許佳琳　王笑君

摘 要：本文基于“支架式”教學(xué)理論，以“牛頓第三定律”一課為例設(shè)計(jì)了教學(xué)案例，并在中學(xué)課堂進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。且結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，分析和說明了如何在高中物理教學(xué)中運(yùn)用支架式教學(xué)策略，在最近發(fā)展區(qū)搭建三種不同類型的“腳手架”，幫助學(xué)生感悟、探究和經(jīng)歷物理知識(shí)的構(gòu)建過程。

關(guān)鍵詞：支架式教學(xué)；最近發(fā)展區(qū)；牛頓第三定律；案例分析

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）3-0068-4

1 問題的提出

支架式教學(xué)是以著名心理學(xué)家維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論為依據(jù)的，指教師應(yīng)在學(xué)生智力的“最近發(fā)展區(qū)”建立概念框架，并借助腳手架的支撐作用把學(xué)生的智力從已有水平提升到潛在發(fā)展水平（如圖1所示）。在教學(xué)中，教師要介入學(xué)生的發(fā)展，就必須找到最適宜的介入點(diǎn)，而最近發(fā)展區(qū)為教師提供了一個(gè)理想的空間。因此，支架式教學(xué)的本質(zhì)就是在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)的教學(xué)。

支架式教學(xué)是以學(xué)生為主體，利用情境、協(xié)作、探索、會(huì)話等方式在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)開展的教與學(xué)，一般包括以下的五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)（如圖2所示）：

（1）搭建支架：圍繞當(dāng)前教學(xué)主體，按“最近發(fā)展區(qū)”的要求建立概念框架。

（2）進(jìn)入情境：將學(xué)生引入一定的問題情境（概念框架中的某個(gè)點(diǎn)）。

（3）獨(dú)立探索：學(xué)生在教師的引導(dǎo)下對(duì)學(xué)習(xí)的問題進(jìn)行獨(dú)立探索，并沿著腳手架逐步攀升。

（4）協(xié)作學(xué)習(xí)：學(xué)習(xí)小組成員對(duì)獨(dú)立探索所獲得的結(jié)論進(jìn)行交流、討論、自我糾正和完善，以完成對(duì)概念比較全面和正確的建構(gòu)。

（5）效果評(píng)價(jià)：教師為學(xué)生提供檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果、展示學(xué)習(xí)成果的機(jī)會(huì)和平臺(tái)，從而讓學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和相互評(píng)價(jià)，完成對(duì)所學(xué)知識(shí)的意義構(gòu)建。

支架式教學(xué)要充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，從而提高學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)能力。因此，教師要事先把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，并設(shè)計(jì)、提供概念框架，以便為學(xué)生持續(xù)的建構(gòu)奠定基礎(chǔ)并把學(xué)生的理解逐步引向深入。

筆者以“人教版”高中物理必修1第四章第5節(jié)的“牛頓第三定律”一課為例，選擇廣州市第六中學(xué)高一年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行班級(jí)授課。下面結(jié)合課堂實(shí)際教學(xué)，具體談?wù)勅绾芜\(yùn)用支架式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生形成作用力與反用力的概念，探究一對(duì)相互作用力的作用點(diǎn)、方向及大小的關(guān)系，及學(xué)會(huì)辨別一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力。

2 案例背景

2.1 教材分析

教材對(duì)牛頓第三定律的討論采用循序漸進(jìn)的方式：先通過司空見慣的實(shí)例定性討論物體間的相互作用，形成作用力與反作用力的概念；再通過實(shí)驗(yàn)定量探究，總結(jié)出一對(duì)相互作用力的定量關(guān)系，歸納得出牛頓第三定律；最后讓學(xué)生通過實(shí)例分析學(xué)會(huì)辨別一對(duì)平衡力和一對(duì)相互作用力，并通過回歸社會(huì)，讓學(xué)生體會(huì)牛頓第三定律在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，以達(dá)到對(duì)定律的深入理解和融會(huì)貫通的目的。

綜上所述，“探究作用力與反作用力的關(guān)系和理解牛頓第三定律的內(nèi)容”是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)， 本節(jié)課的教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力及物理思維能力。

