王 力

(江蘇省南通市北城中學(xué),江蘇 南通 226011)

1 學(xué)習(xí)進階簡介

2007年美國國家教育委員會(NRC)給出了學(xué)習(xí)進階的定義：描述學(xué)生在一定時間跨度內(nèi),對于某一主題,依次進階、逐步熟練和深化的思維方式,這種思維方式能在主題學(xué)習(xí)和探究過程中得到連續(xù)發(fā)展。學(xué)習(xí)進階理論認(rèn)為學(xué)生的思維發(fā)展過程具有進階的特點,學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是思維發(fā)展從簡單到復(fù)雜的連續(xù)發(fā)展過程。[1]

2 物理問題的加工方式

2.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動

在經(jīng)典物理學(xué)研究中的問題解決通常是由實驗到規(guī)律,進而建構(gòu)整個理論體系,如熱學(xué)、經(jīng)典力學(xué)、電磁學(xué)的發(fā)展,屬于數(shù)據(jù)驅(qū)動的加工。[2]數(shù)據(jù)驅(qū)動是研究者先收集大量的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，然后進行分析,從而揭示事物的本質(zhì)屬性和規(guī)律。對應(yīng)的認(rèn)知方式是數(shù)據(jù)驅(qū)動的加工方式,以研究中生成的數(shù)據(jù)為加工對象,并使加工的信息滿足科學(xué)現(xiàn)象。[3]

2.2 概念驅(qū)動

現(xiàn)代物理學(xué)研究中的問題解決通常是以理論模型為起點,然后回到實驗,利用實驗驗證理論的準(zhǔn)確性,如相對論、量子力學(xué)的建立,應(yīng)用了概念驅(qū)動的加工方式。[2]概念驅(qū)動是研究者先提出假設(shè)性的理論,建立理論模型后進行推演、預(yù)見,然后根據(jù)實驗事實來驗證理論。對應(yīng)的認(rèn)知加工方式是概念驅(qū)動的加工方式,以已有理論與事實經(jīng)驗之間的矛盾等作為研究的起點,以理論分析時產(chǎn)生的問題為加工對象,使加工的信息滿足科學(xué)理論。[3]

3 基于“學(xué)習(xí)進階”的問題加工方式

在“滑輪”一節(jié)的教學(xué)中，需要探究的問題為滑輪的種類、定(動)滑輪的特點及其實質(zhì)，教學(xué)設(shè)計主要有以下兩種。

3.1 教學(xué)設(shè)計一

活動1：生活中的滑輪有哪些應(yīng)用？請你對它們進行分類。

活動2：探究使用定滑輪和動滑輪的特點。

實驗一：探究定滑輪工作時的特點

(1) 組裝定滑輪,豎直向下拉彈簧測力計,使鉤碼勻速上升,讀出拉力F。

(2) 改變鉤碼的個數(shù),重復(fù)實驗,把測得的數(shù)據(jù)填入表1。

表1

實驗二：探究動滑輪工作時的特點

(1) 組裝動滑輪,豎直向上拉彈簧測力計使鉤碼勻速上升,讀出拉力F。

(2) 改變鉤碼的個數(shù),重復(fù)實驗,把測得的數(shù)據(jù)填入自主設(shè)計的表格中。

活動3：閱讀教材，總結(jié)定滑輪、動滑輪的優(yōu)缺點及其實質(zhì)。

3.2 教學(xué)設(shè)計二

活動1：初識滑輪。

(1) 觀察滑輪,說出它的特征，它在生活中有哪些應(yīng)用？

(2) 模擬提水過程,使用一個滑輪把重物提升到高處，你有幾種不同的方法？對滑輪進行分類。

活動2：再認(rèn)滑輪。

提水時滑輪能替代杠桿，避免了杠桿的缺點,它們有什么聯(lián)系？

活動3：重識滑輪。

出示如圖1所示的自制木質(zhì)滑輪,滑輪分上、中、下三部分,用木質(zhì)插銷相連。演示滑輪的實質(zhì)時,取下滑輪的上、下兩部分,變形后的滑輪(杠桿)仍能工作。找出杠桿五要素,認(rèn)清滑輪的本質(zhì),分析滑輪工作時的特點。

