基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐
——以“透鏡”教學(xué)為例

歐燕秋

(太倉(cāng)市明德初級(jí)中學(xué) 江蘇 蘇州 215431)

學(xué)習(xí)進(jìn)階理論是近十幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外教育研究的熱點(diǎn)話題,對(duì)促進(jìn)基礎(chǔ)教育課程改革和創(chuàng)新具有重要的指導(dǎo)作用.應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論指導(dǎo)物理教學(xué)設(shè)計(jì),有助于教師規(guī)劃和設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的教學(xué)過(guò)程,有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展,體現(xiàn)物理課程的育人價(jià)值.

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論要義

2004年,史密斯(Carol Smith)等學(xué)者向美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)(National Research Council簡(jiǎn)稱(chēng)NRC)提交的一份研究報(bào)告中,首次提出學(xué)習(xí)進(jìn)階(Learning Progressions)的概念.報(bào)告中,史密斯將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為“學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)某一核心概念的過(guò)程中,所遵循的一系列逐漸復(fù)雜的思維路徑”.隨后,教育界的學(xué)者們對(duì)這一理論進(jìn)行了研究和界定.2007年,NRC將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為“對(duì)學(xué)生在一個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí),依次進(jìn)階、逐級(jí)深化的思維方式的描述”,這是多數(shù)研究者認(rèn)同的概念界定.該理論認(rèn)為學(xué)生的思維發(fā)展具有“進(jìn)階”的特點(diǎn),即思維從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的連續(xù)發(fā)展的過(guò)程.“階”代表了學(xué)生思維的不同水平,是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的“腳踏點(diǎn)”,正是這些連續(xù)的“階”將學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)連接起來(lái).布魯納提出的“螺旋式課程設(shè)計(jì)”、維果斯基提出的“最近發(fā)展區(qū)理論”、布朗和坎皮奧內(nèi)提出的“發(fā)展階梯”等都為學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究奠定了理論基礎(chǔ).[1]

將學(xué)習(xí)進(jìn)階理論應(yīng)用于物理教學(xué)設(shè)計(jì)可以幫助教師有效地把握學(xué)情,了解學(xué)生的元認(rèn)知及迷思概念,選擇合理的教學(xué)方法,設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的教學(xué)過(guò)程,避免因?qū)W習(xí)目標(biāo)的不具體而影響教學(xué)效果,甚至影響教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成.學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的教學(xué)設(shè)計(jì)包括:(1)確定學(xué)習(xí)進(jìn)階的起點(diǎn)和終點(diǎn);(2)設(shè)置階層級(jí);(3)規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑.進(jìn)階起點(diǎn)是指學(xué)生在學(xué)習(xí)某一新概念之前就應(yīng)該掌握的知識(shí)和能力;進(jìn)階終點(diǎn)是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)最終所要達(dá)到的目標(biāo),即最終被期望獲得的知識(shí)或技能[1].在進(jìn)階起點(diǎn)和終點(diǎn)之間存在著許多不同的中間水平,這些中間水平,我們稱(chēng)之為“階”.“階”代表學(xué)生在學(xué)習(xí)進(jìn)程中的學(xué)習(xí)層級(jí),是知識(shí)、能力和思維發(fā)展水平的短期發(fā)展目標(biāo)[2].將學(xué)習(xí)進(jìn)階理論應(yīng)用于物理教學(xué)設(shè)計(jì),關(guān)鍵在于在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的有效學(xué)習(xí)路徑,并且在認(rèn)知發(fā)展的關(guān)鍵處提供可靠的腳踏點(diǎn)和支撐點(diǎn)[3].

2 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的“透鏡”教學(xué)實(shí)踐分析

本文以蘇科版物理八年級(jí)上冊(cè)第四章第2節(jié)“透鏡”為例,應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程并進(jìn)行了實(shí)踐分析.

2.1 “透鏡”進(jìn)階起點(diǎn)分析

學(xué)生已有的知識(shí)與事實(shí)經(jīng)驗(yàn):(1)光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播;(2)光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向會(huì)發(fā)生改變;(3)光路具有可逆性;(4)放大鏡能將物體放大;(5)放大鏡可以會(huì)聚太陽(yáng)光.

