基于“學習進階”理論的中考“科學圖像解讀（一）”教學策略

楊魁

摘 要：目前初中科學復習課課堂上普遍存在著沒有教學目標，缺乏重點、難點的突破，平均使力或以練習來代替復習，機械地重復，缺乏新意等急待解決的老問題。基于“學習進階”理論，以中考“科學圖像解讀”復習課為例，依據學生思維的三段式進階發展，創設學生最近發展區——動車行駛的距離與時間圖像，構建一個循序漸進的合理展示順序——質量與體積關系，幫助學生建構中考科學圖像解讀的核心概念完整體系-正比例函數關系及圖像，強化學生的滲透意識-力與距離及電壓與電流的圖像，增強初中學生的綜合素質，培養其良好的科學素養。

關鍵詞：學習進階；中考；科學圖像；教學策略

俗話說，“教無定法”，“教為了不教”，師們在教學中如何選擇合適的甚至最優的教學方法，這是每一位教師有待思考的問題，而復習課更是教師們討論的焦點。根據觀察，中學科學復習課的效率極其低下，課堂上存在著沒有教學目標，缺乏重點、難點的突破，平均使力或以練習來代替復習，機械地重復，缺乏新意等老問題。究其原因，主要在于教師缺乏對學生前認知的思考，不清楚學生最近發展區，如錯誤概念或不完全理解知識要點，以及不確定學生的迫切需求。

近年，“學習進階”研究成為西方科學教育領域的一個研究熱點。美國國家研究理事會（NRC）于2008年就提出了“學習進階”理論（Learning Progressions），它很好地詮釋了教師的教和學生的學兩方面的困惑。“學習進階”理論描述的學習路徑為：學生在學習某一主題的概念時，思維所遵循的一條連貫的、由簡單到復雜的軌跡。“學習進階”理論揭示了對學生連貫且逐漸深入的思維方式及其過程：在一個適當的時間跨度下，學生學習和探究某一重要的知識或者實踐領域時，思維方式將逐漸進階。因此，“學習進階”理論不僅符合學生的認知規律，且有助學生思維的進階發展，有助提高學習水平和知識的遷移、應用能力。

雖然至今已有少數一線工作者開始關注和研究學習進階，但我國目前對“學習進階”的認識和研發仍處于起步階段。我國學生的概念理解進程是怎樣的？我國學生的學習進階與國際學習進階研究成果存在多大差異？我國中小學科學課程與教學在多大程度上可以借鑒國際學習進階的研究成果？這都是我們亟待解決的問題。近十年，學習進階在國際科學教育界掀起了一個研究熱潮，它與學習理論、課程、評價領域的研究具有密切的繼承關系。當前，國際科學教育領域關于學習進階的研究已步入應用與實踐層面，我國的學習進階研究也取得了一些初步成果，但作為新興研究領域仍有待深入。

本文以“中考科學圖像解讀（一）”復習課為例，嘗試運用“學習進階”的模式組織教學，且通過相應的師生教學實踐，期望通過“學習進階”理論來有效指導科學復習課教學，同時培養學生的科學素養。

一、選課意義

1.查閱初中階段的課程標準我們可以清晰地知道，我國義務教育階段的《科學課程標準》中對科學圖像解讀的有關知識沒有單獨給出專題章節進行學習，但是科學圖像卻已經處處滲透在中學教材的各個方面。

2.圖像題是初中科學教學的重要組成部分，也是每年中考的必考題型。它不僅能考查學生對基礎知識的掌握程度，也能考查觀察、想象、分析、綜合應用知識的能力，還能培養學生的思維能力，讓學生熟悉科學研究的方法并培養他們的科學態度，這對廣大中考考生來說既是一個重點，也是一個難點。

3.引領學生思維方式的改變，巧用數學工具解科學題目。科學源于生活，并用于生活，圖像與生活實際聯系密切，是實際生活中建模的重要工具之一。

4.幫助科學及其他學科教師轉變現代教學的新理念，改進教學方法，優化復習內容，關注學科間的交叉與滲透，努力尋找科學與其他學科間的結合點、交叉點、生長點。同時，強化學生的滲透意識，增強綜合素質。

二、學習進階分析

學習進階一般有五個組成要素：進階終點；進階維度；多個相互關聯的成就水平；各水平的預期表現；特定的評測工具。通過與學生的交流、作業體現等手段，學生已掌握正比例函數及其圖象分析，同時也知道一些學科中正比關系的物理量，但在學生的最近發展區沒有用數學工具解決科學問題的概念，也缺乏對科學中類似正比例關系物理量的歸納及分析。

