基于“問題鏈”的教學(xué)邏輯構(gòu)建探討
——以高中物理“重心”教學(xué)為例

辛 賾 陳燕華

(廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

物理學(xué)的核心素養(yǎng)包含物理觀念,科學(xué)思維,實驗探究,科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4大方面,是學(xué)生在經(jīng)過物理課程學(xué)習(xí)后應(yīng)具備的科學(xué)品質(zhì)．為貫徹核心素養(yǎng)的落實,以學(xué)生為課堂中心的“問題鏈導(dǎo)學(xué)”、“探究式教學(xué)”等教學(xué)形式相繼出現(xiàn),為當(dāng)前物理學(xué)教學(xué)帶來了新的啟示,但仍有些做法值得商榷.

首先,盡管教師在教學(xué)中設(shè)置了師生交流的問題對話,但由于有的教師組織的問題,或零散孤立,或過于隨意,不能形成一條結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),條理清晰,層次鮮明的系列問題鏈,影響了學(xué)生新認(rèn)知的形成,淡化了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣．其次,有的教師過于追求課堂的活躍性與參與性,卻不能較好地將活動與教材內(nèi)容相結(jié)合,使學(xué)生的活動缺乏明確的目標(biāo)導(dǎo)向,過分沉浸于游戲與競爭之中,難以幫助學(xué)生形成物理觀念,實現(xiàn)教學(xué)目的．基于以上兩個方面的原因,筆者在“問題鏈”教學(xué)思想的指導(dǎo)下,以高中物理學(xué)“重心”知識點為例,談?wù)勎锢韺W(xué)教學(xué)中關(guān)于問題與活動的串聯(lián)設(shè)計.

1 問題鏈教學(xué)的設(shè)計理念

“基于問題的學(xué)習(xí)”又稱“PBL教學(xué)模式”,最早興起于上世紀(jì)60年代的美國．它提出以問題(尤其是在真實情景下的問題)為核心開展教學(xué)內(nèi)容,為學(xué)生提供主動獲取知識并進行自我建構(gòu)的情景．盡管因中外學(xué)習(xí)方式的差異,其理論不宜完全照搬,但“PBL”中強調(diào)發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)與終生學(xué)習(xí)的能力,培養(yǎng)學(xué)生的內(nèi)部學(xué)習(xí)動機等觀點,對中國新一輪課改的推進有一定的參考價值．“問題鏈”教學(xué)法在“PBL”以問題為核心的基礎(chǔ)上,要求教師能將學(xué)習(xí)任務(wù)與內(nèi)容設(shè)計成一種有組織,有邏輯,相互獨立卻又層層遞進的問題模式,在問題解決的同時能體現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)的過程與科學(xué)思想的滲透.

2 問題鏈與活動課程的邏輯建構(gòu)

問題鏈教學(xué)法在許多方面與活動課程的理念有相似之處．其一,二者皆提出教學(xué)過程應(yīng)以學(xué)生為主體,教師為指導(dǎo)者的角色分配;其次,強調(diào)課程要以學(xué)生的直接經(jīng)驗為基礎(chǔ),尊重學(xué)生興趣,以現(xiàn)實問題為起點對教學(xué)流程進行設(shè)計;最后主張摒棄學(xué)習(xí)過程中的功利性,適當(dāng)打破教材與學(xué)科的界限,合理的擴充學(xué)習(xí)內(nèi)容．然而活動安排零散或是片面追求參與度的教學(xué)設(shè)計顯然不能實現(xiàn)活動課程原本的目的.針對這些現(xiàn)象,問題鏈教學(xué)法可為活動課程的邏輯主線構(gòu)建提供一定的參考.

從筆者閱讀的大量“問題鏈”教學(xué)法相關(guān)文獻來看,問題鏈教學(xué)法一般被運用在教學(xué)活動中的某一環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生對某個知識點的學(xué)習(xí)．但從問題鏈教學(xué)法追求條理,邏輯,層次的角度來看,以其作為教學(xué)活動框架設(shè)計的參考也是一種合理的選擇．換言之,除了在教學(xué)的某個環(huán)節(jié)設(shè)計小問題鏈之外,整個教學(xué)活動的框架也可以設(shè)計成一個大問題鏈,在為課程服務(wù)的同時更可供設(shè)計者拷問自身,為何要設(shè)計這個活動,這個活動的目的是否與其他活動相重疊,這個活動與前后活動有何關(guān)聯(lián)．處理好這些問題的同時,一條清晰嚴(yán)謹(jǐn),層次鮮明的教學(xué)邏輯主線就會浮現(xiàn)出來.