2.2 “透鏡”進(jìn)階終點(diǎn)預(yù)設(shè)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》中對(duì)“透鏡”的知識(shí)要求是:了解凸透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用和凹透鏡對(duì)光的發(fā)散作用[4].因此,在教學(xué)中如何應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論在學(xué)生原有經(jīng)驗(yàn)與學(xué)習(xí)目標(biāo)之間構(gòu)建合理的“階”,讓學(xué)生能夠沿著階梯拾級(jí)而上,并最終理解透鏡對(duì)光的作用,是本節(jié)課的重中之重.結(jié)合進(jìn)階路徑,本節(jié)課的進(jìn)階終點(diǎn)預(yù)設(shè)為[1]:(1)能用多種方法辨別凸透鏡和凹透鏡;(2)理解凸透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用和凹透鏡對(duì)光的發(fā)散作用.

2.3 “透鏡”進(jìn)階層級(jí)分析

結(jié)合學(xué)習(xí)進(jìn)階理論、課程標(biāo)準(zhǔn)及教學(xué)內(nèi)容,將“透鏡”的進(jìn)階層級(jí)分為4個(gè)層級(jí):

(1)層級(jí)一:通過(guò)“摸”,初步認(rèn)識(shí)凸透鏡和凹透鏡在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別;

(2)層級(jí)二:通過(guò)“看”,再次觀察凸透鏡和凹透鏡在成像性質(zhì)上的區(qū)別;

(3)層級(jí)三:通過(guò)“照”,進(jìn)一步探究凸透鏡和凹透鏡對(duì)光的作用;

(4)層級(jí)四:應(yīng)用規(guī)律,提升學(xué)生的核心素養(yǎng).

2.4 “透鏡”進(jìn)階流程圖

將學(xué)習(xí)進(jìn)階理論有效地融入課堂教學(xué)設(shè)計(jì)流程,在學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的進(jìn)階路徑,讓學(xué)生沿“階”尋“徑”,最終達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo).“透鏡”的進(jìn)階流程圖如圖1所示.

圖1 進(jìn)階流程圖

2.5 “透鏡”進(jìn)階路徑的設(shè)計(jì)與實(shí)踐分析

2.5.1 從錨點(diǎn)到階一的教學(xué),實(shí)現(xiàn)層級(jí)一的進(jìn)階

情境引入,任務(wù)驅(qū)動(dòng):星期天小明和爺爺一起做航模,看說(shuō)明書(shū)時(shí),爺爺讓小明到書(shū)房幫他把老花鏡拿來(lái),小明發(fā)現(xiàn)書(shū)房有兩副眼鏡(一副老花鏡,一副近視眼鏡).請(qǐng)同學(xué)們來(lái)幫小明辨別哪一副眼鏡是老花鏡.

活動(dòng)一:初識(shí)透鏡

讓學(xué)生隔著布摸一摸兩塊透鏡的中央和邊緣,感受中央和邊緣的厚薄有何不同,從而提出凸透鏡和凹透鏡的概念.通過(guò)對(duì)圖2中的透鏡進(jìn)行分類(lèi),使學(xué)生從結(jié)構(gòu)特征上對(duì)凸透鏡和凹透鏡有本質(zhì)的認(rèn)識(shí).

圖2 凸透鏡和凹透鏡

設(shè)計(jì)意圖:該活動(dòng)的目的是讓學(xué)生通過(guò)“摸”,真切地感受凸透鏡和凹透鏡在結(jié)構(gòu)特征上的區(qū)別——凸透鏡中央厚、邊緣薄;凹透鏡中央薄、邊緣厚.教學(xué)中采用學(xué)生親身體驗(yàn)、比較得出透鏡的概念,而不是由教師直接告訴,體現(xiàn)了新課程以學(xué)生為本的理念,注重學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn).通過(guò)對(duì)圖1中的雙凸透鏡、平凸透鏡、凹凸透鏡及雙凹透鏡、平凹透鏡、凸凹透鏡進(jìn)行分類(lèi),使學(xué)生對(duì)凸透鏡和凹透鏡在結(jié)構(gòu)特征上的區(qū)別有了本質(zhì)的認(rèn)識(shí),有利于物理觀念的形成.

2.5.2 從階一到階二的教學(xué),實(shí)現(xiàn)層級(jí)二的進(jìn)階

活動(dòng)二:觀察透鏡

學(xué)生透過(guò)凸透鏡和凹透鏡近距離觀察書(shū)本上的字,發(fā)現(xiàn)凸透鏡能成正立、放大的像,凹透鏡能成正立、縮小的像.在實(shí)際教學(xué)的過(guò)程中,可能會(huì)有學(xué)生發(fā)現(xiàn)凸透鏡還能成倒立、縮小的像,這時(shí)教師可以詢問(wèn)該生是如何觀察到倒立縮小像的,并告訴學(xué)生凸透鏡成不同像的原因我們將在第3節(jié)“探究凸透鏡成像規(guī)律”中學(xué)習(xí).這樣處理既肯定了學(xué)生的發(fā)現(xiàn),又不影響教學(xué)進(jìn)度.