2.2 學(xué)情和教學(xué)目標(biāo)分析

（1）學(xué)情分析

知識(shí)方面：學(xué)生在初中已學(xué)過“力是物體間的相互作用”等相關(guān)知識(shí)。

能力方面：學(xué)生具備開展和分析力學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。

認(rèn)知困難：學(xué)生關(guān)于一對(duì)相互作用力存在錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，如：認(rèn)為一對(duì)相互作用力的大小關(guān)系與物體本身的材質(zhì)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)；認(rèn)為強(qiáng)者施加于弱者的力要大于弱者施加于強(qiáng)者的力；認(rèn)為主動(dòng)施力者所施加的力要大于被施力者所施加的力。

（2）教學(xué)目標(biāo)分析

掌握作用力與反作用力的概念，理解牛頓第三定律的內(nèi)容并學(xué)會(huì)運(yùn)用該定律解決實(shí)際問題。

2.3 根據(jù)學(xué)生的困難之處搭建合理支架

基于教材內(nèi)容和學(xué)情分析，筆者將復(fù)雜的任務(wù)加以分解，搭建了三種不同類型的“腳手架”，以幫助學(xué)生完成知識(shí)的構(gòu)建，達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。在課堂教學(xué)中，筆者給學(xué)生提供了以下幾種支架：

（1）支架一（情景型支架）

學(xué)生要形成作用力和反作用力的概念需對(duì)物理現(xiàn)象和事實(shí)進(jìn)行概括和抽象。因此，要通過創(chuàng)設(shè)情景型支架，引導(dǎo)學(xué)生在情境中進(jìn)行觀察和分析，促成學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建。

（2）支架二（實(shí)驗(yàn)型支架）

探究作用力與反作用力的關(guān)系是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)，教師要引導(dǎo)學(xué)生利用強(qiáng)磁針、彈簧測(cè)力計(jì)及力學(xué)傳感器等實(shí)驗(yàn)器材，從作用點(diǎn)、方向、大小這三個(gè)要素上進(jìn)行探究。因此，教師需要提供實(shí)驗(yàn)型支架。

（3）支架三（問題型支架）

區(qū)分一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)，而恰當(dāng)?shù)膯栴}支架能夠幫助學(xué)生越過學(xué)習(xí)困境。因此，教師要用不同層次的問題幫助學(xué)生搭建學(xué)習(xí)腳手架，隨著問題的提出和解決，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入理解牛頓第三定律。

3 具體支架的實(shí)施和評(píng)析

3.1 創(chuàng)設(shè)情境、建立概念（情景型支架）

師：力的作用總是相互的。比如，剛剛你們用力鼓掌時(shí)雙手會(huì)感到麻痛，這是為什么呢？

生：左手給右手一個(gè)力，右手也給左手一個(gè)力。

師：對(duì)了。再比如說，人為什么能在地面上行走？

生：腳蹬地時(shí)，人對(duì)地有一個(gè)向后的摩擦力，地對(duì)人有一個(gè)向前的摩擦力使人前進(jìn)。

師：以上案例是相互接觸的力，對(duì)于沒有直接接觸的物體，力的作用也是相互的嗎？

生：應(yīng)該是。

猜想：若沒有相互接觸的物體，其間力的作用也是相互的，那將兩輛載有U型磁鐵的小車同名磁極相對(duì)，雙手釋放時(shí)兩輛車會(huì)向相反方向運(yùn)動(dòng)。

驗(yàn)證：磁鐵小車實(shí)驗(yàn) （如圖3所示）。

師：剛才的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了我們的猜想。也就是說對(duì)于沒有直接接觸的物體，力的作用也是相互的。

引導(dǎo)學(xué)生抽象概括形成概念（如圖4所示）。

師：如果將左列抽象為物體A，右列抽象為物體B，你們能不能將剛剛觀察到的幾個(gè)例子概括和抽象出來，給作用力和反作用力下個(gè)定義呢？

生：兩個(gè)相互作用的物體A、B，產(chǎn)生了彼此對(duì)對(duì)方的相互作用力，把其中一個(gè)力稱為作用力，剩余的另一個(gè)力稱之為反作用力。

