實驗問題參與建構

“熱力環流”翻轉課堂教學是筆者作為上海圓創教育“智慧教學與翻轉課堂實踐研究”項目專家團隊成員，于2015年9月24日在武漢市常青第一中學參加“示范引領與教學研討”地理同題異構，并按照當地學校教學進度執教的公開教學活動，教學時間為40分鐘。

在這次公開教學活動中，筆者努力貫徹“讓學生按照自己的步驟學習”的翻轉課堂理念和微課程教學法“三大模塊、導學一體”理論，從教學設計到教學策略調整，始終堅持以學生為中心，幫助學生較好地完成內化知識和拓展能力，筆者也在實踐中享受著教師從“演員”向“導演”轉型的樂趣。

教材分析

“熱力環流”是大氣運動最簡單的形式，而引起大氣運動的根本原因是太陽輻射的緯度分布不均造成高低緯度間的熱量差異。因此，“熱力環流”在本章、本節都屬于基礎性知識，起著承上啟下的作用。其內容主要有熱力環流的概念、形成過程（即原理）及其影響和運用。教材先是從大氣運動的能量來源入手，然后通過一個實驗活動引入熱力環流的概念，接著通過對一張示意圖的分析，讓學生了解熱力環流的形成過程，最后通過一個“海陸熱力環流”活動題，讓學生認識到熱力環流是一種常見的自然現象。

學生對實驗很感興趣，但是教材上的實驗活動材料比較復雜，而且實驗現象有時還不明顯，讓學生動手操作效果甚微。一張“熱力環流的形成”示意圖，盡管分解為三個部分，但仍然是靜止的，大部分學生很難結合教材上的文字表述，想象其動態過程。海陸熱力性質差異是學生在初中地理、物理中都學過的，所以“海陸熱力環流”對學生來講比較簡單，但由于武漢地處內陸地區，學生對白天海風和夜晚陸風沒有親身感受。

課前準備

1.設計自主學習任務單

（1）設計

自主學習任務單簡稱“任務單”，是教師在“化教為學”理念下，以表單形式呈現的指導學生自主學習的設計方案，是學生高效自主學習的支架與載體。任務單的設計質量不僅影響學生課前自主學習的深度、廣度與效度，影響微課等配套學習資源采用的類型，還影響課堂內化、拓展的策略及其有效性。因此，任務單在翻轉課堂中具有統馭靈魂的作用。

自主學習任務單是微課程教學法三大模塊中的第一模塊，主要由學習指南（包括達成目標、學習方法建議、課堂學習形式預告等）、學習任務、困惑與建議三部分構成。其中，困惑與建議是學生自主學習情況反饋的項目，由學生自主學習之后決定是否填寫與怎樣填寫。教師關注的是學習指南與學習任務設計。

①達成目標。

微課程教學法認為，翻轉課堂是一種目標管理式的學習，學生是目標管理的第一執行人，所以必須讓他們知道通過自主學習和探究拓展所要達到的掌握學習材料的維度和程度，即達成目標。翻轉課堂分為課前和課中兩部分：課前側重知識的獲取和能力的養成，課中側重綜合能力的提高和地理素養的提升。因此，筆者根據本課題教學內容的重難點和教學目標的要求，把學習內容按課前和課中進行了分割，這樣達成目標在課前和課中也各有側重（如下頁表1）。

②學習任務。

學習任務是任務單的主體部分。學生自主學習能否達成目標，主要依靠學習任務來保證。教師對于學習目標的理解、學習方法的滲透、學習能力的培養、學習內容內在聯系的駕馭以及學生情感、態度、價值觀的樹立，都會在任務設計中呈現出來。要設計出高質量的“任務單”，首先，遵循目標化的原則，即學習任務必須與達成目標相配套，保證學生完成的任務有質量，這樣教學目標就已達成。其次，教師必須吃透教材，研究學習中的最近發展區，把知識點轉化成一個個的小問題，這些問題要能引導學生學習教材，啟發學生分析教材，幫助學生理解概念和原理，指導學生掌握規律和方法，遵循知識的問題化、問題的梯度性與啟發性等原則。