三、基于“學習進階”理論的教學策略——“以科學圖像解讀”為例

環節一：重現原有知識（正比例函數圖象），繪制圖象

進階水平1：初步尋找科學與數學交叉點與結合點并體現圖象魅力。

演示圖1（a）和圖1（b），問：橫坐標的x和縱坐標的y改成時間t和距離s后，變成了我們科學上的什么圖象了？

活動1：繪制路程-時間圖象，請同學們在任務單一上畫出s-t圖象。比一比，哪位同學畫得既快又準確！

今年的全國兩會正式召開期間，小楊代表乘坐動車去北京參加全國人民代表大會。在某段平直的軌道途中，小楊代表通過數電線桿來測算動車的速度。小楊代表以身邊正對的電線桿為第一根開始計數，每t秒數得電線桿n根（具體數據見表1），電線桿之間的距離基本是固定的為50 m。大約歷經13小時到達北京站。

活動啟示：讓畫的最好的同學來介紹下如何畫圖。

環節二：解讀圖象

進階水平2：用心挖掘，每張簡單的圖后面蘊藏著大量的信息，體會圖象的重要性。

提問1：這條線可以告訴我們什么信息？

提問2：是不是所有路程與時間之間的關系都可以畫成類似正比例函數圖象表示？

活動2：繪制速度v-時間t圖象，用來表示勻速直線運動

思考1：能否根據這個圖象，在圖象中表示出該動車在t1秒內通過的路程。

提升與討論：如圖（圖2（c）），表示什么運動狀態？陰影表示什么物理量？（引出平均速度，同時設置陷阱，警示學生認真讀圖）

思考2：碰巧的是另一位代表也乘坐動車去北京，他畫的圖象如圖2（d）所示。下面，請同學根據圖象來說說表示的科學含義。

學生展示：

1.可以根據圖象計算出動車的速度；

2.可以比較兩列動車的速度。

思考3：如何比較速度的大小？并說明理由。

師生方法小結：比較速度的大小，比較線的傾斜程度，且有共同的特點：傾斜程度比較大小（快慢）時，要注意先選取關鍵點定不變量，再比變化量。

我行我素：用測力計沿水平方向兩次拉著同一物體在同一水平面上運動，兩次運動的s-t圖象如圖3所示，其對應的測力計示數分別為F1和F2，功率分別為P1和P2，則它們大小關系是：F1____F2，P1____P2。（填“=”、“>”或“<”）

（通過進階水平1，原有數學函數的展示和物理量路程和時間的關系，從學生熟知的數學知識與圖像入手，貼近認知實際，提升到可以利用數學這一工具解決生活中的實際問題）

環節三：展示類推

進階水平3：歸納總結初中物理中類似正比例關系的物理量。

知道了當物體做勻速直線運動時，可以用類似正比例圖象來表示，歸納出其他科學量之間的關系，也可以用類似正比例函數的圖象來表示。

成果展示：（1）G-m圖象：描述星球表面物體受到重力G與物體質量m關系。

（2）m-V圖象：該圖象描述的是物質的一種特性。

（3）U-I圖線：U-I圖象用來描述的導體導電能力的。

提問：m-V圖象，它可以告訴給我們哪些信息？

環節四：實戰演習，展示風采

（通過進階水平2，學生掌握圖象蘊藏著大量的信息，提升到可以歸納出初中物理中所有類似正比例關系的物理量，以點帶面，觸類旁通）

進階水平4：利用圖象解決問題，升華主題。

展示自我：圖4（a）表示物質的質量跟體積關系，圖4（b）物質的密度跟體積的關系，從圖（a）可見，A、B兩種物質中密度較大的物質______，其值為________；將此物質的密度跟體積的關系轉化成圖4（b）圖，可見斜線部分S的面積表示此物質的______，其值為___________。

圖4（a）物質質量與體積關系圖4（b）物質密度與體積關系圖5普通電路圖。

合作交流：圖5所示的電路，電源電壓保持不變。閉合開關S，當滑動變阻器滑片P位于最左端時，電流，顯示數為0.2A，然后逐漸向左滑動滑片P的過程中，電流表、電壓表示數的變化，數據如表2所示。

