基于“支架式”教學理論的物理教學案例分析

許佳琳　王笑君

摘 要：本文基于“支架式”教學理論，以“牛頓第三定律”一課為例設計了教學案例，并在中學課堂進行教學實踐。且結合實際教學情況，分析和說明了如何在高中物理教學中運用支架式教學策略，在最近發(fā)展區(qū)搭建三種不同類型的“腳手架”，幫助學生感悟、探究和經歷物理知識的構建過程。

關鍵詞：支架式教學；最近發(fā)展區(qū)；牛頓第三定律；案例分析

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）3-0068-4

1 問題的提出

支架式教學是以著名心理學家維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論為依據的，指教師應在學生智力的“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）。在教學中，教師要介入學生的發(fā)展，就必須找到最適宜的介入點，而最近發(fā)展區(qū)為教師提供了一個理想的空間。因此，支架式教學的本質就是在最近發(fā)展區(qū)內的教學。

支架式教學是以學生為主體，利用情境、協作、探索、會話等方式在最近發(fā)展區(qū)內開展的教與學，一般包括以下的五個教學環(huán)節(jié)（如圖2所示）：

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

（2）進入情境：將學生引入一定的問題情境（概念框架中的某個點）。

（3）獨立探索：學生在教師的引導下對學習的問題進行獨立探索，并沿著腳手架逐步攀升。

（4）協作學習：學習小組成員對獨立探索所獲得的結論進行交流、討論、自我糾正和完善，以完成對概念比較全面和正確的建構。

（5）效果評價：教師為學生提供檢驗學習效果、展示學習成果的機會和平臺，從而讓學生進行自我評價和相互評價，完成對所學知識的意義構建。

支架式教學要充分發(fā)揮學生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，從而提高學生的知識建構能力。因此，教師要事先把復雜的學習任務加以分解，并設計、提供概念框架，以便為學生持續(xù)的建構奠定基礎并把學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高一年級的學生進行班級授課。下面結合課堂實際教學，具體談談如何運用支架式教學引導學生形成作用力與反用力的概念，探究一對相互作用力的作用點、方向及大小的關系，及學會辨別一對相互作用力和一對平衡力。

2 案例背景

2.1 教材分析

教材對牛頓第三定律的討論采用循序漸進的方式：先通過司空見慣的實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；再通過實驗定量探究，總結出一對相互作用力的定量關系，歸納得出牛頓第三定律；最后讓學生通過實例分析學會辨別一對平衡力和一對相互作用力，并通過回歸社會，讓學生體會牛頓第三定律在生產、生活中的應用，以達到對定律的深入理解和融會貫通的目的。

綜上所述，“探究作用力與反作用力的關系和理解牛頓第三定律的內容”是本節(jié)課的教學重點， 本節(jié)課的教學有利于培養(yǎng)學生的實驗探究能力及物理思維能力。

2.2 學情和教學目標分析

（1）學情分析

知識方面：學生在初中已學過“力是物體間的相互作用”等相關知識。

能力方面：學生具備開展和分析力學實驗的能力。

認知困難：學生關于一對相互作用力存在錯誤的認識，如：認為一對相互作用力的大小關系與物體本身的材質、運動狀態(tài)有關；認為強者施加于弱者的力要大于弱者施加于強者的力；認為主動施力者所施加的力要大于被施力者所施加的力。

（2）教學目標分析

掌握作用力與反作用力的概念，理解牛頓第三定律的內容并學會運用該定律解決實際問題。

2.3 根據學生的困難之處搭建合理支架

基于教材內容和學情分析，筆者將復雜的任務加以分解，搭建了三種不同類型的“腳手架”，以幫助學生完成知識的構建，達到學習目標。在課堂教學中，筆者給學生提供了以下幾種支架：

（1）支架一（情景型支架）

學生要形成作用力和反作用力的概念需對物理現象和事實進行概括和抽象。因此，要通過創(chuàng)設情景型支架，引導學生在情境中進行觀察和分析，促成學生對物理知識的主動構建。

