基于五星教学原理的初中科学的问题解决教学

陈锋++王健

摘 要：本文总结了对当代国际著名教育技术理论家梅里尔教授的“五星教学原理”进行本土化、学科化、操作化的研究与实践。努力克服单凭经验教学的弊端，构建了“基于五星教学原理的问题教学新范式”，并提供了符合学习者心理发展的优质高效的初中科学概念的问题解决教学的范例。

关键词：五星教学原理；问题解决教学；初中科学；概念教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）7-0008-5

新课程改革是我们对好的教育的期待，问题解决教学的积极倡导者波利亚对“好的教育”提出了自己的看法。他认为“什么是好的教育？那就是系统地给学生提供自己发现事物的机会……”，在这里他强调了“好的教育”的评价标准就是能够让学生自己发现问题、解决问题。因此，“问题解决”教学作为一种教学模式，它和新课程改革的基本理念是相通的，换句话说，“问题解决”教学模式是实现新课程改革的一个具体有效的策略。

1 当前初中科学教学中存在的问题

在对当前初中科学教学的调研中，我们发现：

（1）学生缺乏提出问题的习惯

在教学中，教师讲、学生听已经是司空见惯的常规，很少有学生在听的过程中主动要求回答教师提的问题，更不要说学生主动提问题了。有调查数据表明：课堂中的教学对话有90%来自老师提问题和学生回答，10%来自学生的提问题。大部分学生只习惯于接受科学知识和解题训练，而不习惯怀疑和质问。

（2）教师缺乏问题教学的思想

教师在教学中缺乏问题教学的思想，没有创设有效问题教学的情景，不是把问题弄得太大导致无法入手，就是把问题分得太小而过于简单，缺乏挑战性。教学中没有形成精心呵护学生问题意识、发展学生问题意识的氛围，以致产生了“问了也白问”“白问谁还问”的尴尬局面。

造成以上问题的共同原因是许多教师仍是凭借着已有的经验开展教学，“以讲代思”“以练代讲”的教学比比皆是。然而，教师科学合理地进行“有效问题”的设计是有效教学的关键之一，必须深刻领会并遴选出当代教学设计的理论与模式，从而指导初中科学教学中“有效问题”的设计，开发出符合学生认知规律的好课。

2 五星教学原理能设计综合多样的问题解决教学

当代国际著名教育技术理论家梅里尔教授在借鉴认知理论和技术学等各种成果的基础上，于2002年提出了“五星教学原理”， 又称为“首要教学原理”，其博采行为、认知、建构主义等诸多理论之众长。五星教学原理的实质是强调具体的教学任务（事实、概念、 程序或原理等）应被置于循序渐进地解决实际问题的情境中来完成，即先向学习者呈现问题，然后针对各项具体任务展开教学，接着再展示如何将学到的具体知识运用到解决问题或完成整体任务中。只有达到了这样的要求，才是符合学习过程和学习者心理发展要求的优质高效的教学。

五星教学原理强调了教学应该聚焦解决问题，同时，以“激活旧知”“示证新知”“应用新知”和“融会贯通”为循环圈开展教学活动。

3 基于五星教学原理的初中科学问题教学新范式

我们根据五星教学原理的五大原则，结合初中科学和问题教学的特点，开发了以下基于五星教学原理的初中科学问题教学新范式，如图1所示。

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图1 基于五星教学原理的初中科学问题教学新范式

4 基于五星教学原理的“压强”概念的问题解决教学案例

【课标解读】

（1）通过实验，理解压强。课标将压强概念定位在“理解”层次，要求学生通过实验理解压强。对于压强知识，学生几乎是一无所知，虽然学生对压强概念非常陌生，但压强的实例在生活中却很广泛，素材非常丰富。从学生的认知水平和认知特点来看，只要把两者有机地结合起来，应用和理解压强都将变得容易。同时，也为后面液体﹑气体压强和流速与压强的学习打下基础。