針對本課題的達成目標和學生的知識基礎、生活體驗、思維能力，筆者設計了兩大學習任務（如下頁表2）。

③學習方法建議。

教師提供學習方法建議可以幫助學生在學習上找竅門，走捷徑，規范學習習慣，養成地理思維。根據本課題的學習內容，筆者給學生建議了兩種學習方法（如上頁表3）。

④課堂學習形式預告。

本課題的課堂學習形式是自主學習成效檢測→切洋蔥實驗探究→進階拓展→評價反思。

“自主學習成效檢測”和“進階拓展”環節讓學生發現課堂上的各項活動與課前自主學習的關聯性：課堂上將沒有教師講課，如果不事先認真完成自主學習任務，將無法參與課堂學習活動。因此，預告是“醉翁之意不在酒”的設計，主要任務是促使學生認真完成課前自主學習任務，為課堂內化知識、拓展能力創造條件。

“切洋蔥實驗探究”設計會激發學生的好奇心，對課堂活動充滿期待，引導學生水到渠成地參與高階思維活動。“評價反思”環節有利于激發學生的好勝心，激發學生參與課堂學習的主動性和成就感。

⑤困惑與建議。

該環節是學生依據達成目標對自己自主學習結果進行評價，對自主學習過程進行反思。其內容既可以是學生自身知識上的障礙、能力上的缺陷，也可以是學習目標規定要求外學生還希望知道的東西，還可以是對教材內容的質疑、對任務單的修改意見、對教師的建議等。

（2）操作

對學生來說，“任務單”是其高效自主學習的支架或載體。學生拿到“任務單”后，可以按照四個步驟進行操作（如上頁表4），完成其中的“學習任務”和“困惑與建議”。

對教師來說，“任務單”是學生自主學習成效的反饋載體。要想準確掌握學情，教師收到“任務單”后就要以班級為單位，按照四個步驟進行操作（如上頁表5），再進行課堂活動的二次備課。

2.錄制微視頻

微視頻是幫助學生完成自主學習任務單的配套學習資源，是微課程教學法三大模塊中的第二模塊。它是教師提供的幫助學生課前自主學習的支架之一，與“任務單”相配套，可以使學生因為“任務單”而綱舉目張、目標明確，因為微視頻能排除疑難，提升自主學習質量，從而幫助學生達成學習目標。

“熱力環流”是大氣運動最簡單的形式，但學生基本上沒有感性認識，在閱讀圖文材料與動態想象、真實理解之間存在障礙。基于教材上的實驗活動材料和現象等問題，筆者把現場操作演示實驗改為實驗視頻，錄制了一個時長為1分32秒的視頻，這樣既能避免操作時的不成功，還便于學生清楚觀看、重復觀看。具體過程是先點燃一束香插入一個空的長方形玻璃缸內，觀察煙霧飄動方向，然后又點燃一束香，插入一個底部兩側分別放有冰塊與熱水的長方形玻璃缸內，觀察煙霧飄動方向。這樣，學生在看到“熱力環流”，感受“熱力環流”現象的同時，完成了“學習任務一”，悟出了“熱力環流”概念。

“熱力環流”的原理就是其形成過程，它既是本節課的重點，也是難點。鑒于學生困于圖文結合和動態想象，筆者錄制了一個時長為3分41秒的教學視頻。具體過程是先把教材中“熱力環流的形成”圖進行動態解讀：一是分解大氣運動形式，解讀形成過程；二是分離出等壓面，解讀等壓面在高空、近地面的變化差異；三是把教材中“海風和陸風形成”活動進行情境化；四是演示形成過程和等壓線的變化，讓學生真切地感受到熱力環流是一種常見的自然現象。這樣，學生既完成了“學習任務二”，又理解和掌握了“熱力環流原理和應用”。