設(shè)計(jì)意圖：本活動(dòng)目的有二,一是讓學(xué)生知道我們還可以從成像性質(zhì)上辨別凸透鏡和凹透鏡,二是根據(jù)成像不同,推測(cè)可能是凸透鏡和凹透鏡對(duì)光的作用不同,從而引出活動(dòng)三——探究透鏡對(duì)光的作用.該活動(dòng)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性,對(duì)于課堂中的意外生成,教師應(yīng)該巧妙處理,保護(hù)學(xué)生的好奇心和求知欲.蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基說(shuō)過(guò),“在人們心靈深處,都有一種根深蒂固的需要,這就是希望自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者.而在青少年的精神世界中,這種需要特別強(qiáng)烈.”教師要學(xué)會(huì)尊重學(xué)生,善于傾聽(tīng)學(xué)生,才有可能讓教學(xué)碰撞出思維的火花,生成精彩的課堂.

2.5.3 從階二到階三的教學(xué),實(shí)現(xiàn)層級(jí)三的進(jìn)階

活動(dòng)三:探究透鏡對(duì)光的作用

(1)學(xué)生實(shí)驗(yàn)

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),利用三線光源發(fā)出兩束平行于透鏡主光軸的光束,觀察折射光線的方向并用鉛筆在紙上將光的傳播路徑畫(huà)出來(lái),如圖3所示.在交流展示環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)比較光經(jīng)過(guò)透鏡之前和經(jīng)過(guò)透鏡之后的傳播路徑,發(fā)現(xiàn)平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后的出射光線偏向主光軸,經(jīng)凹透鏡折射后的出射光線偏離主光軸.從而初步得出“凸透鏡對(duì)光有會(huì)聚作用,凹透鏡對(duì)光有發(fā)散作用”的結(jié)論.

圖3 探究透鏡對(duì)光的作用

設(shè)計(jì)意圖：教學(xué)中只讓學(xué)生用上、下兩個(gè)激光源,避免了將過(guò)光心的光線牽扯進(jìn)來(lái),學(xué)生就更容易發(fā)現(xiàn)經(jīng)透鏡折射后的光線是偏向還是偏離主光軸.這里采用了理想模型法,即在研究物理問(wèn)題時(shí),為了突出研究對(duì)象某方面的特征,而有意識(shí)地忽略研究對(duì)象其他方面的特征.學(xué)生在科學(xué)探究的過(guò)程中,通過(guò)小組合作、收集證據(jù),并在教師的引導(dǎo)下準(zhǔn)確地表達(dá)了折射光線的特征,培養(yǎng)了學(xué)生處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論以及交流合作的能力.

(2)教師演示實(shí)驗(yàn)

教師演示:點(diǎn)燃一小段檀香,在瓶?jī)?nèi)收集一些煙霧,然后將瓶口朝下倒扣在桌面上,將手電筒調(diào)至平行光束,從瓶底豎直向下照射,觀察到瓶?jī)?nèi)仍然是平行光束.接著,將凸透鏡和凹透鏡分別放到表明平整的玻璃瓶底部,觀察到平行光束發(fā)生了變化,如圖4所示.此實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了凸透鏡和凹透鏡對(duì)光的作用.

圖4 演示透鏡對(duì)光的作用

設(shè)計(jì)意圖:在學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)初步得出凸透鏡和凹透鏡對(duì)光的作用的基礎(chǔ)上,教師再通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),從平面光束變成立體光束,不僅給學(xué)生視覺(jué)上的沖擊和震撼,還使得出的結(jié)論更具有說(shuō)服力,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的探究習(xí)慣.

2.5.4 從階三到終點(diǎn)的教學(xué),實(shí)現(xiàn)層級(jí)四的進(jìn)階

活動(dòng)四:小試牛刀

為了檢測(cè)學(xué)生對(duì)會(huì)聚作用和發(fā)散作用的理解程度,教學(xué)中設(shè)計(jì)了“小試牛刀”環(huán)節(jié),如圖5所示的暗箱題,幫助學(xué)生正確理解會(huì)聚作用和發(fā)散作用.