圖1

活動4：四認(rèn)滑輪。

驗證定(動)滑輪工作時的特點：(1) 根據(jù)表2,以小組為單位，完成實驗，展示匯報。(2) 實驗數(shù)據(jù)與理論數(shù)值有什么差別？分析原因，用實驗數(shù)據(jù)予以說明，并完善結(jié)論。

表2

3.3 兩種教學(xué)設(shè)計的比較

以上兩種教學(xué)設(shè)計都能達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，但是設(shè)計的理念不同,圍繞核心概念建立的具體操作過程存在差異,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)進階的程度大相徑庭。

教學(xué)設(shè)計一在科學(xué)探究環(huán)節(jié)中,教師通過預(yù)設(shè)實驗步驟,讓學(xué)生按要求動手實驗，并完成數(shù)據(jù)的記錄,通過分析、討論,從記錄的數(shù)據(jù)中歸納出規(guī)律性結(jié)論,再通過閱讀書本內(nèi)容進一步深入理解結(jié)論。其科學(xué)探究的起點是觀察,先采集、分析數(shù)據(jù)，后得出結(jié)論,屬于自下而上的數(shù)據(jù)驅(qū)動的加工。這樣的設(shè)計環(huán)環(huán)緊扣,降低了探究的臺階,學(xué)生接受了“一站式”服務(wù),在學(xué)習(xí)上得以快速進階,習(xí)得新知。但在學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生的思維的“一馬平川”，經(jīng)歷的是“復(fù)制”“粘貼”式的探究過程,看似順利突破了重難點,實則只是暫時繞開了學(xué)習(xí)中的障礙,學(xué)生的學(xué)習(xí)能力并沒有得到提升。

教學(xué)設(shè)計二與教學(xué)設(shè)計一在教學(xué)組織的邏輯結(jié)構(gòu)上相反,在簡單認(rèn)識滑輪之后,利用自制教具,組織學(xué)生運用杠桿的知識來解構(gòu)滑輪,對滑輪的工作特點進行理論剖析,總結(jié)定(動)滑輪工作時的特點。最后通過實驗,引導(dǎo)各小組做出科學(xué)性評價,進一步完善結(jié)論。

教學(xué)設(shè)計二中科學(xué)探究的起點是分析產(chǎn)生的問題,在流程上是先有結(jié)論，然后再結(jié)合數(shù)據(jù)分析，驗證、完善結(jié)論,屬于自上而下的概念驅(qū)動的加工。通過“四認(rèn)”滑輪,使邏輯思維、直覺思維、形象思維協(xié)同合作,使學(xué)生的能力螺旋上升。“一認(rèn)”滑輪是生活場景的重現(xiàn),它幫助學(xué)生初步認(rèn)識滑輪并進行分類。該過程僅需根據(jù)記憶或簡單的理解就可以完成,屬于較低層次的能力要求；“二認(rèn)”滑輪,實質(zhì)上是對滑輪的初步解構(gòu),學(xué)生需要利用形象思維,根據(jù)兩種簡單機械的構(gòu)造,找出靜態(tài)滑輪和杠桿在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系,此過程是記憶的知識配合簡單理解完成的,在能力要求上有所提高；“三認(rèn)”滑輪,此時學(xué)生不能僅憑記憶和簡單理解去完成動態(tài)滑輪的解構(gòu),必須在直覺思維的介入下,找到更多信息,將多個孤立事實(如靜態(tài)滑輪、工作時動態(tài)的滑輪、杠桿的五要素以及杠桿平衡條件)進行整合，最終總結(jié)出理想情況下滑輪工作時的特點,能力要求屬于較高層次；“四認(rèn)”滑輪是基于實際數(shù)據(jù)，進一步完善理論模型,讓學(xué)生經(jīng)歷批判性思維過程,體會科學(xué)探究中證據(jù)、邏輯的重要性。在進行教學(xué)設(shè)計時運用概念驅(qū)動的加工方式,使學(xué)生在學(xué)習(xí)中的思維連續(xù)且不斷向精致化方向發(fā)展,實現(xiàn)了知識與能力的升華與躍進。

