蘇愛(ài)娣

摘 要：為了使概念的建構(gòu)有一個(gè)循序漸進(jìn)的合理順序，“學(xué)習(xí)進(jìn)階”成為科學(xué)教育研究的新領(lǐng)域。在學(xué)習(xí)進(jìn)階理論下開(kāi)展教學(xué)，有助于教師依據(jù)學(xué)生思維的進(jìn)階發(fā)展，設(shè)計(jì)進(jìn)階發(fā)展的學(xué)習(xí)活動(dòng)，幫助學(xué)生構(gòu)建科學(xué)核心概念體系，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)進(jìn)階；科學(xué)核心概念；大氣壓強(qiáng)；課例研究

提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)課程的宗旨，以核心概念來(lái)組織學(xué)習(xí)內(nèi)容是科學(xué)課程改革的一大特點(diǎn)。為了使概念的建構(gòu)有一個(gè)循序漸進(jìn)的合理順序，使其不斷深入，近年來(lái)，“學(xué)習(xí)進(jìn)階”成為科學(xué)教育研究的新領(lǐng)域。目前，科學(xué)教育界對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的概念界定呈現(xiàn)多樣化，比較典型的為“學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)一段時(shí)期內(nèi)，兒童學(xué)習(xí)或者探究某主題時(shí)，其思維方式的連續(xù)且不斷精致發(fā)展的描述”[1]。本文以浙教版《科學(xué)》八年級(jí)上冊(cè)《大氣壓強(qiáng)》一課為例，嘗試應(yīng)用進(jìn)階理論分析該部分內(nèi)容知識(shí)和能力的層次階段，并通過(guò)相應(yīng)的實(shí)踐研究，期望對(duì)“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論在初中科學(xué)課堂教學(xué)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)上有一定啟發(fā)。

一、教材特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀

（一）教材編寫(xiě)突出主題 弱化了核心概念的產(chǎn)生或復(fù)合

浙教版初中科學(xué)教材將生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、地球與空間科學(xué)作為一個(gè)整體來(lái)設(shè)計(jì)，教材的章節(jié)編寫(xiě)采用主題形式將各領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行融合。“大氣壓強(qiáng)”概念屬于物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域，但由于天氣變化與大氣壓有關(guān)，因此被安排在八年級(jí)上冊(cè)第二章《天氣與氣候》第三節(jié)《大氣的壓強(qiáng)》，編者試圖打通各領(lǐng)域概念“隔閡”，實(shí)現(xiàn)從“大氣壓強(qiáng)”到“天氣與氣候變化”的概念進(jìn)階。

與大氣壓強(qiáng)相關(guān)的核心概念是“壓強(qiáng)”，“壓強(qiáng)”是物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域“運(yùn)動(dòng)和相互作用”的核心概念之一，固體壓強(qiáng)、液體壓強(qiáng)、大氣壓強(qiáng)、浮力等概念都由這個(gè)核心概念衍生，其中固體壓強(qiáng)和液體壓強(qiáng)的內(nèi)容被教材編入七年級(jí)下冊(cè)第三章《運(yùn)動(dòng)和力》。

（二）教師缺乏核心概念意識(shí) 忽視了學(xué)生思維的進(jìn)階發(fā)展

《初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對(duì)該節(jié)的內(nèi)容目標(biāo)設(shè)計(jì)為：通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)大氣壓的大小和方向，知道大氣壓的變化及其對(duì)生活的影響；活動(dòng)建議為：用實(shí)驗(yàn)估測(cè)大氣壓的大小，顯示大氣壓的方向?！犊茖W(xué)教學(xué)參考書(shū)》中，該部分的教學(xué)目標(biāo)為：1.能列舉證明大氣壓存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和生活現(xiàn)象，并能用大氣壓解釋有關(guān)現(xiàn)象。2.能說(shuō)出標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的數(shù)值，說(shuō)出測(cè)量大氣壓的工具：水銀氣壓計(jì)和空盒氣壓計(jì)。比較課程標(biāo)準(zhǔn)和教參對(duì)該部分內(nèi)容的要求，發(fā)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于實(shí)驗(yàn)在建構(gòu)這部分概念中的作用，而浙教版《科學(xué)》則更側(cè)重于對(duì)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和解釋，在大氣壓這一概念的深度上要求稍低，廣度上要求更高。

通過(guò)教學(xué)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)許多教師普遍存在如下問(wèn)題：教學(xué)形式采用的大量實(shí)驗(yàn)缺乏層次性，學(xué)習(xí)內(nèi)容缺乏梯度設(shè)計(jì)，沒(méi)有按照邏輯順序呈現(xiàn)，對(duì)以核心概念來(lái)組織學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)不足，忽視學(xué)生思維的進(jìn)階發(fā)展，不能生成系統(tǒng)的知識(shí)和技能。

二、學(xué)習(xí)進(jìn)階分析

浙教版《科學(xué)》八年級(jí)上冊(cè)第二章《大氣壓強(qiáng)》之第一課時(shí)學(xué)習(xí)進(jìn)階全景圖見(jiàn)圖1。