圖5 填入正確的透鏡

設(shè)計(jì)意圖:透鏡對(duì)光的作用是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn),學(xué)生對(duì)會(huì)聚作用和發(fā)散作用往往簡(jiǎn)單地理解為折射光線相交的就是會(huì)聚,不相交的是發(fā)散.該題很好地詮釋了會(huì)聚作用和發(fā)散作用不是看折射光線是否相交,而是觀察折射光線的方向與入射光線的方向相比,是偏向主光軸還是偏離主光軸.法拉第曾說(shuō)過(guò),“沒(méi)有觀察,就沒(méi)有科學(xué).”觀察是科學(xué)探究的基本方法之一.所以,解答此類(lèi)題時(shí),我們要引導(dǎo)學(xué)生先將入射光線延長(zhǎng),便于我們直觀地去觀察和比較入射光線與折射光線的傳播方向,從而判斷填入的是凸透鏡還是凹透鏡.

活動(dòng)五:總結(jié)辨別凸透鏡和凹透鏡的方法

教師提問(wèn):“同學(xué)們現(xiàn)在有辦法辨別桌上的兩副眼鏡嗎?”

設(shè)計(jì)意圖:首尾呼應(yīng),學(xué)生想到了“摸”“看”“照”的方法,成功幫助小明找到爺爺需要的老花鏡.教師還可以組織學(xué)生簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)一下3種方法的優(yōu)劣,讓學(xué)生意識(shí)到“摸”不符合實(shí)驗(yàn)操作的安全性和規(guī)范性,培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣,提高實(shí)驗(yàn)操作技能.

3 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論應(yīng)用于物理教學(xué)設(shè)計(jì)的一些思考

3.1 教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)尊重學(xué)生原有的認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào),學(xué)生不是空著腦袋走進(jìn)教室的,他們?cè)谌粘Ｉ钪屑耙酝慕?jīng)驗(yàn)中已經(jīng)形成了一定的元認(rèn)知.教學(xué)也不再是簡(jiǎn)單的傳遞現(xiàn)成的知識(shí),而是為了激活學(xué)生原有的相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn),促進(jìn)新知識(shí)的“生長(zhǎng)”,以實(shí)現(xiàn)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的重組、轉(zhuǎn)換和改造.教師可以通過(guò)多種途徑(如問(wèn)卷調(diào)查、訪談等)充分了解學(xué)生的學(xué)情,了解學(xué)生當(dāng)前所處的水平層級(jí),從而確定進(jìn)階的起點(diǎn).

3.2 教學(xué)設(shè)計(jì)要構(gòu)建符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的“階”

學(xué)習(xí)進(jìn)階中的“階”不單指學(xué)習(xí)內(nèi)容的層級(jí)進(jìn)階,還包括學(xué)生思維發(fā)展、認(rèn)知水平和關(guān)鍵能力的提升.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì),主要特征是探索連接進(jìn)階起點(diǎn)到目標(biāo)終點(diǎn)之間的學(xué)習(xí)路徑以及進(jìn)階的腳踏點(diǎn)[3].依據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論,教師在進(jìn)階起點(diǎn)和終點(diǎn)之間尋找到最適合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的學(xué)習(xí)路徑,并且在認(rèn)知發(fā)展的關(guān)鍵處搭建好“腳手架”,幫助學(xué)生更好地學(xué),也有助于教師更好地教.葉圣陶說(shuō)過(guò),“教學(xué)有法,教無(wú)定法,貴在得法”.學(xué)習(xí)進(jìn)階的路徑雖然不是唯一的,但可以是最合理的和最合適的.

3.3 教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)有利于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的教學(xué)設(shè)計(jì)要注重學(xué)生的體驗(yàn)和感受,讓學(xué)生在“做中學(xué)”.本案例中通過(guò)“摸”“看”“照”3個(gè)活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究,學(xué)生從結(jié)構(gòu)上、成像性質(zhì)上以及對(duì)光的作用上對(duì)凸透鏡和凹透鏡的區(qū)別有了全面的認(rèn)識(shí);暗箱題有助于學(xué)生深度理解會(huì)聚作用和發(fā)散作用,達(dá)成教學(xué)目標(biāo).依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論指導(dǎo)物理教學(xué)設(shè)計(jì),體現(xiàn)了新課程以學(xué)生為本的科學(xué)發(fā)展觀,促進(jìn)了學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.