4 引發(fā)的思考

從數(shù)據(jù)驅(qū)動的加工到概念驅(qū)動的加工,物理問題的解決方式發(fā)生了重要轉(zhuǎn)變。目前初中物理教學(xué)中問題解決的方式多為數(shù)據(jù)驅(qū)動的加工,“數(shù)據(jù)”既是學(xué)生思維的“支點”,也成了解決問題的重要“提示”。從認(rèn)知發(fā)展的角度看,數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的處理主要對應(yīng)于具體運算水平,需要具體事物和能觀察到的實際現(xiàn)象的支持,如果問題足夠具體,學(xué)生可以完成復(fù)雜的運算,因此數(shù)據(jù)驅(qū)動的加工對應(yīng)較低水平的認(rèn)知能力。

如何在初中階段使學(xué)生的能力得到進階？改變物理學(xué)習(xí)中“只會做題”“不會思考”的現(xiàn)狀？筆者認(rèn)為,利用概念驅(qū)動加工方式解決物理問題是重要的途徑。

(1) 概念驅(qū)動的加工符合形式運算特點

初中生的思維已經(jīng)能夠擺脫具體事物、過程的影響,將現(xiàn)實性和可能性區(qū)分開,能夠以假說或理論為前提,進行假設(shè)推演,得到符合邏輯的結(jié)論,并用實驗來檢驗假設(shè),進而解釋現(xiàn)象或提出新的假設(shè)。與此同時,達(dá)到形式運算水平的學(xué)生,還能夠進行反思,分析、尋找思維過程或結(jié)論中的矛盾,發(fā)現(xiàn)理論的局限性,從而進行完善。顯而易見,概念驅(qū)動的加工方式是符合形式運算特點的一種較高水平的認(rèn)知方式。

(2) 概念驅(qū)動的加工可以深化形象思維的運用

概念驅(qū)動的加工首先需要研究者先提出假設(shè),建立新的理論模型。在原有的知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上重新整合與加工,創(chuàng)造出新概念、新理論。它既可以是已知的知識經(jīng)過加工和物理現(xiàn)象相結(jié)合產(chǎn)生的新形象,也可以是幾個毫不相干的事物聯(lián)系在一起形成的新事物,在此過程中形象思維通常以想象的形式出現(xiàn)。

(3) 概念驅(qū)動的加工可以加強直覺思維的運用

理論分析時產(chǎn)生的問題是概念驅(qū)動加工的對象,它只暴露出事實的部分特征,很難做出邏輯性的判斷,只能根據(jù)已知的理論或現(xiàn)象,利用類比、猜想和非邏輯的方法進行啟發(fā)式的領(lǐng)悟。信息的提取和加工具有跳躍性等特點,這就要求直覺思維的參與,跳過個別細(xì)節(jié),從整體上去認(rèn)清事物的本質(zhì)。

(4) 概念驅(qū)動的加工可以推進理想化方法的應(yīng)用

理想化方法作為物理問題研究的常用方法,在概念驅(qū)動的加工中也是普遍使用的。通過建立理想化模型,抽象經(jīng)驗事實,提取理想化客體,通過想象、利用直覺思維和邏輯思維進行理想化實驗,最終找出事物最本質(zhì)的屬性。

在初中物理教學(xué)中,我們不僅要認(rèn)識這種基于學(xué)習(xí)進階的概念驅(qū)動的加工方式,更要讓它在課堂中落地生根,促進學(xué)生能力的提升。