(xué)生達(dá)到不同的發(fā)展水平，并努力爭(zhēng)取提升水平層次，既能讓學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生在認(rèn)知發(fā)展上得到提升，同時(shí)也能兼顧到其他基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生，真正做到因材施教。

1.2.3? ? 物理模型學(xué)習(xí)的延續(xù)性對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的需求

此外，很多物理模型（如光線、滑輪、電路）會(huì)一直伴隨學(xué)生從初中到高中的物理學(xué)習(xí)過程，對(duì)同一模型的學(xué)習(xí)會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間。這些內(nèi)容在初中階段難度要求較低，廣度較淺，而到高中后難度要求增大，廣度變寬，需要更加深入地進(jìn)行學(xué)習(xí)研究?；诖?，我們關(guān)注的不僅僅是學(xué)生在初中階段的發(fā)展水平，更要關(guān)注高中的后續(xù)發(fā)展，因此在初中教學(xué)中做好初高中銜接尤為重要。學(xué)習(xí)進(jìn)階理論可以讓教師在較長(zhǎng)的時(shí)間跨度內(nèi)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知層次進(jìn)行分析，從而幫助其設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知的課堂教學(xué)，提升學(xué)生的發(fā)展水平，讓學(xué)生能夠更加深入地理解物理模型的本質(zhì)，建立合理的物理模型認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

2? ? 以“滑輪”教學(xué)為例的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)實(shí)踐

2.1? ? “滑輪”基本情況分析

2.1.1? ? 教材分析

“滑輪”是蘇科版物理九年級(jí)上冊(cè)第十一章《簡(jiǎn)單機(jī)械和功》第二節(jié)的內(nèi)容。這一節(jié)既是前一節(jié)“杠桿”的延續(xù)和遷移，同時(shí)也為后續(xù)“功”“功率”和“機(jī)械效率”的學(xué)習(xí)提供物理載體，具有承上啟下的作用。本節(jié)主要圍繞滑輪這一物理模型展開，教學(xué)內(nèi)容包括滑輪的定義、類型、工作特點(diǎn)、本質(zhì)等。教學(xué)的重點(diǎn)在于滑輪的類型及其工作特點(diǎn)，難點(diǎn)在于對(duì)滑輪本質(zhì)的理解。此外，它還涉及高中剛體力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，是初高中知識(shí)銜接的重要紐帶和載體。而對(duì)于滑輪模型本身而言，需要學(xué)生通過杠桿模型過渡到滑輪，深刻理解滑輪模型的本質(zhì)，并能夠?qū)⑵溥M(jìn)行遷移拓展，構(gòu)建起簡(jiǎn)單機(jī)械的知識(shí)體系和框架結(jié)構(gòu)。

2.1.2? ? 學(xué)情分析

本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)對(duì)象是初三的學(xué)生，他們經(jīng)過一年的物理學(xué)習(xí)，掌握了一些基本的物理知識(shí)、方法和思想，能夠從物理學(xué)科的角度思考問題。但是，他們還處在較低的思維層次，依舊以形象思維為主，發(fā)展水平還有待提高。在學(xué)習(xí)滑輪前，他們剛剛學(xué)習(xí)完杠桿的相關(guān)知識(shí)，具有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，能夠從杠桿過渡到滑輪，這也為我們的教學(xué)提供了一個(gè)認(rèn)知起點(diǎn)，基于此可以設(shè)置思維的生長(zhǎng)點(diǎn)。

2.2? ? 發(fā)展水平的設(shè)置

鑒于上述分析，結(jié)合大量的教學(xué)實(shí)證，再根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，筆者將學(xué)生發(fā)展水平大致分為4個(gè)層次（表1）。不同的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中所能達(dá)到的水平是不一樣的。從水平1到水平4層次逐漸遞增，對(duì)學(xué)生的要求也在不斷變高。基于大量教學(xué)實(shí)證所構(gòu)建的這4個(gè)發(fā)展水平，是可以反映學(xué)生思維能力的典型發(fā)展路徑，同時(shí)為課堂教學(xué)的實(shí)施提供了重要的參考指標(biāo)。教師據(jù)此進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，做到總體推進(jìn)，因人而異。