（2）知道日常生活中增大和减小压强的方法。这属于“了解”层次，是巩固压强概念和深入学习的需要，同时更是为了让学生能把知识应用于日常生活。

【教学内容】 认识压力，会用控制变量法通过探究知道压力的作用效果跟什么因素有关，会运用压强公式解决生活中的问题和计算。

【教材分析】 浙教版教科书《科学》七年级下册第三章第7节《压强》，本节教材的主要内容有：什么是压力，探究压力的作用效果与哪些思想因素有关，什么是压强，怎样增大和减小压强。“探究压力的作用效果跟哪些因素有关”是培养学生能力、提高素质的主要载体。“什么叫压强”是本节的主要知识点，本节教材从生活场景走进科学学习，又从科学学习走进社会应用，体现了物理与生活、社会的密切联系。

【学情分析】 在本节学习之前，学生已经学习了密度，尤其是学习了两个重要的力即重力和摩擦力，这些知识都是本节学习的认知基础。控制变量、比值定义、对比、归纳等学习方法，在以前的学习中已有所涉及，这为本节课的探究学习提供了方法基础。另外，初中学生有一定的观察能力，也具备了较强的独立思维能力，但抽象思维能力尚未成熟。对于本节所学习的压力，学生已有了“压力大作用效果明显”的思维定势和“压力总等于重力”的误区，这也是本节课要解决的难点所在。

【基于核心素养的教学目标】

（1）物理观念

①理解压力与重力的区别。

②理解压力的作用效果跟哪些因素有关。

③理解压强的概念，会运用压强公式进行简单的计算。

（2）科学思维

①通过科学探究，归纳得出压力的作用效果跟哪些因素有关。

②通过参与科学探究，学习使用控制变量法，学会方案的设计和实验表格的设计。

（3）实验探究

①学会小组的实验合作，学会观察实验现象，并能对实验证据进行分析。

②通过实验过程的探究和实验证据的分析，学会归纳出实验的结论。

（4）科学态度与责任

①通过实验探究，激发学生学习物理的兴趣，使学生认识到科学方法的重要性。

②通过对日常生活、生产中压强现象的解释，培养学生勇于探索物理学原理的精神和将物理知识应用于日常生活、生产中的意识。

【教学重点】 建立并理解压强的概念。

【教学难点】

（1）理解压力和压强的概念。

（2）比值定义法定义压强。

【基于五星教学原理的教学设计】

以下是基于五星教学原理的初中科学问题教学新范式，并且每一阶段都匹配上相应的实际问题，如图2所示，循环圈和每一阶段中的问题都要循序渐进。

【教学过程】

Ⅰ.聚焦真实的中心问题

一位成年芭蕾舞演员在表演时脚尖触地，一头成年大象站在水平地面上时每只脚掌触地。你认为哪种情况对地面的压力作用效果更明显？

学生讨论：猜想影响压力作用效果的因素——与压力的大小有关，与受力面积的大小有关。

{设计意图：教师设计了以上有趣的、极具挑战性的问题，同时涉及压力和接触面积两个因素，只考虑单一因素无法解答。营造创意氛围，从而引发学生积极讨论，激活学生的原有经验，并使该问题成为统摄本节课的中心问题。}

Ⅱ. 激活学生已有知识

问题2：压力作用效果与哪些因素有关？

A.如图3所示，用手指压气球，让学生观察发生了什么现象。

B.用同样大小的力压桌子，桌面形变吗？用同样大小的力压地面，地面形变吗？

{设计意图：通过解决上述问题，“铺垫相关旧知”或“补救所缺旧知”，充分体现五星教学原理中的第二阶段是“激活旧知”，为下面体验活动的顺利进行搭建了支架。}

问题2.1：压力和重力有区别吗？什么时候两者相等？

{设计意图： 对于“重力”和“压力”这两个概念，学生往往容易错误地认为“压力总是与重力相等”，甚至有些同学更极端，认为“压力就是重力”。为了帮助学生深刻认识到这两个概念的差异，设置了以下问题情境，如图4所示，从而顺利得出结论：在水平面上，压力大小等于重力大小。}

