在問題情境中打造支架式物理課堂

王治國

（無錫市第六高級中學，江蘇 無錫 214023）

隨著新課改的不斷推進，教師們逐漸形成這樣的理念：在教學中應從問題中來，到問題中去.物理問題來源于生活，物理的學習可以通過在教師預設的問題情境中通過體驗、實驗、理論探究等自主建構.而問題情境的設置又應該和教學梯度相結合，以便幫助學生完成支架的搭建，達到預設的能力生成要求，即在撤去這種支架后學生已完成了教師所期望的某節課中知識和能力的自主建構.

1 理論依據

問題情境教學是指從學生認知水平、心理、情感需要出發，以比較現實的、有趣的問題或與學生已有知識相聯系的問題引起學生的注意，讓學生帶著明確的目的去探究新知識，形成新技能，最終解決問題.

支架式教學是以前蘇聯著名心理學家維果斯基的“最近發展區”理論為依據的，是建構主義的一種教學模式.支架原本指建筑行業中使用的腳手架，在這里用來形象地描述一種教學方式：學生被看作是一座建筑，學生的“學”就是在不斷地、積極地建構自身的過程；而教師的“教”則是為學生搭建一個必要的腳手架，支持學生不斷地建構自己，通過支架作用不停地將學生的智力從一個水平引導到另一個更高的水平，不斷發展認知能力.

支架式教學一般由以下幾個環節組成：

（1）搭腳手架.圍繞當前教學主題，按“最鄰近發展區”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（概念框架中的某個節點）.

（3）獨立探索.探索的內容包括：確定給定概念有關的各種屬性，并將各種屬性按其重要性的大小順序進行排列.探索開始時，要先由教師引導啟發（例如演示或介紹理解類似概念的過程），然后讓學生自己去分析.探索過程中教師要適時加以提示，幫助學生沿著概念框架逐步攀升.起初的引導、幫助可以多一些，以后逐漸減少，而愈來愈多地放手讓學生自己去探索，最后要爭取做到無需教師引導，學生自己能在概念框架中繼續攀升.

（4）協作學習.進行小組內的協商、討論.討論的結果又可能使原來確定的、與當前所學概念有關的屬性增加或減少，各種屬性的排列次序也可能逐漸變得明朗和一致起來.在共享集體思維成果的基礎上達到對當前所學概念比較全面、正確的理解，即最終完成對所學知識的意義建構.

（5）效果評價.對學習效果的評價包括學生個人的自我評價和學習小組對個人的學習評價，評價內容包括：① 自主學習能力；② 對小組協作學習所作出的貢獻；③是否完成對所學知識的意義建構.

在問題情景中，搭建支架的優勢表現在如下幾個方面.

（1）激發學習者的學習動力.有趣的問題能激發求知欲和內驅力，使學生進入問題探索者的“角色”，真正“卷入”學習活動之中，從而達到努力完成整個學習任務、掌握知識以及訓練思維能力的目的.

（2）促進學習者自主學習.支架式教學將學習者置于一定的情境中來完成學習任務，隨著支架的使用和淡出，學習者開始獨立探索問題，在發現問題和以后自己解決問題的反復探索中，學習者不斷地完成自主建構.

（3）引導學習者思維發展.創設條理清晰、合乎邏輯和學生認知心理特點的“階梯式”或“分層式”的問題情境，引導學生由淺入深、一步步地進行深入的思考，最終抓住事物的本質.在這一過程中，既使學生理解了知識的內涵，又培養了學生良好的思維習慣，這對于培養學生思維的邏輯性和深刻性都有重要的意義.

在物理課堂中支架教學理論如何結合問題情境來進行教學呢？根據認知理論，物理課堂教學過程應該是以不斷地提出問題并解決問題的方式來獲取新知識的問題性思維過程.要解決問題首先要提出問題，因此，教師無論是在教學的整個過程中還是在教學過程中的某些微觀環節，都應該十分重視問題情境的創設.應該注意的是教師在學生的學習過程中，要一方面思考“支架”的縱向要有利于教學過程的展開，“支架”的高度要符合學生的認識發展，并有利于學生攀爬支架，從一個發展區到另一個發展區.另一方面應思考不同“支架”的橫向“扣件”的設計，即與之搭配的問題情境.教師需用不同層次、不同角度的問題幫助學生搭建學習支架.隨著這些問題的不斷解決，學生的學習就逐漸深入，能力不斷得到發展.故而，“支架問題”應符合學生物理學習的認知規律，使之既具有結構性又關注細節與可操作性.

下面，筆者通過對高一物理必修課教學中“超重和失重”的課堂實例，作一介紹和說明.

2 案例背景

在生活經驗方面，超重和失重現象雖然學生常常聽說，但在實際生活中并不經常感受到，容易把生活中說的有些“超重”與物理學上的超重概念相混淆，把物理學上所指的失重誤認為是物體“失去重力”.在理論方面，學生雖然已學過“牛頓第二定律”，對解決物體做勻變速直線運動的問題已有所了解，但對定律的運用還不是很熟練，從理論上自主地認識到超重、失重現象的運動學特征較困難.

3 案例情景

圖1

支架1.（1）如圖1所示，讓學生快速提起用紙帶穿過的重物，觀察會發生的現象？學生發現當快速提起時紙帶會斷掉.由此教師引導學生說出這種情況下拉力大于物體的重力，然后引出超重的概念.（2）讓學生手托自己身邊的詞典（或較重的書），快速向下運動，說出自己的感覺是什么？學生會回答說詞典變輕了.由此教師引導學生說出這種情況下物體對手掌的壓力小于物體的重力，然后引出失重的概念.

