基于学习进阶理论的物理课堂教学设计——以“匀速直线运动”为例

胡 莹 陈 娴

(1. 南京外国语学校仙林分校，江苏 南京 210023；2. 南京师范大学教师教育学院，江苏 南京 210024)

1 学习进阶理论简介

美国国家研究理事会(NRC)在2007年发布的《让科学走进学校：K-8年级科学学习的学与教》中将学习进阶定义为：对学生在一个时间跨度内学习和探究某一主题时，依次进阶、逐级深化的思维方式的描述，[1]由此可见学习进阶的研究对象是学生思维的发展过程。学习进阶理论关注教材内容的连续性，使中小学教材做到连贯、一致、少而精；学习进阶理论为课堂教学指明了方向，对教学实践有很大的指导作用；学习进阶理论关注学生的思维，以学生为学习主体，有利于促进学生概念的建构，促进学生形成完整、系统的知识结构；学习进阶理论能够为学习评价提供参考，最终促进课程、教学、评价三者的统一。

目前，教育界对学习进阶理论已经从理论研究过渡到实践研究，郭玉英教授带领的团队对学习进阶理论进行了深入的研究，取得了丰硕的成果，同时构建了符合我国学情的科学概念理解的层级模型(表1)，[2]笔者将采用这种模型进行探讨。

表1

2 基于学习进阶理论的教学实践

“匀速直线运动”是一节典型的模型建构课，[3]通过实验研究气泡的运动规律,建构匀速直线运动模型，实验中要培养学生的观察能力、动手实验能力、问题解决能力和根据现象寻找规律的分析归纳能力等。与其他实验课不同的是，本节课与数学的联系更加紧密，教学中要引导学生运用已有的数学知识，从数学计算和图像分析两个角度，建构匀速直线运动模型。综合以上分析，笔者把匀速直线运动模型的建构分为五个层级(表2)。

表2

2.1 根据生活经验，确定进阶起点

教师展示玩具火车在轨道上行驶的画面，提出问题：图1、图2中火车在轨道上的运动路线有什么不同之处？

图1

图2

设计意图：从学生的生活经验出发，确定学生的进阶起点，使学生通过观察实验现象，知道运动可分为直线运动和曲线运动。整个教学过程采用问题驱动的形式，逐阶引领学生建构匀速直线运动模型。

2.2 观察气泡的运动，建立运动与速度的映射关系

教师展示装水的玻璃管，上下颠倒几次，让学生观察管中气泡的运动情况，提出问题：气泡运动的快慢有什么规律？如何研究气泡运动的快慢？如何测量气泡运动的速度？

2.3 讨论实验细节，建立路程、时间、速度之间的关联

教师再次演示气泡的运动，然后提出问题：上述测量方法有什么缺陷？如何改进？

设计意图：学生通过观察和分析意识到：仅测量气泡运动的总路程和总时间，不能精确描述气泡运动的快慢，可以采用分段研究的方法，研究每一段的速度，这样可以更精确地描述气泡的运动。

图3

教师追问：对路程的分段是否越多越好呢？

设计意图：学生通过分析发现，分得过多会导致来不及测量每一段的时间，导致时间测量的误差较大，因此分段要合理，不宜过多。

教师提问：实验中需要同时记录气泡在各段的路程和时间，如何操作比较简单？

设计意图：引导学生讨论、自主设计实验，在玻璃管上每隔20 cm 做一标记(图3)，再用秒表测出气泡到达各标记位置的时间，将到达两标记位置的时间相减，就是气泡通过此段路程所用的时间。

学生进行实验，将数据记录在表3和表4中。

表3

表4

2.4 分析实验数据，建构匀速直线运动模型

学生根据记录的数据计算出气泡通过各区间的速度，根据计算结果，发现：气泡运动的速度大小相等，从而得到结论：气泡上升一段路程后，路程与时间近似成正比，气泡做匀速直线运动。

教师提问：还有什么方法判断气泡做的是匀速直线运动？

设计意图：引导学生运用数学方法，根据测量出来的路程、时间、速度描点画图，画出s-t和v-t的图像(图4、图5)，从图像知道：气泡运动的s-t图像是过原点的直线，v-t图像平行于时间轴的直线，从两类图像均可以得出结论：气泡上升一段路程后做匀速直线运动。

图4

图5

2.5 整合所学知识，解决实际问题

教师介绍漏斗：装上液体后打开阀门，液体会均匀滴下，即液滴滴下的时间间隔是相等的，调节阀门，可以改变液体流出的速度。教师演示实验：将漏斗装墨水后绑在小车上(图6)，在小车运动时，从漏斗滴出的液体会在纸上留下小车的运动点迹(图7)，观察小车的运动点迹，分析小车的运动特点。

图6

设计意图：引导学生将本节所学知识用于解决实际问题，学生通过分析知道：为了研究小车的运动情况，需要搞清小车在每段的运动路程和相应的时间，计算出速度，通过比较确定小车的运动是否是匀速直线运动。学生在实际操作时发现，每段的路程可以用刻度尺测量出来，但通过每段路程的时间未知，只知道两液滴滴下的时间间隔相同，学生回忆比较运动快慢的两种方法，确定采用“相同时间比路程”的方法：小车除了第一段路程较长之外，剩余的几段路程近似相等(图8)。教师引导学生得出结论：小车运动一段时间后，做匀速直线运动。

图7

图8

教师最后提出问题：气泡一开始做的是什么运动？实验时能否从气泡刚开始运动时计时？

设计意图：学生对比小车的运动情况，认识到：气泡一开始不是做匀速直线运动，要等气泡运动趋于稳定后再开始研究，同时为下节课学习变速直线运动打下基础。

3 结语

本节课的教学设计以学习进阶理论为指导，采用问题驱动的形式，促进学生物理模型的建构。教学设计以课程标准为依据，同时遵循学生的认知特点，沿着“实验—模型—生活”的认知路径,设置各个进阶过程；通过问题引领，激发学生的好奇心和学习兴趣，由浅入深、逐级深化、依次进阶，最终实现学生从经验到科学概念的转变。基于学习进阶理论，教师在教学中应关注学生的认知水平和思维发展特点，采用进阶教学策略，促进学生科学思维能力的提升。