學(xué)習(xí)進(jìn)階并非是每一名學(xué)生都遵循的同一認(rèn)知進(jìn)程，不同的學(xué)生以不同的思維路徑抵達(dá)終點(diǎn)。構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階圖可以讓教學(xué)定位一目了然，讓學(xué)生對(duì)核心概念的相關(guān)學(xué)習(xí)更加深入、更加貫通、更有關(guān)聯(lián)性，減少對(duì)孤立事實(shí)和概念的記憶。

三、學(xué)習(xí)進(jìn)階視域下的“大氣壓強(qiáng)”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

環(huán)節(jié)一：重現(xiàn)原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn) 推測(cè)大氣壓強(qiáng)的存在

教師用礦泉水瓶演示如圖2實(shí)驗(yàn)，問(wèn)：看到了什么？這一現(xiàn)象說(shuō)明什么？

教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上追問(wèn)：液體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是什么？

（通過(guò)簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn)，喚醒學(xué)生原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，鞏固液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)和產(chǎn)生的原因，為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)作好鋪墊）

教師繼續(xù)問(wèn)：有什么辦法可以讓小孔中的水不流出？

教師根據(jù)學(xué)生回答，分別演示用手堵住小孔和蓋上蓋子，引導(dǎo)學(xué)生思考：蓋上蓋子的效果可以與用手堵的效果相同，那么瓶子的周圍有什么存在呢？

（利用具體的演示實(shí)驗(yàn)，造成學(xué)生視覺(jué)上的沖擊，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象思維：在瓶的周圍有一種物質(zhì)像手一樣堵住了小孔，使學(xué)生感受大氣壓強(qiáng)的存在，順利踏上學(xué)習(xí)的階梯）

教師引導(dǎo)學(xué)生尋找論據(jù)，應(yīng)用科學(xué)思維進(jìn)行推理：地球表面有大氣，大氣受重力作用且有流動(dòng)性，則大氣應(yīng)該也有壓強(qiáng)。

環(huán)節(jié)二： 證明大氣壓強(qiáng)的存在

進(jìn)階水平1：體會(huì)大氣壓強(qiáng)的存在。

教師用紙杯和紙片演示圖3至圖8所示的系列實(shí)驗(yàn)。

（1）演示圖3，問(wèn)：紙片為什么會(huì)掉？

（2）演示圖4，問(wèn)：紙片為什么不掉下來(lái)？并對(duì)紙片進(jìn)行受力分析。

（3）演示圖5，問(wèn)：紙片為什么不掉下來(lái)？對(duì)紙片進(jìn)行受力分析，得出推測(cè)：大氣對(duì)紙有向上的托力。（有學(xué)生提出是因?yàn)樗鸭埰?，教師用大頭針在杯底扎一小孔，空氣進(jìn)入杯中后紙片迅速下落）

（4）演示圖6和圖7，問(wèn)：紙片也不掉下來(lái)，說(shuō)明什么？

（5）演示圖8，瓶吞雞蛋對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

（采用圖3～5系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行鋪墊，并輔以實(shí)時(shí)的紙片受力情況分析，通過(guò)層層深入的引導(dǎo)，給學(xué)生的思維構(gòu)建階梯，讓學(xué)生逐漸清晰地體會(huì)到大氣對(duì)處于其中的物體會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)。再通過(guò)圖5～8實(shí)驗(yàn)的組合，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到大氣會(huì)向各個(gè)方向?qū)μ幱谄渲械奈矬w產(chǎn)生力的作用，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階發(fā)展）

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么紙杯內(nèi)未裝水時(shí)紙會(huì)掉下，裝水后紙就不會(huì)掉下？為什么瓶?jī)?nèi)空氣受熱后再冷卻雞蛋就掉入其中？

（師生共同分析實(shí)驗(yàn)原理，提煉實(shí)驗(yàn)中隱藏的科學(xué)方法，為下一活動(dòng)的順利開(kāi)展在思維上做好點(diǎn)撥，為更高水平的學(xué)習(xí)鋪好階梯）

進(jìn)階水平2：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明大氣壓的存在，應(yīng)用大氣壓知識(shí)解釋現(xiàn)象。

材料：針筒、吸盤(pán)、礦泉水瓶、吸管、紙杯（內(nèi)有礦泉水）、熱水等。

學(xué)生利用以上材料，通過(guò)小組合作，設(shè)計(jì)證明大氣壓強(qiáng)存在的實(shí)驗(yàn)。

（利用生活用品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，消除科學(xué)的神秘感，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，鞏固“大氣壓存在”的概念）

趣味活動(dòng)：教師組織兩個(gè)學(xué)生比賽用吸管吸相同體積的飲料，看誰(shuí)吸得快（大個(gè)子學(xué)生用的吸管被剪了一個(gè)小孔）。