課堂教學

1.設計課堂學習活動

（1）預設思路

依據微課程教學法翻轉課堂的“四步法”原則，筆者對本課題的初步設計是：

第一步：4道單選讀圖題，檢測自主學習，組內協作評價，時間為5分鐘。

根據任務單的難度系數，圍繞“熱力環流原理”，按照由簡單到復雜的思路，選定4道單選讀圖題對學生進行自主學習檢測（如圖1），讓學生收獲自主學習的成功體驗。

第二步：求證實驗探究：“點蠟燭，切洋蔥，不流淚”是真的嗎？組內合作，組間展示，時間為20分鐘。

通過實驗（如圖2），學生在體驗中感受“熱力環流”在生活中的應用，體會“生活中的地理”。

第三步：拓展進階，你愿意更上一層樓嗎？組內合作，組間展示，時間為10分鐘。

熱力環流原理不僅可用于我們的日常生活，還可用于城市的合理規劃。針對該校地屬武漢市，而武鋼又是武漢人最熟悉的，所以探究武鋼廠址選擇的合理性能觸發學生的參與興趣和熱情，具有實用性（如圖3）。

熱力環流雖說是一種自然現象，但人類活動也會使局部地區出現熱力環流。讓學生探究“上方谷的暴雨為何是諸葛亮的一把火之為”，不僅能激發學生的興趣，還能讓其理解“對流雨的形成”（如圖4）。

第四步：評價反思，本節課，你最欣賞的是哪個組或哪位同學？你學會了哪些？組間評價反思，時間為5分鐘。

該環節是考慮到學生今天的學習對明天發展的意義，即激勵學生學習，能幫助他們有效調控自己的學習過程，使其獲得成就感，增強自信心，培養合作精神，養成嚴謹、認真、負責的學習品質和個性特征。

（2）操作方法

①協作探究法。

以小組為單位，組內進行明確分工，主要有主持人、記錄員、成果展示發言人與質疑人等。組長為行政長官，制定好每次活動的主持人，主持人負責組織本次活動的探究流程，召集組內成員進行積極有序的分析、討論及其成果匯總，確定成果展示發言人與質疑人。人員分工實行輪流制，目的是體驗不同角色所承擔的職責。

②“展示—質疑”交流法。

展示就是小組探究成果的呈現，先展示文本成果，再對照文本成果進行闡述。這既可以讓成果展示人獨立進行，也可以讓多人配合進行。質疑就是其他組把本組的探究成果與展示成果拿出來進行對比，提出異議；展示組再進行回應，既可以解釋本組的成果，也可以質疑其他組的成果。經過多次交流，最后達成共識。

展示權與質疑權都需要各組舉手競選，教師根據情況決定。一般根據舉手的前后，有時為了鼓勵參與度低、課堂活動得分低或動作遲緩的小組，可優先考慮他們。有時為了增加質疑的機會，還可有意讓協作成果錯誤較嚴重的小組進行展示。

③評價機制。

有時課堂活動看起來很熱鬧，學生參與活動的積極性很高，但細心觀察，不難發現積極參與活動的往往只是個別小組中的某幾位學生，大部分學生仍處于旁觀者的角色，尤其是在“展示—質疑”交流活動時，有很多學生處于游離狀態，不關注或不認真傾聽，我們把這種現象稱之為“泡沫”現象。

為了避免“泡沫”現象，讓全體學生都能積極主動地參與活動，維持參與熱情的“保鮮度”，教師除了要明確各小組成員的分工與職責，精心設計每個活動環節以外，有必要引進定量評價的機制，即以小組為單位，課堂每個活動環節都進行定量計分，計分標準公開、透明，計分者主要是教師，評分者為學生，這樣在“評價同學”環節中也就有據可依。