2.3? ? 基于發(fā)展水平的教學(xué)設(shè)計(jì)

基于上述構(gòu)建的4個(gè)發(fā)展水平，筆者精心設(shè)計(jì)了4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)展水平，通過課堂教學(xué)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)滑輪，了解滑輪的工作特點(diǎn)，理解滑輪模型的本質(zhì)內(nèi)涵，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，力求讓不同層次的學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中都能有所收獲，真正做到學(xué)習(xí)進(jìn)階。

環(huán)節(jié)一：巧設(shè)情境，問題引入

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了提升小桶的生活情境，根據(jù)此情境設(shè)置了兩個(gè)問題，從而引出本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容——滑輪。

問題1：人在低處，如何將小桶提升到高處？

問題2：如何將小桶提得更高？

問題1是為了幫助學(xué)生回憶之前學(xué)習(xí)的知識(shí)，學(xué)生容易想到利用杠桿將小桶提升，教師以此為本節(jié)課的認(rèn)知原點(diǎn)。問題2則是在杠桿提升物體過程中出現(xiàn)問題的情況下而設(shè)計(jì)的。杠桿無(wú)法將物體持續(xù)提升，如何將桶提得更高，讓學(xué)生思考使用其他機(jī)械，從而引出本節(jié)課的主題——滑輪。在解決第2個(gè)問題時(shí)，學(xué)生具備一定的生活經(jīng)驗(yàn)，教師可以讓學(xué)生直接回答或者提示學(xué)生升旗時(shí)的情境，從而引出滑輪模型，給出滑輪模型的圖片（圖1）。本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)水平1，讓學(xué)生從杠桿過渡到滑輪，能夠進(jìn)行識(shí)別并知道它是一種簡(jiǎn)單機(jī)械。

環(huán)節(jié)二：任務(wù)驅(qū)動(dòng)，初步體驗(yàn)

本環(huán)節(jié)主要為學(xué)生的操作體驗(yàn)，教師為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)器材，包括滑輪、細(xì)線、小桶等。通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)讓學(xué)生設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案，利用一個(gè)滑輪提升物體，初步體驗(yàn)滑輪工作時(shí)的特點(diǎn)，最后進(jìn)行總結(jié)和歸納（表2）。

任務(wù)1：設(shè)計(jì)不同的方案利用滑輪將小桶提升，畫出設(shè)計(jì)方案。

任務(wù)2：根據(jù)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初步體驗(yàn)。

任務(wù)3：結(jié)合體驗(yàn)總結(jié)歸納出不同方案中滑輪的工作特點(diǎn)。

任務(wù)1主要是激發(fā)學(xué)生的思維，對(duì)滑輪的使用進(jìn)行思考，不同的學(xué)生會(huì)設(shè)計(jì)出不同的方案，有些方案中滑輪始終不動(dòng)，有些方案中滑輪會(huì)和物體一起運(yùn)動(dòng)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案對(duì)滑輪進(jìn)行分類，從而引出定滑輪和動(dòng)滑輪。

任務(wù)2需要學(xué)生自己動(dòng)手操作，進(jìn)行初步體驗(yàn)，感受不同方案之間的差異。

任務(wù)3則是在前兩個(gè)任務(wù)的基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)生的歸納能力提出了要求。這里不需要學(xué)生作定量分析，只需學(xué)生談?wù)勛约旱母惺?，以定性為主。例如，分別使用定滑輪和動(dòng)滑輪時(shí)，自己用力的大小是否相同。

本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)水平2，相比于水平1，水平2需要學(xué)生有認(rèn)知體驗(yàn)，因此通過具體的操作增加對(duì)滑輪的理性認(rèn)知是一種較好的方式，同時(shí)也能夠讓學(xué)生更好地了解定滑輪和動(dòng)滑輪的工作特點(diǎn)，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。