问题2.2：两个物体接触时，哪部分为受力面积？

{设计意图：教师创设如图5的3种实验情景，分别为：两只脚与体重计接触，一只脚与体重计接触，屁股与体重计接触。进一步让学生分清受力面积和接触面积，夯实学生学习压强所必须具备的认知基础。}

问题2.3：如何设计实验来探究影响压力作用效果的因素？

生：小组实验，填写以下活动单，如图6所示。

{设计意图：让学生学会控制变量法，学会方案的设计和实验表格的设计；学会小组的实验合作，学会观察实验现象，并能对实验证据进行分析；通过实验过程的探究和实验证据的分析，学会归纳实验的结论，体现了五星教学原理中的“梳理旧知结构”这一原理。}

Ⅲ. 有意义地展示相关新知识

问题3：你能用下定义法，给压强下定义吗？

问题3.1：当压力与受力面积都不同时，怎么比较压力的作用效果？

问题3.2： 回顾前面刚学过的密度，你会用类比法来定义压强吗？

{设计意图：进入五星教学原理中的第三阶段“示证新知”，如图7所示，通过定性的活动观察让学生能初步得出压强与压力大小和受力面积大小的关系，然后通过回顾密度的定义、公式和单位，让学生学会类比的学习方法来定义压强，体现了“知识编码整合”这一原理，突出教师采用适切的教学方式将知识进行编码整合，从而建立压强的概念模型。}

Ⅳ.指导学生应用新知识

问题4：请应用压强公式计算说明：芭蕾舞演员脚尖和大象哪个对地面压强更大？

解决生活中问题：一位芭蕾舞演员在表演时脚尖触地面积约9.5 cm2，体重约475 N，一头成年大象站在水平地面上时，每只脚掌触地面积约600 cm2，体重约60000 N。请通过计算，比较谁对地面的压强大。

{设计意图：五星教学原理中的第四阶段是“尝试练习”，要求教师在知识编码整合、建立压强概念模型的基础上，尝试应用压强模型，去解决实际生活中的问题——即本课的中心问题。同时体现了“渐减支架辅助”这一教学原理，从扶到放要循序渐进，完全放手要在课后应用中实现。}

Ⅴ. 迁移解决生活中的新问题

问题5：通过压强的学习，你能解决哪些生活问题？

问题5.1：通过观看视频，分析老人陷入泥坑的时候，怎么样能够不下陷？（播放中央电视台播放的真实事件的视频：2014年5月25日，一位老人睡不着，清晨3点外出散步，不小心踩入泥潭，他大声呼救，而后消防队员及（下转第15页）（上接第11页）时赶到，他们会如何施救？）

问题5.2：当你不小心踩入泥潭时，如何寻求帮助以及如何自救？

{设计意图：五星教学原理中的第五阶段是“融会贯通”。设计以上问题，能让学生把所学知识应用到现实生活中，真正使科学服务于生活，同时使学生的基础知识和基本技能得到进一步的巩固和加强。这也是五星教学原理倡导在“聚焦解决问题“的宗旨下，具体的概念教学任务被置于循序渐进的实际问题的情境中来完成。最后，通过所学内容来解决现实问题，体现科学为生活服务、科学使人类更智慧地生活。}

5 反 思

五星教学原理是诸理论之集大成者，但本身只提供了一些较为抽象的标准或原则，国内对这一理论具体应用于课堂教学实践的研究还较为有限，尤其在初中科学教学领域几乎空白。

多年来，笔者带领工作室的徒弟们做了大量的教学实践研究，发现五星教学原理的确能够匹配科学的事实、概念、规律、实验等，并通过活动的载体，向学生呈现问题、开展教学，并且能较好地适合科学中的物质科学、生命科学、地球与宇宙、科学探究以及STSE等多种课程内容。

本文总结了笔者的工作团队对五星教学原理进行本土化、学科化、操作化的分析与实践，构建了“基于五星教学原理的问题教学新范式”，并指导设计出基于心理学和脑科学研究成果的高效问题解决教学，促进了学生的主动学习。

参考文献：

[1]盛群力，等.教学设计[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]陈爱芯.课程改革与问题解决教学[M]. 北京：首都师范大学出版社，2010.

（栏目编辑 赵保钢）