基于“問題鏈”的活動課程設(shè)計就是教師在深入了解學(xué)生,透化教材的大備課基礎(chǔ)上,緊扣本課教學(xué)重難點,沿著知識點主干脈絡(luò),將學(xué)習(xí)內(nèi)容融入一系列以問題為驅(qū)動的探究活動中．要求各活動均為各自所對應(yīng)的知識點提供支撐,而各活動之間又環(huán)環(huán)相扣,問題與活動有機融合形成一個整體,共同為實現(xiàn)教學(xué)目的服務(wù)．學(xué)生作為活動的主體,在教師精心設(shè)置的問題情境中,主動進行物理觀念的建構(gòu),并培養(yǎng)其自我探究的科學(xué)態(tài)度與問題解決的能力,將物理學(xué)的核心素養(yǎng)理念貫穿于教學(xué)的全過程.

3 “重心”知識點教學(xué)設(shè)計前分析

3.1 學(xué)情分析

初中階段,學(xué)生初次正式接觸”重心”概念,此階段學(xué)生只需要了解規(guī)則物體的重心在其幾何中心,并以該點為作用點作出力的圖示．進入高中階段后,學(xué)生不僅要掌握不規(guī)則二維物體重心位置的尋找方法,并要求能正確分析重心的動態(tài)變化過程.

3.2 前概念分析

如圖1所示，學(xué)生在幼童期可能接觸過不倒翁,平衡鳥等玩具,或曾嘗試玩一些平衡游戲,如獨木橋、踩高蹺等.這些都為重心教學(xué)提供了豐富的素材．生活經(jīng)驗讓學(xué)生擁有了重心越低物體越穩(wěn)定和物體翻倒是因為重心不穩(wěn)兩個前概念．但通過初中的學(xué)習(xí)后學(xué)生對物體重心與平衡面之間的關(guān)系尚不清楚．當(dāng)學(xué)生被問及不倒翁為何能“不倒”時,學(xué)生能夠回答因為不倒翁重心低;但在追問為何重心低就能“不倒”時,往往難以回答．這個差異就形成了高中“重心”概念的最近發(fā)展區(qū).

圖1 各學(xué)情階段學(xué)生對重心認(rèn)識的問題鏈

3.3 教材分析

出于泛用性的考慮,現(xiàn)行的高中物理學(xué)教材內(nèi)容較為單薄,這對教師如何豐富和充實教材內(nèi)容提出了新的挑戰(zhàn)．筆者通過查閱各個版本的高中物理教材,發(fā)現(xiàn)在“重心”一節(jié)均未解析重心與平衡面之間的關(guān)系,在復(fù)習(xí)過重心的概念后直接轉(zhuǎn)到了重心位置的確定．缺少重心與平衡的過渡,將帶來兩個問題.其一,學(xué)生對重心的認(rèn)識沒能深化,在初中階段學(xué)生就已經(jīng)認(rèn)識到重心越低的物體越穩(wěn)定,經(jīng)過高中課程的學(xué)習(xí)后仍在原地踏步;其二,導(dǎo)致活動安排缺乏粘合,學(xué)生雖掌握了不規(guī)則物體重心的尋找方法,但并不知其原理,也因不明白尋找重心有何意義而缺乏興趣．這些問題對教師如何有效把握教材主干,吸納相關(guān)信息,有機整合梳理教材內(nèi)容提出了更高的要求.

4 “問題鏈”教學(xué)法指導(dǎo)下的“重心”活動課程設(shè)計流程

圖2 “問題鏈”設(shè)計

問題鏈教學(xué)法將對學(xué)情態(tài)勢及教材內(nèi)容作針對性的設(shè)計．從“重心”知識點中提取出6個大問題組成圖2所示的問題鏈結(jié)構(gòu),以學(xué)生在生活中的經(jīng)驗為問題鏈的開端并以解釋該生活現(xiàn)象為收尾,將本節(jié)的3個知識點,重心與平衡之間的關(guān)系,重心位置的確定,重心的動態(tài)變化有

序地插入其中．圖3則在圖2問題鏈的指導(dǎo)下,依據(jù)問題鏈的各個環(huán)節(jié),為學(xué)生安排不同的活動,每個活動的設(shè)計都對應(yīng)一個知識點,解決問題鏈中的一環(huán),由此構(gòu)建出一套脈絡(luò)清晰的教學(xué)框架.