環(huán)節(jié)三：團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)驗(yàn)探究

學(xué)生經(jīng)過了初步體驗(yàn)后，已經(jīng)對(duì)定滑輪和動(dòng)滑輪的工作特點(diǎn)有一些定性的了解。因此，接下來(lái)就需要學(xué)生作定量分析。定量結(jié)論的得出需要學(xué)生進(jìn)行小組合作，通過實(shí)驗(yàn)探究記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，從力和運(yùn)動(dòng)距離兩個(gè)角度定量分析兩類滑輪的工作特點(diǎn)，最后匯總得出相關(guān)的結(jié)論（表3）。實(shí)際教學(xué)中，教師可以按照4人一組進(jìn)行分組，讓每個(gè)小組對(duì)定滑輪、動(dòng)滑輪的工作特點(diǎn)都進(jìn)行探究，培養(yǎng)他們的探究能力和實(shí)驗(yàn)操作能力，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)得出最后的結(jié)論，這樣才能更好地理解滑輪的工作特點(diǎn)，并能夠運(yùn)用公式定量解決實(shí)際問題。

本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)水平3，這是一個(gè)較高的發(fā)展水平，需要學(xué)生對(duì)滑輪的工作特點(diǎn)進(jìn)行定量分析。初中階段最主要的定量分析方法就是實(shí)驗(yàn)探究，通過測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，既具科學(xué)性，同時(shí)又有很強(qiáng)的直觀性，能夠準(zhǔn)確得出結(jié)論。學(xué)生以小組合作的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，在提升自我探究能力的同時(shí)也培養(yǎng)了合作意識(shí)。當(dāng)然，通過實(shí)驗(yàn)探究能夠最大程度地讓學(xué)生對(duì)定量的公式和結(jié)論有形象化認(rèn)識(shí)，符合初中生的學(xué)習(xí)心理，加深對(duì)其的理解。

環(huán)節(jié)四：追根溯源，探尋本質(zhì)

在完成前3個(gè)環(huán)節(jié)后，學(xué)生基本上對(duì)滑輪的工作特點(diǎn)有了一個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí)，能夠運(yùn)用相關(guān)結(jié)論解決問題，但對(duì)于兩類滑輪呈現(xiàn)出來(lái)的不同特點(diǎn)其背后蘊(yùn)含的物理原理并不清楚。因此，設(shè)計(jì)此環(huán)節(jié)的目的就是讓學(xué)生知道滑輪背后的物理原理，理解滑輪模型的本質(zhì)。具體設(shè)計(jì)如下：

情境：利用一根杠桿（圖2）將小桶提升一定的高度，但提升高度有限。

問題1：一根杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有限，不更改器材的條件下如何將小桶繼續(xù)提升？

問題2：兩根杠桿可以將小桶提升得更高，那如何使它轉(zhuǎn)動(dòng)得更連續(xù)、更流暢呢？

問題3：如果杠桿數(shù)量無(wú)窮多，想象一下此時(shí)的杠桿變成了什么？

問題4：結(jié)合上述討論，分析定滑輪和動(dòng)滑輪的工作原理是什么？

本環(huán)節(jié)主要通過實(shí)驗(yàn)演示并進(jìn)行演繹推理，最終讓學(xué)生知道滑輪和杠桿的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，理解滑輪的本質(zhì)內(nèi)涵。環(huán)節(jié)伊始，再次回到課上的第一個(gè)情境——杠桿提升小桶，同樣的問題即杠桿提升高度有限，但此時(shí)要求學(xué)生不能改變器材如何操作繼續(xù)提升小桶。學(xué)生在這里需要進(jìn)行思考，教師可以讓學(xué)生進(jìn)行小組討論，發(fā)散思維，引導(dǎo)學(xué)生在原有的基礎(chǔ)上垂直增加一根杠桿（圖3），之前一根用完后再用另一根去接。從一根杠桿到兩根杠桿對(duì)學(xué)生而言是一個(gè)質(zhì)的變化，需要學(xué)生能夠在新情境下進(jìn)行知識(shí)的遷移應(yīng)用，而后稍加引導(dǎo)學(xué)生就能夠想出由兩根變成多根（圖4）。通過數(shù)量的增加使杠桿模型自然過渡到滑輪模型，揭示出滑輪就是由無(wú)數(shù)根杠桿組成的，而這其中也滲透了極限的物理思想。學(xué)生若能夠理解滑輪的本質(zhì)，那么對(duì)滑輪工作原理的解釋便順理成章。本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的是水平4，也是最高的發(fā)展水平，不僅要求學(xué)生能夠掌握滑輪的工作特點(diǎn)，更是要對(duì)杠桿和滑輪的關(guān)聯(lián)理解深刻，并能夠進(jìn)行知識(shí)的遷移應(yīng)用。

