基于學習進階的教學設計
——以《流體壓強與流速的關系》為例

謝 芳

（西南大學物理科學與技術學院 重慶 400700）

1 學習進階理論

2004年“學習進階”第一次在科學教育領域被正式提出，最初主要被用于測評設計。但是“學習進階”很快被發現對學生認知和指導教學具有非常重要的意義，并得到了重視。國外研究者認為，以整合概念體系為核心、圍繞少數概念進行深入探究的進階學習，能夠有效改變“廣而淺”的科學學習現狀，最終實現科學素養的發展。目前，學者們對學習進階的定義未達成一致。學習進階這一概念被應用于多種情境中，被用來描述不同的事物，有時是概念，有時是學生的表現。Roseman認為學習進階是一種由小學延續到高中的、符合學生發展規律的、有邏輯的“概念序列”。美國國家研究理事會將學習進階定義為:“學習進階是對學生連貫上逐漸深入的思維方式的假定描述，在一個適當的時間跨度下，學生學習在探究某一重要的知識或者實踐領域時，其思維方式逐漸進階?！睂W習進階理念認為，學習是一個逐漸累積、不斷演進的過程，學生對某一內容主題的理解存在多個不同的中間水平。在學習某個內容主題相當長的時間段中，學生對該內容的理解和思考將日趨成熟、不斷深入。通俗來講，學習進階理論就是在學習的起點和終點之間設置不同的小目標，這個小目標就稱為“階”，因此構建學習進階的框架就必須先確定進階起點和預設目標。

2 進階分析

2.1 進階起點分析

本節教材選自人教版八年級下冊《物理》第九章《壓強》的第4節，是對前面學習的液體壓強和氣體壓強特點的拓展，對學生知識能力的一次總結，對學生觀察現象、設計實驗、收集證據進行合理解釋等科學能力的一次很好的檢閱和培養。

該階段的學生在物理知識方面已有了一定的科學常識和認知基礎，對于速度，重力等概念有了一定的認識，加之剛剛學習過大氣壓強和液體壓強，對流體的壓強非常了解。該階段的學生已經有了一定的事實經驗：室外吹風而窗簾向外飄；可以懸浮在空中的乒乓球等。該階段的學生思維仍屬于經驗型，抽象的邏輯思維能力較弱，但對新奇的事物具有強烈的好奇心和求知欲。

2.2 預設目標分析

理解流體與流速的概念，學會從物理學視角形成關于物質的基本認識。并掌握在流體中，流速大的位置壓強小，流速小的位置壓強大的物理規律。

通過觀察實驗現象，分析實驗現象出現的原因，逐步推理并且歸納得到流體壓強與流速的關系，培養學生的科學思維能力。

通過觀察生活中的現象，讓學生在老師的引導下發現問題、提出合理猜測與假設，培養學生科學探究意識。

通過科學探究，激發學生學習物理的興趣，讓學生在學習過程中，能基于證據 和邏輯發表自己的見解，實事求是，不迷信權威。應用流體壓強與流速的關系，學會解釋生活中的一些現象和問題，使進一步認識物理來源于生活又服務于生活，逐漸形成對科學和技術應有的正確態度以及責任感。

3 教學實踐過程

3.1 創設情境，引入新課

教師活動：用吹風吹動氣球彩環，并提出問題“氣球彩環為什么可以轉起來”。（如圖1）

圖1

學生活動：觀察并思考。

設計意圖：從學生已有的知識與認知結構入手，引入一個能引起學生認知沖突的問題情景，激發學生學習興趣。

3.2 觀察發現，提出猜想

教師活動：

（1）透明塑料管里有一個黃色乒乓球（如圖2），請學生回答怎樣可以在不碰到乒乓球的情況下將乒乓球取出來？并提出疑問用吹風在垂直與管口的方向吹能不能將乒球吹出來？老師垂直與管口的方向吹，請同學觀察乒乓球的運動情況。