1.根據表2數據，在圖6上分別繪制成流過R1和R2的電流與其兩端電壓的關系的U-I圖象，根據圖6的圖象信息可知：電流表A的變化范圍__________，電源電壓為。

2.當滑動變阻器滑片P位于最左端時，電阻R2消耗的電功率為_______，并用斜線在圖6中表示出電阻R2消耗的電功率。

3.根據圖5的圖象信息可知：當滑片P滑到某位置時，滑動變阻器電阻R2消耗的電功率最大為____，此時滑動變阻器R2接入電路的有效電阻為_______。

（通過進階水平3，學生掌握圖象解讀策略提升到可以利用數學這一工具解決科學中的實際問題）

環節五：方法總結和拓展延伸

進階水平5：領會。

優秀生解題策略：

1.正確方法“一識標”，“二明點”，“三析線”。

2.明確條件：首先理清圖像和表中呈現了哪些條件？其次思考題目中還隱含了哪些條件，即由呈現條件還可以推出哪些條件？

3.靜心通讀：審題時一定要靜心，煩躁不安、心不在焉、心煩意亂是大敵，做題時最易出差錯。靜下心來認真閱讀，注意找出題目中關鍵性的字、詞、句。

拓展延伸：

歸納總結類似正比函數在化學與生物中的運用。

四、教學啟示

1.學習進階有助于學生構建概念完整體系，培養學科素養

國外研究者認為，以整合的概念體系為核心，圍繞少數概念進行深入探究的進階學習，能夠有效改變其“廣而淺”的科學學習現狀，最終實現科學素養的發展。本課例圍繞“正比例函數圖象”這一核心概念，通過回顧初中科學中幾例常見正比例關系物理量，建立類似正比例函數圖象模型，不僅將科學里零散而又孤立的知識點進行了連貫，而且滲透了用數學工具解決科學問題的方法，起到以點帶面，觸類旁通的作用。

2.學習進階有助于學生逐級跨“階”，培養自學能力

本課教學設計充分考慮學生最近發展區，基于學生的前認知為起點水平，結合學生熟悉的學科知識和生活經驗，朝著更高層次的水平逐級發展。同時，根據每一階段的學生進階水平的表現，設計針對本階段水平的習題進行效果評價，再根據學生已達到的學習水平不斷修正實際教學階段的下一水平要求，更有針對性、高效地過渡到下階段的教學，符合學生的認知規律。學生充分認識到知識的進階層次，為學生更好地學習新知識奠定了基礎。

3.學習進階有助于因材施教

由于不同學生個體、不同的學情，教育工作者要關注學生的個體差異和個體內發展的不均衡性，設置不同的問題，盡可能地按照每個學生所具有的不同智能結構注入特色的催化劑。讓所有師生都學有所思，鉆有所獲。事物之間都是有聯系的，沒有孤立的知識，然而人們在認識事物的時候，有一個循序漸進的過程，很多事物都是在不斷的“認識——再認識”的過程中，逐漸被人們所理解和應用的。當然，科學圖象知識的學習更是如此。初中階段的科學學習是一個啟蒙階段，這個時候如果給學生傳授不易理解的知識，顯然是不可行的。教學要遵守學生的認知發展規律，到高中階段，可以逐漸增加知識的深度和廣度。在這個層面上來說，“學習進階”和我國古代的學習方法“循序漸進”是有相似之處的。

總而言之，不管是我國古代“循序漸進”的教學方法，還是如今較流行的“學習進階理論”，都是為了學生更好、更全面的發展，因此，在以后的學習和實踐中，希望大家都能注重這方面，爭取有更好的教學效果。

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Abstract： The current class junior high school science review class generally has”no teaching objectives，lack of focus，difficulty and breakthrough of the average force or in practice instead of the review，mechanical repetition，lack of new ideas and old problems.Based on the theory of“learning”，“scientific image interpretation”in senior high school entrance examination review class as an example，on the basis of the three section type students thinking of advanced development，creation of distance and time images of their recent development area-motor car driving，build a reasonable order of step by step voltage and power flow，the core concept of complete system-help the students to construct scientific interpretation of images is the proportion of senior high school entrance examination function and image，strengthen students' awareness of the infiltration-quality and volume as well as the image force and distance，enhance the comprehensive quality of junior high school students，cultivate their good scientific literacy.

Key words：Learning Progressions Theory；Test； Scientific Image；Teaching Strategy

（作者單位：浙江省臺州市黃巖區寧溪初級中學）