設計意圖：通過創設源于生活的“體驗式”的問題情景引入課題，激發學生的學習興趣并為課堂教學搭建了直觀的“情景型”支架，讓學生明確概念，指明本節課的研究對象.

支架2.讓學生思考問題“產生超重和失重的原因是什么？”“物體具體怎樣運動會發生超重現象？怎樣運動會發生失重現象？”組織學生通過數字實驗室（包括力學傳感器、計算機、鉤碼等）進行探究活動，完成表1所示的實驗表格.

表1

根據學生完成的實驗探究，師生結合實驗表格和由實驗畫出的圖像（見表2、圖2、圖3所示），得出超重、失重不是取決于物體的速度方向和速度大小，而是由物體的速度方向及速度的變化來共同決定的，最后引導學生認識到加速度的方向才是超重、失重的條件.

表2

設計意圖：通過設置“操作型”的問題情境讓學生有目的地進行自主探究，在教師的引導下得到實驗結論，搭建“實驗型”支架，初步認識產生超重、失重現象的條件.

支架3.教師組織學生一起討論“水平方向的加速或減速運動會產生超重和失重嗎？”“在超重、失重現象中是不是物體的重力發生了變化？”通過學生繼續進行實驗探究，使他們進一步明確超重、失重的概念及其產生的條件.

設計意圖：創設“階梯式”問題情境和“錯誤式”問題情境，調動了學生的學習積極性，從而進一步理解所學知識的內涵，避免學生僅僅顧名思義，對物理概念造成誤解.

圖2

圖3

支架4.指導學生先一起從理論的角度進行分析，通過投影一步步用公式加以推導（如圖4所示）.

然后進行鞏固練習：質量為50kg的人站在升降機內的體重計上，當升降機做下列各種運動時，體重計的示數各是多少？（g＝10m／s2）

（1）升降機勻速上升；

（2）升降機以4m／s2的加速度加速上升；

（3）升降機以4m／s2的加速度減速上升.

設計意圖：創設“生活型”和“理論型”的問題情境，幫助學生形成物理“建模”的思想，從“直觀支架”過渡至“能力遷移支架”，引導學生用已學過的物理規律、知識來解決新的實際問題.

圖4

支架5.設置游戲活動：怎樣讓自己在體重計上的示數減小？比比誰的最小？思考取勝的關鍵是什么？

設計意圖：創設“開放式”問題情境，引導學生理論聯系實際地進行探究性學習，讓物理知識回歸生活，從中提高學生的應用能力.

支架6.在支架4的鞏固練習中補充追問：（4）如果升降機以重力加速度g加速下降，那么體重計的示數將是多少？這是一種什么情況？

通過討論、分析，得到此時體重計的示數為0，也就是說，人對體重計的壓力為0，從而引出“完全失重”的概念.

接著通過視頻課件讓學生欣賞宇宙空間站中完全失重環境下的種種奇妙景象.進而演示實驗：讓側面戳有小孔的塑料瓶裝滿水，靜止在空中，放開瓶蓋上的小孔，水（為使現象明顯可加些紅墨水）從側面兩個小孔中噴出，然后將手指封住瓶蓋上的小孔，讓兩位學生面對面站在瓶子落下較近的兩側，讓學生們思考：“當我放開瓶蓋上的小孔讓瓶自由下落時，水會不會噴到他們兩位的身上？”讓學生在緊張、刺激的情景下加深感官體驗同時加深對“完全失重”的認識.

設計意圖：通過“階梯式”和“生活型”的問題情境，尋求一般中的特殊問題，一方面發展學生的思維和想象力，一方面加深學生的真實體驗，從遠景到近景，進一步提升能力支架的高度.

支架7.讓學生相互討論，談對“超重和失重”的認識，并要求解釋本節課一開始“紙帶拉重物”的實驗現象，總結在實驗中自己出現的問題以及自己在哪些方面的能力得到了提升.

設計意圖：創設“輻射式”問題情境，構建知識體系，完成整節課的“封頂”工作.

4 效果評價與反思

從課堂的實際效果來看，通過搭建一系列的支架，有效地突破了教學的重點和難點，通過實驗探究學生不僅較清楚地知道了超重、失重的概念，理解了超重、失重的條件，而且通過生活化的問題鞏固了牛頓運動定律的應用，通過游戲體驗嘗試用理論知識解決生活中的實際問題，通過相互討論引導學生們總結自己的學習成果，從而實現了承上啟下、三維一體的教育教學目標.這節課教學的框架梳理如圖5所示.

圖5

眾所周知，物理知識的學習應該是一個螺旋式上升的過程，“支架式”教學的出發點是“以人為本”、“以生為本”，本身就比較適合物理學科的教學.但在具體應用的時候，筆者認為應該注意如下幾點：

（1）問題的梯度不能過大，應“小步推進”，過大的梯度無疑會“欲速則不達”，甚至造成學生的畏難情緒.

（2）問題的指向應該明確，提出的問題是準備幫助學生搭建相關的支架，在學生搭建支架的過程中可能會遇到什么問題，教師在預設時應該做到心中有數.

（3）從筆者個人的教學實踐來看，“體驗式”的問題情景適合搭建“背景”支架；“生活式”的問題情景適合搭建“直觀”支架；“操作型”的問題情境適合搭建“實驗型”支架；“理論型”加“階梯式”的問題情境適合搭建“能力遷移”支架；“輻射式”問題情境相當于“撤去支架”，及時配合適當的問題情境進行教學，將會有效地提升教學效果.

1 李永翠.問題情境教學法在生物教學中的應用.教育革新，2006（6）：60－61

2 趙順法.物理課堂教學中創設問題情境的研究.中學物理教學參考，2000（4）.

3 陳時見.課程與教學理論和課程與教學改革.桂林：廣西師范大學出版社，1999.