圖3 活動框架安排

4.1 認(rèn)識重心——探討重心玩具

課題引入:從重力轉(zhuǎn)至重心后,教師首先帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)初中時所學(xué)過的“重心”概念,隨后以問題鏈開始推進,與學(xué)生探討重心對生活產(chǎn)生的影響.

問題1:平時生活中有沒有發(fā)現(xiàn)過重心為原理的玩具或現(xiàn)象?

生:不倒翁,平衡鳥,走鋼絲、踩高蹺……等.

教師隨意選取一些內(nèi)容并畫出簡圖,或提前預(yù)備PPT.

問題2:為何說這些現(xiàn)象與重心有關(guān)?

生:平衡離不開重心,重心越低物體越穩(wěn)定.

問題3:那么為何說重心低的物體平衡性強?

生:依靠直接經(jīng)驗回答或者無法回答.

設(shè)計意圖.問題鏈教學(xué)法與活動課程設(shè)計的一大共同點在于保證學(xué)生的參與．讓學(xué)生分享直接經(jīng)驗是引入新知的有效手段．許多教案在處理重心的引入時,直接將不倒翁,平衡鳥,走鋼絲這些例子堆砌在學(xué)生面前.這種處理方式雖簡單省時,但會導(dǎo)致學(xué)生失去分享經(jīng)驗的機會,淡化了課堂的參與度．若能換一種角度,以提問的方式將討論的“舞臺”交給學(xué)生,既能滿足學(xué)生的表現(xiàn)欲和競爭欲,又能更好地順應(yīng)學(xué)生的興趣方向和教師的教學(xué)設(shè)計思路,提出更深層次的問題.

4.2 體驗重心——無法站立(上)

圖4

教師提議進行一個小游戲,要求學(xué)生保持正坐的姿勢坐在椅子上(如圖4所示,軀干與小腿均與地面保持垂直)并嘗試起立,此時學(xué)生會突然發(fā)現(xiàn)自己如何掙扎也無法站起來．在反復(fù)嘗試無果后教師拋出問題,起立是我們重復(fù)了無數(shù)次的基本動作,看似簡單,但為什么加上一點條件限制后就會變得這么困難,我們有沒有認(rèn)真思考過這個熟悉至極的過程呢.

接下來提出兩人為一組對該現(xiàn)象進行探究,一人負責(zé)完成從正坐至起立的過程,另一人自選角度觀察同伴在進行動作時肢體的變化．此時學(xué)生發(fā)現(xiàn)若能成功起立,應(yīng)具備兩點:一是上體前傾,二是小腿后縮,教師將學(xué)生的觀察結(jié)論記錄在黑板上,將該問題作為懸念暫且擱置．并告知學(xué)生在通過重心概念的學(xué)習(xí)后,就能解釋這個現(xiàn)象.

設(shè)計意圖： 問題鏈的核心在于提出能夠有效引發(fā)學(xué)生求知欲的問題．依據(jù)前蘇聯(lián)教育家維果茨基的最近發(fā)展區(qū)理論,問題的設(shè)計應(yīng)是學(xué)生暫時無法解決但卻擁有潛能去解決的難度．如果引入問題過難且脫離學(xué)生已有經(jīng)驗,則難以引起學(xué)生的關(guān)注;若提得過于容易,學(xué)生已然熟練化的經(jīng)驗會對教師的提問產(chǎn)生抵觸．本環(huán)節(jié)將引發(fā)學(xué)生對日常極為熟悉的坐站動作產(chǎn)生認(rèn)知沖突,以激發(fā)對該知識點的興趣．此外,該活動不需要任何額外的儀器和設(shè)備,可以適用于任何條件的課堂中.

4.3 重心與平衡的關(guān)系——“空中樓閣”(上)

圖5

第1步,進行定性探究實驗.3-4名學(xué)生為一組,小組成員各拿出一本相同的課本或練習(xí)簿進行合作搭建比賽．目標(biāo)是使用最少的相同課本,通過疊加的方法,使最上方的課本的整體完全懸于桌面外(如圖5),在此過程中,學(xué)生會在多次失敗的嘗試中體驗重心在搭建中起到的作用,并試圖尋找重心．該活動結(jié)束,讓學(xué)生分享搭建的經(jīng)驗與訣竅,經(jīng)過討論后,能初步將重心位置與臨界掉落位置相關(guān)聯(lián).