效果評(píng)價(jià)：情景型支架從日常生活中常見的事例入手，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過鼓掌和行走的體驗(yàn)回顧了力的相互作用，與已有知識(shí)形成聯(lián)系。學(xué)生再通過觀察、分析磁鐵小車實(shí)驗(yàn)，得出沒有直接接觸的物體間力的作用也是相互的結(jié)論。通過情景型支架引導(dǎo)學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)上升到理性分析，關(guān)注現(xiàn)象背后的本質(zhì)，促使學(xué)生達(dá)到潛在發(fā)展水平。通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)事例和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察分析，抽象概括得出作用力與反作用力的概念，隨著教師所創(chuàng)設(shè)的情景，向更高的水平發(fā)展。因此，情景型支架有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生形成概念，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的構(gòu)建。

3.2 實(shí)驗(yàn)探究、得出定律（實(shí)驗(yàn)型支架）

（1）學(xué)生實(shí)驗(yàn)：利用強(qiáng)磁針探究一對(duì)相互作用力的方向關(guān)系及作用點(diǎn)的特點(diǎn)

師：想想一對(duì)相互作用力的方向關(guān)系如何？若提供強(qiáng)磁針我們可如何探究？

生：先將兩個(gè)強(qiáng)磁針相互靠近并且待它們靜止下來，觀察兩個(gè)磁針的指向。再移動(dòng)其中的一個(gè)磁針，觀察另一個(gè)磁針的運(yùn)動(dòng)情況（如圖5所示）。

師：如何判斷作用力與反作用力的作用點(diǎn)呢？

生：兩磁針相互靠近但不接觸，若一個(gè)磁針會(huì)隨著另一個(gè)磁針的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，說明一對(duì)相互作用力分別作用在不同的物體上。

師：請(qǐng)同學(xué)們小組合作設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，待會(huì)將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果告訴我。

學(xué)生設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作后，教師引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行展示和討論。

（2）學(xué)生實(shí)驗(yàn)：利用彈簧測(cè)力計(jì)探究作用力與反作用力的大小關(guān)系

師：接下來我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，定量研究一對(duì)相互作用力的大小關(guān)系？

生：利用彈簧測(cè)力計(jì)?？稍谝韵聝煞N情況中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：先將兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)互拉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；再保持其中一個(gè)測(cè)力計(jì)不動(dòng)，用另一個(gè)去拉它，分別實(shí)驗(yàn)并記錄下兩個(gè)測(cè)力計(jì)上的示數(shù)。

師：請(qǐng)同學(xué)們?cè)俅涡〗M合作設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，待會(huì)一起分享你們的實(shí)驗(yàn)成果。

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)、操作實(shí)驗(yàn)，并將組內(nèi)所得實(shí)驗(yàn)結(jié)論分享給全班。

（3）演示實(shí)驗(yàn)：利用DISLab進(jìn)一步探究作用力與反作用力的關(guān)系

師：剛剛讀數(shù)時(shí)，兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)處于什么運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？

生：靜止平衡態(tài)。

師：所以事實(shí)上我們做的是靜態(tài)觀察，那么在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過程中，任意時(shí)刻作用力與反作用力的大小關(guān)系還總保持相等嗎？

生：應(yīng)該也相等。

引導(dǎo)學(xué)生利用能反映力與時(shí)間關(guān)系的力學(xué)傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并請(qǐng)學(xué)生說出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

生：將兩個(gè)傳感器靜止對(duì)拉、向左加速、減速、做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察到屏幕上兩條曲線依舊對(duì)稱。說明無論保持靜止或處于任何運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在任何時(shí)刻，作用力與反作用力總是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失、同增同減，而且大小相等。

師：很好，我們來思考生活中的一個(gè)例子，為什么在“以卵擊石”中會(huì)蛋破石全呢？這里雞蛋給石頭的力是否還等于石頭給雞蛋的力？

生：應(yīng)該相等。

猜想：“以卵擊石”中即使蛋破石全，但雞蛋與石頭之間的相互作用力仍相等。這種猜想是否正確，下面再次利用傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（如圖6所示）。

師：將雞蛋殼粘在一個(gè)力傳感器上，用另一個(gè)傳感器跟它相撞，那么無論是以卵擊石還是以石擊卵，我們觀察到的兩條曲線有什么特點(diǎn)（如圖7所示）？說明了什么？