圖2

（2）在觀察到乒乓球被吹風“吸”過來以后，引導學生分析為什么乒乓球沒有被風吹走，反而好像被吹風“吸”過來了。并帶領學生一起提出猜想“在氣體中，流速大的位置壓強小，流速小的位置壓強大”。

學生活動：回答問題，思考乒乓球的可能運動情況，觀察乒乓球的實際運動情況，并和老師一起分析實驗，提出猜想。

設計意圖：聯想舊知識，自主思考，提出猜想：此類現象與壓強有關、與空氣流速有關，并提出猜想，空氣流速越大，壓強越小。

3.3 設計實驗、驗證猜想

【實驗一】

教師活動：

（1）兩根兩端開口的透明塑料管內各有一個乒乓球，并讓乒乓球處于同一條豎直線上，在右端，用吹風改變空氣流速，請同學們觀察乒乓球的運動情況。（如圖3）

圖3

（2）通過分析乒乓球的運動情況得到乒乓球右側的壓強情況。再通過離吹風口的距離分析出乒乓球右側的空氣流速情況，離吹風口越近，空氣流速越大，離吹風口越遠，空氣流速越小。對比兩個乒乓球右側的空氣流速和壓強情況，得出結論在氣體中，流速大的位置壓強小，流速小的位置壓強反而壓強大。

學生活動：仔細觀察乒乓球往的運動情況，逐步推導出氣體流速與壓強的關系。

設計意圖：在推導的過程中培養學生邏輯思考的能力。

【實驗二】

教師活動：

（1）將乒乓球置于盛有水的透明塑料盆中，用水流控制乒乓球的運動。請同學們找出控制乒乓球的運動方法。

（2）控制乒乓球運動的方法為“向乒乓球的一側倒水”。向哪側倒水，乒乓球就向哪側運動，被倒水的一側，水的流速大而壓強小，從而說明液體壓強的規律。

（3）得出液體壓強的規律后，因為氣體和液體統稱為流體。得出最后的總結論：對流體來說，流速大的位置壓強小，流速小的位置壓強大。

學生活動：仔細觀察乒乓球的運動，找出控制乒乓球運動的方法。

設計意圖：通過分析實驗現象，歸納得到液體壓強的特點，最后總結得到流體壓強的特點，培養學生的科學思維能力。

3.4 拓展提高、解釋應用

【應用一】

教師活動：揭秘課前實驗，解釋氣球彩環為什么可以轉起來。

學生活動：運用新的知識解釋現象。

設計意圖：起到首尾呼應的作用，加深學生對本堂課知識的理解。

【應用二】

教師活動：為了進一步掌握學習內容，帶領同學們分析土撥鼠空調洞穴的結構，并解釋土撥鼠的洞穴之所以涼快的原因。土撥鼠的洞穴有兩個出口，一個比較平坦，另一個則是隆起的土堆，風吹過平坦洞口的流速小，壓強大，通過凸起洞口的流速大而壓強小。兩個洞口就因此產生了壓強差，洞內的空氣從壓強大的一方流向壓強小的一方，就給給洞內帶來陣陣涼風。

學生活動：思考并嘗試解釋

設計意圖：調動學生的學習熱情，復習所學規律，學以致用，探索自然奧秘。

3.5 趣味升華

教師活動：為了進一步掌握學習內容，讓同學們觀看鯨魚噴水的視頻，并請同學們課后再思考，為什么鯨魚會吐出水柱？

學生活動：思考并嘗試解釋鯨魚會噴水柱的原因。

設計意圖：引起學生的好奇心，調動學生的學習熱情，復習所學規律，學以致用，探索自然奧秘。

4 結束語

將學習進階的理論用到課堂教學中，需要確定好學習進階的起點和預設的目標。物理觀念、科學思維、科學探究、科學責任與態度的形成是物理學習過程中的一個“大階”，在實際的教學過程中，我們需要將“大階”細分為很多“小階”，就像爬樓梯一樣，一步一步幫助學生完成物理學習目標，讓學生具有物理學科核心素養。