圖6

第2步,進行定量驗證實驗:合作小組共同完成兩個任務(wù)(如圖6),任務(wù)1,尋找并標(biāo)記一本書的臨界掉落位置及兩本書組合體的臨界掉落位置.任務(wù)2,尋找一本書及二書組合的重心位置,由于兩本相同的書無論如何疊放都可視為對稱物體,所以重心并不難尋找,將重心位置與臨界相比較就能深化學(xué)生對重心與平衡之間的關(guān)系的理解.

設(shè)計意圖： 該活動是從兒童的積木游戲和物理趣味題中得到的啟發(fā),用以幫助學(xué)生理解重心與平衡面間的關(guān)系,在條件允許的情況下使用樂高玩具或者成套積木會得到更好的效果．得到“空中樓閣”的最優(yōu)解比較困難,不宜在課堂上花費大量時間講解,但可作為定性探究的素材．本階段活動教師要鼓勵學(xué)生分享想法,進行爭論,呵護學(xué)生的創(chuàng)意．但定性探究只能提供一種方向,要讓學(xué)生真正的理解重心與平衡面的關(guān)系,還是要將定性探究轉(zhuǎn)化為簡單的定量探究.

4.4 不規(guī)則二維物體重心位置的確定——“空中樓閣”(下)

圖7

通過4.3的探究,得出兩個結(jié)論： (1) 物體重心在底面的投影超出支撐面物體就會翻倒; (2) 空中樓閣的最快搭建方法是自上而下,將下一本書放在上方組合的重心位置可以得到最多的伸長量．下一步使用問題鏈提出新的知識點,即重心位置的確定.

問題1:1本書的重心在其幾何中心,2本書由于對稱幾何中心也容易找到,但現(xiàn)在3書組合體的重心又如何尋找呢(圖7中3書組合)?

學(xué)生依據(jù)已有經(jīng)驗,得出兩種意見,第一種是繼續(xù)通過幾何運算,第二種是運用3.3中得出的結(jié)論,將組合體放在桌沿以臨界掉落位置確定重心.

問題2:這兩種方法的差異在何處?哪一種更適合“空中樓閣”的問題?教師可以再舉出幾例,如尋找規(guī)則骰子與不規(guī)則平衡鳥的重心,讓學(xué)生在這兩種方法中進行選擇.

學(xué)生通過分析觀察后得知:對規(guī)則幾何體,第1種方法更有優(yōu)勢,對復(fù)雜不均質(zhì)物體則采用第2種.

問題3:對于復(fù)雜的搭建第2種方法更好,但我們用臨界法測出的位置是所謂的“重心”么?

該問后學(xué)生未必能明白教師想表達什么意思,若出現(xiàn)冷場教師可補充一問“書不超過這條臨界邊就不會掉下去,那么這整條邊都是重心的投影么”．此時學(xué)生便能反應(yīng)過來,這條邊只是重心投影所在的一條線而已.

問題4:既然如此,我們?nèi)绾未_定重心的投影究竟是線上的哪一點?

學(xué)生思考后可以得出再找一條臨界邊,兩邊交點即為重心投影.

問題5:如何驗證這一點就是重心的投影?

小組合作活動,思考探索并進行驗證,找出重心后將組合體圍繞重心旋轉(zhuǎn)一圈,書本不掉落即驗證成功.

總結(jié)階段,教師可以以轉(zhuǎn)書游戲的支點再次向?qū)W生闡述重心的作用,并與課本活動中的“懸掛法”進行類比教學(xué).

設(shè)計意圖： 該環(huán)節(jié)采用梯度式提問的方式．上部分重點為夯實4.3中獲得的經(jīng)驗,下部分則在4.3的基礎(chǔ)上,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)新知．同時,4.4中尋找重心的方式與懸掛法的原理相似,通過問題鏈聯(lián)通前后知識點,學(xué)生不僅能明確尋找重心的意義,也能更深刻地理解尋找重心的方法,解決了教材中懸掛法出現(xiàn)比較突然的缺憾.

問題鏈教學(xué)法也對教師的提問設(shè)計提出了較高的要求.其一,教師的提問應(yīng)具有明確的針對性,提問主干應(yīng)清晰明了;其二,教師要通過換位思考,明確所提問題的內(nèi)涵,對學(xué)生的思考和活動能進行有效的引導(dǎo);其三,提問應(yīng)具有有連貫性和邏輯性,使問題能順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知過程.