（2）支架二（實驗型支架）

探究作用力與反作用力的關系是本節(jié)課的教學重點，教師要引導學生利用強磁針、彈簧測力計及力學傳感器等實驗器材，從作用點、方向、大小這三個要素上進行探究。因此，教師需要提供實驗型支架。

（3）支架三（問題型支架）

區(qū)分一對相互作用力和一對平衡力是本節(jié)課的教學難點，而恰當的問題支架能夠幫助學生越過學習困境。因此，教師要用不同層次的問題幫助學生搭建學習腳手架，隨著問題的提出和解決，引導學生逐步深入理解牛頓第三定律。

3 具體支架的實施和評析

3.1 創(chuàng)設情境、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雙手會感到麻痛，這是為什么呢？

生：左手給右手一個力，右手也給左手一個力。

師：對了。再比如說，人為什么能在地面上行走？

生：腳蹬地時，人對地有一個向后的摩擦力，地對人有一個向前的摩擦力使人前進。

師：以上案例是相互接觸的力，對于沒有直接接觸的物體，力的作用也是相互的嗎？

生：應該是。

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，雙手釋放時兩輛車會向相反方向運動。

驗證：磁鐵小車實驗 （如圖3所示）。

師：剛才的實驗驗證了我們的猜想。也就是說對于沒有直接接觸的物體，力的作用也是相互的。

引導學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例子概括和抽象出來，給作用力和反作用力下個定義呢？

生：兩個相互作用的物體A、B，產生了彼此對對方的相互作用力，把其中一個力稱為作用力，剩余的另一個力稱之為反作用力。

效果評價：情景型支架從日常生活中常見的事例入手，激發(fā)了學生的學習興趣。學生通過鼓掌和行走的體驗回顧了力的相互作用，與已有知識形成聯系。學生再通過觀察、分析磁鐵小車實驗，得出沒有直接接觸的物體間力的作用也是相互的結論。通過情景型支架引導學生從感性認識上升到理性分析，關注現象背后的本質，促使學生達到潛在發(fā)展水平。通過引導學生對事例和實驗進行觀察分析，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生的學習興趣，引導學生形成概念，促進學生對知識的構建。

3.2 實驗探究、得出定律（實驗型支架）

（1）學生實驗：利用強磁針探究一對相互作用力的方向關系及作用點的特點

師：想想一對相互作用力的方向關系如何？若提供強磁針我們可如何探究？

生：先將兩個強磁針相互靠近并且待它們靜止下來，觀察兩個磁針的指向。再移動其中的一個磁針，觀察另一個磁針的運動情況（如圖5所示）。

師：如何判斷作用力與反作用力的作用點呢？

生：兩磁針相互靠近但不接觸，若一個磁針會隨著另一個磁針的運動而運動，說明一對相互作用力分別作用在不同的物體上。

師：請同學們小組合作設計并進行實驗，待會將實驗的結果告訴我。

學生設計并進行實驗操作后，教師引導學生將實驗結果進行展示和討論。

（2）學生實驗：利用彈簧測力計探究作用力與反作用力的大小關系

師：接下來我們該如何設計實驗，定量研究一對相互作用力的大小關系？

生：利用彈簧測力計?？稍谝韵聝煞N情況中進行實驗：先將兩個彈簧測力計同時互拉進行實驗；再保持其中一個測力計不動，用另一個去拉它，分別實驗并記錄下兩個測力計上的示數。

師：請同學們再次小組合作設計并進行實驗，待會一起分享你們的實驗成果。

引導學生設計、操作實驗，并將組內所得實驗結論分享給全班。

（3）演示實驗：利用DISLab進一步探究作用力與反作用力的關系

師：剛剛讀數時，兩個彈簧測力計處于什么運動狀態(tài)？

生：靜止平衡態(tài)。

師：所以事實上我們做的是靜態(tài)觀察，那么在動態(tài)運動過程中，任意時刻作用力與反作用力的大小關系還總保持相等嗎？

生：應該也相等。

引導學生利用能反映力與時間關系的力學傳感器進行實驗探究，并請學生說出實驗設計方案及實驗結果。

生：將兩個傳感器靜止對拉、向左加速、減速、做圓周運動時，觀察到屏幕上兩條曲線依舊對稱。說明無論保持靜止或處于任何運動狀態(tài)，在任何時刻，作用力與反作用力總是同時產生、同時消失、同增同減，而且大小相等。