2.教學過程

（1）四道單選讀圖題，檢測自主學習

本環節的要求是：先做一做——同學獨立完成，然后議一議——組長組織交流，接著寫一寫——組長展示答案，最后評一評——組間質疑評價。2分鐘內，第一組、第五組和第六組依次完成“做一做”和“議一議”，三位組長都迅速到黑板上寫出本組答案，都是B、A、B、A。約3分鐘時，其他三組也完成“自主檢測”。盡管有一位學生提出質疑，但在筆者的問題引導下，他自己發現了問題并主動修正，可以說，正確率接近100%，這說明學生在自主學習任務單的引導下，課前自主學習很有成效。

（2）交流任務單，互講解惑

考慮到學生完成任務單是在大課間時間，而不是隔天晚上在家“按照自己的步驟學習”，可能會存在某些不足，于是，筆者臨時調整課堂環節，增加了這個活動。

本環節的要求：學生以小組為單位，先進行協作評價，以互講的方式解決“任務單”中的問題；然后以繪制熱力環流示意圖的方式，展示協作成果。約1分鐘，第六組組長就組織繪制“熱力環流示意圖”。而此時第一組在交流任務二中的第5個小任務時有障礙，筆者就讓第六組一位學生去幫忙，結果另一學生主動要求同去。約2分鐘后，筆者讓完成速度最快的第六小組派出兩位學生合作展示：一位學生畫圖，另一位擺放詞條完成“熱力環流示意圖”，學生熱情高漲。接下來學生在質疑交流活動中完善熱力環流過程示意圖，師生共建熱力環流的思維導圖（如圖5），用時約8分鐘。

（3）知識普及，解惑搶答

從批閱學生的課前自主學習任務單中，發現本班學生對4個知識點（如下頁圖6）的掌握有參差不齊的現象，而這又是本課題要學習的基本常識，于是決定在課堂上增設該環節，以個人搶答的方式對學生進行知識普及。學生積極性很高，只用了2分鐘就完成了。

（4）求證實驗探究

“點蠟燭，切洋蔥，不流淚”是真的嗎？

第一步：小組協作實驗。六個組的學生都迅速地分成兩小組，人員分工也很明確，只是第二組和第四組，把兩支蠟燭各分給兩個小組，其他組都是按要求進行。由于采辦人員誤買成美工刀，筆者從安全考慮，只能讓學生慢慢地小心切洋蔥。這樣，整個實驗過程經歷了約15分鐘。