4.5 重心的動態(tài)變化——無法站立(下)

在有了4.3與4.4結(jié)論的基礎(chǔ)上,教師再度分析人體站立的過程．首先向?qū)W生展示人體質(zhì)量分布的比率,軀干占65%,大腿占23%,小腿占12%．?dāng)?shù)據(jù)給出后,教師提議學(xué)生以桌沿代替椅子,自尋工具拼搭組成人的坐姿以供探究．可用一把長直尺代替人的大腿,以兩三塊橡皮代替人的上肢放在直尺的一端,以桌沿代替椅子,最后用一支筆代替小腿從下方頂住尺子,配合人體動作體感進行分析(如圖8所示).

圖8 模擬人體模型

首先用掉落法找到組合文具的重心,然后將文具重心置于桌內(nèi),用筆頂直尺以模擬人體蹬地的過程,學(xué)生會發(fā)現(xiàn)無論怎么頂都只能將直尺向上舉,“大腿”無法落地．此時教師再聯(lián)系4.1中觀察到的兩個現(xiàn)象,一身體前傾,二小腿后收,學(xué)生分組通過文具與人體對比探究這兩種行為對人體重心的影響．隨后小組派代表分享結(jié)論,并以實驗現(xiàn)象證明自己的觀點．最后教師總結(jié),身體前傾的作用是將重心前移,小腿后收的作用是縮短支撐面的距離,小腿蹬地的作用是為了支撐起即將倒地的人體.

設(shè)計意圖： 該環(huán)節(jié)旨在培養(yǎng)學(xué)生建模并進行模型實驗的能力,強調(diào)技能與方法的傳遞．在經(jīng)歷了基于事實的理想模型構(gòu)造過程后,將分析綜合,推理論證等科學(xué)思維方法在學(xué)生心中內(nèi)化．4.1的活動已經(jīng)給制造了現(xiàn)實與直接經(jīng)驗的沖突,通過中間幾個層層遞進的活動,學(xué)生經(jīng)過自主的思維建構(gòu)和小組共同的探究活動,終于將矛盾化解．不僅幫助學(xué)生對生成的物理觀念具有更深入的認(rèn)識;而且通過學(xué)生自己的實際體驗得出結(jié)論,強化了學(xué)生對物理學(xué)科的認(rèn)同感,并獲得快樂學(xué)習(xí)的感受.

4.6 總結(jié)—解釋重心現(xiàn)象

總結(jié)環(huán)節(jié)的處理比較自由,教師可通過學(xué)生搶答的方法,運用本節(jié)所學(xué)知識解釋生活中的重心現(xiàn)象,最好能結(jié)合4.1中學(xué)生自主提出的重心現(xiàn)象進行分析．通過成功解析生活中的奇異現(xiàn)象,學(xué)生在鞏固知識的同時,在情感上能繼續(xù)保持對自然與生活的好奇,樂于探索并通過學(xué)習(xí)解釋身邊的物理現(xiàn)象,實現(xiàn)多元發(fā)展.

5 結(jié)語： 尋找“去功利性”與“目的性”的平衡點

高考的壓力導(dǎo)致當(dāng)前高中物理課程學(xué)習(xí)的時間緊,任務(wù)重．為完成教學(xué)大綱,許多教師把傳授知識作為主要教學(xué)目標(biāo),更多采用講授法,壓縮時間來完成教學(xué)任務(wù)．其實,無論課改中如何倡導(dǎo)類似“翻轉(zhuǎn)課堂”“合作學(xué)習(xí)”等新教學(xué)模式,都不否認(rèn)知識與技能的傳授,也不可能在教學(xué)設(shè)計中做到完全的“去功利性”．物理課程的三維目標(biāo)將知識與技能放在第一位,可見知識技能的傳遞在教學(xué)中的地位,從這個角度出發(fā),教師在進行教學(xué)設(shè)計時追求一定程度的“功利性”并沒有問題.

問題在于如何更好地轉(zhuǎn)變教育觀念,在傳遞知識經(jīng)驗的同時,多關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)行為,學(xué)習(xí)態(tài)度及學(xué)習(xí)的主動性和積極性,讓學(xué)生能真正成為學(xué)習(xí)的主體,觀念的改變一定會引來教育方式方法的創(chuàng)新．以問題鏈為軸心設(shè)計活動課程的出發(fā)點,就是在尊重活動課程自由、平等的精神核心上,將零散的活動變得更有邏輯性,將過分自由的活動變得更有目的性和凝聚力.不僅關(guān)注教師教什么,更強調(diào)學(xué)習(xí)主體,學(xué)什么,怎么學(xué),從而尋找教與學(xué)二者之間的平衡點,以追求更高效率的展開活動課程,最終將物理課程的三維目標(biāo)落實到位.