師：很好，我們來思考生活中的一個例子，為什么在“以卵擊石”中會蛋破石全呢？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行實驗驗證（如圖6所示）。

師：將雞蛋殼粘在一個力傳感器上，用另一個傳感器跟它相撞，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（如圖7所示）？說明了什么？

生1：對稱。說明無論物體間的材質、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施力者，作用力與反作用力總是相等。

教師引導學生總結實驗結論，得出牛頓第三定律的具體內容。

效果評價：在該階段，引導學生設計方案進行實驗探究，沿著教師所搭建的腳手架不斷向上攀爬，經歷感悟、探究的過程，為進一步歸納、演繹牛頓第三定律提供了可靠的事實依據。因此，搭建實驗型支架能幫助學生將第二水平“潛在發(fā)展水平”發(fā)展為第一水平“實際發(fā)展水平”，從而實現真正意義上的提升。

3.3 規(guī)律應用、拓展提升（問題型支架）

教師提出問題引導，學生獨立思考后小組交流討論，隨后全班分享討論結果。

問題1：生活中的拔河比賽遵循牛頓第三定律嗎？

問題2：如何對拔河比賽中的甲、乙雙方進行受力分析？

問題3：一對相互作用力和一對平衡力的區(qū)別和聯系是什么？

問題4：我們在拔河比賽中如何增大獲勝的幾率？

效果評價：對于拔河比賽的例子，學生有生活中的前概念，認為拉力不相等的情況下才能分出勝負。教師通過層層設問，讓學生在頭腦中形成激烈的思維沖突，激發(fā)學生進一步的思考，讓學生體會到將抽象的問題具體化和受力分析過程中選擇研究對象的重要性。通過問題型支架，不僅讓學生學會辨析一對相互作用力和一對平衡力的區(qū)別，突破本節(jié)教學難點，而且讓物理知識回歸生活，讓學生學會用科學知識解釋生活現象，體會到科學知識的應用價值，從而提高學生的知識遷移、應用能力及物理思維能力。

4 反思和結語

在本節(jié)課的案例中，筆者運用支架式教學理論，在課前對教材、學情以及學生將要達到的水平進行了研究，并針對學情在最近發(fā)展區(qū)搭建了一系列的教學支架。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學生從生活走進物理，激發(fā)學生的學習興趣，引導學生抽象、概括形成作用力與反作用力的概念，體會知識的構建過程；接著通過搭建有效的實驗型支架，先引導學生利用強磁針探究一對相互作用力方向的關系及作用點的特點，再引導學生利用彈簧測力計和傳感器，由靜態(tài)到動態(tài)，由某個時刻到某個時間段，由淺到深定量地探究一對相互作用力的關系；最后通過遞進的問題型支架，剖析拔河問題的本質，讓物理回歸社會生活，引導學生利用所學的知識解釋生活現象，學會辨別一對相互作用力和一對平衡力。

整個教學以培養(yǎng)學生的實驗探究能力和物理思維能力為目標，在“引導啟發(fā)—獨立思考—合作探究—成果交流—評價總結”的過程中循序漸進，最終促進學生知識構建能力和綜合能力的提高。

支架式教學是基于“最近發(fā)展區(qū)”理論的教學，是教師基于教材和課標，針對學生實際情況而搭建腳手架的教學，這種教學策略有利于轉變學生的學習方式和提高學生的綜合能力。而在實際教學中，由于每一位學生的學情不同，學生的“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生的腳手架，是運用支架式教學理論進行教學的教師接下來可以進一步深入研究的問題。

參考文獻：

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（欄目編輯 鄧 磊）