第二步：實驗現象匯報，用時約5分鐘。具體過程如下：

師：“切洋蔥，流眼淚”是真的嗎？

生：真的。

師：“點蠟燭，切洋蔥，不流淚”是真的嗎？

第一組生1：我切洋蔥沒點蠟燭，一會兒眼淚就流下來了。

第一組生2：我是點蠟燭的。她在流眼淚時，我還沒感覺，又切了一會兒，才流淚。

第二組生1：我與他都點了一支蠟燭，可我沒流淚，他流淚了。他蠟燭放得（離洋蔥）遠，我放得近。

第三組生1：我切洋蔥沒點蠟燭，是淚流滿面，而她一點反應都沒有。

師：從同學們的體驗來看，“點蠟燭，切洋蔥”并不能做到完全不流淚，但至少能使眼淚流得少些、慢些。

第三步：實驗現象解釋，用時約5分鐘。具體過程如下：

師：“點蠟燭，切洋蔥”為什么能減少流眼淚呢？（生無語）請同學們在“活動單”上畫出洋蔥與蠟燭的位置，并運用熱力環流原理畫出大氣的運動狀況。（生畫圖）

1分鐘后，第三組組長舉手：老師，我們知道了。

師：那你到黑板上畫圖說明吧。（該生畫圖，如圖7a）

生指圖：點蠟燭處溫度升高，空氣上升；洋蔥處溫度低，空氣下沉。洋蔥的刺激性氣味就被下沉空氣帶到兩側擴散開了。

師：大家覺得她說得怎么樣？

第二組一學生舉手：老師，她講得是對的，可她畫的等壓線不對。

師：那你來修改并解釋一下。（該生畫圖，如圖7b）

該生指圖：這兒溫度高，氣壓低；這兒溫度低，氣壓高。等壓線是“高凸低凹”，她畫反了。

師：他修改得對嗎？大家表示一下。（生鼓掌，師擦除錯誤線條，如圖7c）

（5）拓展進階

根據熱力環流原理，討論武鋼的位置是否合理？

針對該校學生的實際情況，臨時增加了兩個活動環節，讓有興趣的學生課后探究。

（6）評價反思

根據黑板上的計分情況和學生在課堂活動中的表現，經過全班公開評比，得分最高的第五組獲得最積極組，發言、繪圖贏得掌聲的第六組被評為最精彩組和最主動組，其他組由于能協作交流、探究均獲得最默契組。用時約1分鐘。

教學反思

1.實驗引領，主動參與

“熱力環流”屬于自然地理，其運動規律的抽象性超出了學生感知的范圍，學習難度較大。而實驗可以讓學生無法觀察的宏觀的熱力環流現象具體化和可視化，使學生在生動而直觀的感性認識中，激發學習地理的興趣，喚醒主動參與的意識。

基于同題異構的要求，教材上的實驗活動已是司空見慣，而且還是假設的，所以學生體驗得不會很深刻。于是，筆者從“生活中的地理”著手，設置了一個“切洋蔥”生活小竅門驗證實驗，這個實驗不僅材料簡單、容易操作，而且能讓學生們體會到父母烹飪菜肴的艱辛和付出。雖說用時較長，但學生親歷的過程、體驗是深刻的，其收獲的不只是一個結論，更是在實驗過程中通過團隊分工合作，發揮想象力、觀察力、分析力、遷移力和創新力，體驗“發現”真理和驗證規律的成就感，進一步增強了今后課堂上主動參與的信心與熱情。

2.問題導向，自主建構

問題是學習的動力，以問題為載體，可以激發學生的探究欲望。例如，課堂活動4“點蠟燭，切洋蔥，不流淚是真的嗎”和課堂活動5“根據熱力環流原理，武鋼的位置是否合理”，引導學生在解決問題的過程中，促進已有圖式“熱力環流原理”的擴展和更新，自主建構“熱力環流原理”解釋地理現象或解決實際問題的分析能力、應用能力和遷移能力。

問題是思維的引擎，以問題為平臺，可以發展學生的思維能力。例如，課前自主學習任務一設計的問題鏈：①觀察實驗1與實驗2中的煙霧是如何飄動的？并在下圖中用箭頭繪制出煙霧的飄動方向。②比較兩次實驗在條件上有什么不同？③比較兩次實驗在條件與現象上的差異，你知道煙霧的運動與什么因素有關嗎？這種因素引起的大氣運動叫什么呢？引導學生展開積極、有效的思維，讓不同層次的學生都能參與思考，讓他們的思考在不斷爬坡中加深理解，自主構建“熱力環流的概念和成因”。

問題是反思的支架，以問題為指針，可以啟發學生的內省智能。例如，在自主學習檢測環節中，有一位學生對第3題提出質疑，這時，筆者提出1個問題：你到前面來，看圖說說你是怎么判斷的？該生指著圖剛說了一句，就發現自己原來的認識有錯誤，立馬改口說：“老師，我做錯了。”筆者啟發道：“你錯在哪兒了？”他答道：“大陸空氣上升，高空形成高壓，等壓線向高處凸起，應該選②等壓線，我看成①了。”這說明學生在問題的指引下，能夠自主反思、自主修正、自主建構“熱力環流對等壓線的影響”。一句話，在問題引導的支持下，學生具有發現真理的能力。

參考文獻：

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[2]馬莉莉.探觸高中地理翻轉課堂中“任務單”的設計[J].中學地理教學參考，2014（12）.