3? ? 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論融入物理建模教學(xué)的實(shí)施建議

3.1? ? 基于認(rèn)知原點(diǎn)，建構(gòu)發(fā)展水平

教師在建構(gòu)發(fā)展水平時(shí)，首先應(yīng)該關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知原點(diǎn)，這也是發(fā)展水平建構(gòu)的基礎(chǔ)。在物理建模教學(xué)中，都會(huì)有一個(gè)認(rèn)知原點(diǎn)，通常來(lái)說(shuō)往往是前一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或者相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容。例如，滑輪模型的認(rèn)知原點(diǎn)就是杠桿模型，利用杠桿模型引出滑輪模型。通過認(rèn)知原點(diǎn)學(xué)生才能進(jìn)行思維生長(zhǎng)。除了認(rèn)知原點(diǎn)，發(fā)展水平的設(shè)置還要從學(xué)生認(rèn)知水平的角度考慮，再結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，每個(gè)發(fā)展水平的差異不易過大，要循序漸進(jìn)，有一定的梯度。對(duì)于物理模型建構(gòu)的教學(xué)，教師通常從識(shí)別、理解、應(yīng)用、遷移等幾個(gè)層級(jí)進(jìn)行發(fā)展水平的設(shè)置，這也是根據(jù)物理模型的學(xué)習(xí)要求，從大量教學(xué)實(shí)證中總結(jié)出來(lái)的，符合初中學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，具有一定的代表性。

3.2? ? ?教學(xué)層層遞進(jìn)，思維螺旋上升

在具體教學(xué)中，教師要從學(xué)生的認(rèn)知原點(diǎn)出發(fā)，在教學(xué)過程中層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣。通過課前的教學(xué)設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生不斷提升自己的發(fā)展水平，使物理思維得到鍛煉和提升。教學(xué)流程要根據(jù)設(shè)置的發(fā)展水平進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)環(huán)節(jié)前后都應(yīng)該具有很強(qiáng)的一致性和邏輯性。以文中的“滑輪”為例，本節(jié)課共設(shè)計(jì)了4個(gè)環(huán)節(jié)，從情境引入到初步體驗(yàn)，再到實(shí)驗(yàn)探究，最后到本質(zhì)探索，往往后一個(gè)環(huán)節(jié)是前一個(gè)環(huán)節(jié)的延續(xù)和提升，4個(gè)環(huán)節(jié)是對(duì)應(yīng)學(xué)生思維增長(zhǎng)方向的，學(xué)生在過程中思維是螺旋上升的。經(jīng)歷這樣的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生在初中階段就能養(yǎng)成較好的物理思維品質(zhì)，對(duì)其高中的物理學(xué)習(xí)也可以打下扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和思維能力。

3.3? ? 注重課堂引導(dǎo)，關(guān)注因材施教

在課堂教學(xué)中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。教師要基于學(xué)生的主體性注重教學(xué)方法的選取，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體。物理模型的教學(xué)，重在學(xué)生思考、體驗(yàn)、探究以及評(píng)價(jià)，教師要在學(xué)生遇到問題時(shí)啟發(fā)、引導(dǎo)、提示。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生獨(dú)立思考的時(shí)間變多了，相互評(píng)價(jià)的能力提升了，他們的物理思維會(huì)更加活躍，發(fā)展水平層次也就會(huì)不斷提升。當(dāng)然，不是所有的學(xué)生都能達(dá)到最高發(fā)展水平，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力是有差別的。這就要求教師在課堂教學(xué)中要關(guān)注每一個(gè)學(xué)生，關(guān)注學(xué)生能夠達(dá)到的水平層次，鼓勵(lì)他們?cè)谠兴降幕A(chǔ)上向上努力，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)品格，促進(jìn)自身的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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