生1：對(duì)稱。說明無論物體間的材質(zhì)、形狀、大小、硬度是否相同，作用力總是等于反作用力。

生2：無論石頭或雞蛋誰是主動(dòng)施力者，作用力與反作用力總是相等。

教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，得出牛頓第三定律的具體內(nèi)容。

效果評(píng)價(jià)：在該階段，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，沿著教師所搭建的腳手架不斷向上攀爬，經(jīng)歷感悟、探究的過程，為進(jìn)一步歸納、演繹牛頓第三定律提供了可靠的事實(shí)依據(jù)。因此，搭建實(shí)驗(yàn)型支架能幫助學(xué)生將第二水平“潛在發(fā)展水平”發(fā)展為第一水平“實(shí)際發(fā)展水平”，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的提升。

3.3 規(guī)律應(yīng)用、拓展提升（問題型支架）

教師提出問題引導(dǎo)，學(xué)生獨(dú)立思考后小組交流討論，隨后全班分享討論結(jié)果。

問題1：生活中的拔河比賽遵循牛頓第三定律嗎？

問題2：如何對(duì)拔河比賽中的甲、乙雙方進(jìn)行受力分析？

問題3：一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力的區(qū)別和聯(lián)系是什么？

問題4：我們?cè)诎魏颖荣愔腥绾卧龃螳@勝的幾率？

效果評(píng)價(jià)：對(duì)于拔河比賽的例子，學(xué)生有生活中的前概念，認(rèn)為拉力不相等的情況下才能分出勝負(fù)。教師通過層層設(shè)問，讓學(xué)生在頭腦中形成激烈的思維沖突，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步的思考，讓學(xué)生體會(huì)到將抽象的問題具體化和受力分析過程中選擇研究對(duì)象的重要性。通過問題型支架，不僅讓學(xué)生學(xué)會(huì)辨析一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力的區(qū)別，突破本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)，而且讓物理知識(shí)回歸生活，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用科學(xué)知識(shí)解釋生活現(xiàn)象，體會(huì)到科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，從而提高學(xué)生的知識(shí)遷移、應(yīng)用能力及物理思維能力。

4 反思和結(jié)語

在本節(jié)課的案例中，筆者運(yùn)用支架式教學(xué)理論，在課前對(duì)教材、學(xué)情以及學(xué)生將要達(dá)到的水平進(jìn)行了研究，并針對(duì)學(xué)情在最近發(fā)展區(qū)搭建了一系列的教學(xué)支架。通過搭建有趣的情景型支架，以鼓掌、人行走、磁鐵小車同名相斥而行的情景帶領(lǐng)學(xué)生從生活走進(jìn)物理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生抽象、概括形成作用力與反作用力的概念，體會(huì)知識(shí)的構(gòu)建過程；接著通過搭建有效的實(shí)驗(yàn)型支架，先引導(dǎo)學(xué)生利用強(qiáng)磁針探究一對(duì)相互作用力方向的關(guān)系及作用點(diǎn)的特點(diǎn)，再引導(dǎo)學(xué)生利用彈簧測(cè)力計(jì)和傳感器，由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，由某個(gè)時(shí)刻到某個(gè)時(shí)間段，由淺到深定量地探究一對(duì)相互作用力的關(guān)系；最后通過遞進(jìn)的問題型支架，剖析拔河問題的本質(zhì)，讓物理回歸社會(huì)生活，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)解釋生活現(xiàn)象，學(xué)會(huì)辨別一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力。

整個(gè)教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和物理思維能力為目標(biāo)，在“引導(dǎo)啟發(fā)—獨(dú)立思考—合作探究—成果交流—評(píng)價(jià)總結(jié)”的過程中循序漸進(jìn)，最終促進(jìn)學(xué)生知識(shí)構(gòu)建能力和綜合能力的提高。

支架式教學(xué)是基于“最近發(fā)展區(qū)”理論的教學(xué)，是教師基于教材和課標(biāo)，針對(duì)學(xué)生實(shí)際情況而搭建腳手架的教學(xué)，這種教學(xué)策略有利于轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和提高學(xué)生的綜合能力。而在實(shí)際教學(xué)中，由于每一位學(xué)生的學(xué)情不同，學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”也有所差異，因此，如何在班集體授課的形式下，搭建起適合全班每一位學(xué)生的腳手架，是運(yùn)用支架式教學(xué)理論進(jìn)行教學(xué)的教師接下來可以進(jìn)一步深入研究的問題。

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（欄目編輯 鄧 磊）