活動(dòng)結(jié)果：大個(gè)子學(xué)生輸給小個(gè)子學(xué)生后，發(fā)現(xiàn)吸管上有小孔，認(rèn)為比賽作弊。

教師請(qǐng)大個(gè)子學(xué)生解釋為什么吸管上有小孔就是作弊。

（由進(jìn)階水平1的觀察、分析、獲取概念，到進(jìn)階水平2的設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)能應(yīng)用大氣壓知識(shí)對(duì)相關(guān)事物做出科學(xué)性的解釋，實(shí)現(xiàn)在能力水平方面的提升，在科學(xué)方法上的進(jìn)一步滲透）

進(jìn)階水平3：設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)，測(cè)量大氣壓強(qiáng)。

在完成馬德堡半球?qū)嶒?yàn)的教學(xué)之后，教師問(wèn)：大氣壓很大，究竟有多大？如果給你一個(gè)量程足夠大的測(cè)力計(jì)，你能否在現(xiàn)有材料（進(jìn)階水平2中所使用的材料）的基礎(chǔ)上，完成對(duì)大氣壓大小的粗略測(cè)量？（提示：根據(jù)固體壓強(qiáng)的計(jì)算公式p=F/S）

學(xué)生小組討論：畫(huà)出粗略測(cè)量大氣壓值的設(shè)計(jì)圖，并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的思路和計(jì)算方法。

匯報(bào)設(shè)計(jì)結(jié)果如圖9或圖10。

教師組織學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果在科學(xué)性和測(cè)量精確性方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，介紹科學(xué)史上人們對(duì)大氣壓值測(cè)量的研究和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值的大小。

（在進(jìn)階水平2的鋪墊下，通過(guò)小組合作模式設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)，提升到運(yùn)用文字、符號(hào)、模型、公式等解釋并概括探究過(guò)程和結(jié)果的進(jìn)階）

環(huán)節(jié)三：拓展延伸

教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系液體壓強(qiáng)的影響因素，分析大氣壓值隨海拔高度的上升將會(huì)發(fā)生怎樣的變化？

布置課后探究任務(wù)：利用生活中的常見(jiàn)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明大氣壓隨高度的變化而變化。

四、教學(xué)啟示

（一） 學(xué)習(xí)進(jìn)階有助于學(xué)生構(gòu)建概念體系

國(guó)外研究者認(rèn)為，以整合的概念體系為核心、圍繞少數(shù)概念進(jìn)行深入探究的進(jìn)階學(xué)習(xí)，能夠有效改變其“廣而淺”的科學(xué)學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展[2]。本課例圍繞“壓強(qiáng)”這一核心概念，在“液體壓強(qiáng)”的基礎(chǔ)上，通過(guò)組織多個(gè)活動(dòng)，在完成對(duì)“液體壓強(qiáng)”概念重現(xiàn)的同時(shí)，引領(lǐng)學(xué)生深入探究“大氣壓強(qiáng)”，使學(xué)生形成完整的、系統(tǒng)的“壓強(qiáng)”概念，改變了原有教材中因相關(guān)概念分布零散而導(dǎo)致的學(xué)生核心知識(shí)零碎和孤立的現(xiàn)象。

（二） 學(xué)習(xí)進(jìn)階有助于學(xué)生發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)

科學(xué)教育應(yīng)該從學(xué)生感興趣并與他們生活相關(guān)的課題開(kāi)始，逐步進(jìn)展到掌握大概念?？茖W(xué)教育所有課程活動(dòng)都應(yīng)該致力于深化學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解，同時(shí)應(yīng)該考慮其他可能的目標(biāo)。例如，科學(xué)態(tài)度和能力的培養(yǎng)。本課例中，教師首先對(duì)該課的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行分“階”分析，學(xué)生活動(dòng)的材料（如紙杯、針筒、吸盤(pán)掛鉤等）均來(lái)自于學(xué)生熟悉的生活用品，從學(xué)生熟悉的事物、已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，在完成對(duì)概念逐“階”建構(gòu)的同時(shí)，側(cè)重于對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的逐漸提升。構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階，能較好地呈現(xiàn)概念發(fā)展進(jìn)程，符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的連續(xù)一致發(fā)展。

（三） 學(xué)習(xí)進(jìn)階有助于學(xué)生跨越概念之“階”

教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生在系列概念認(rèn)知發(fā)展歷程中，存在著概念之“階”現(xiàn)象，從而成為教學(xué)難點(diǎn)。對(duì)課堂中“階”的理解以及如何設(shè)計(jì)教學(xué)以促進(jìn)學(xué)生跨越“階”最能體現(xiàn)教師教學(xué)智慧。學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)概念是學(xué)生的一種“信念”，在教學(xué)中可以看作是活動(dòng)的假設(shè)，教學(xué)過(guò)程則是不斷對(duì)這個(gè)信念提供證據(jù)以證實(shí)或證偽的過(guò)程[3]。圍繞“進(jìn)階”設(shè)計(jì)核心活動(dòng)，有助于學(xué)生實(shí)現(xiàn)“階”的跨越，也有助于教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)找到抓手。

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