基于銜接與進階的物理學習活動設計
——以“初識電路”學習活動設計為例

申 潔

(蘇州市振華中學校,江蘇 蘇州 215006)

1 背景

筆者所在學校自2015年9月開始,進行了“小初學段課程銜接實驗項目研究”．小初學段課程銜接是指整合小學六年級學習內容,設計以體驗性為主要特征的初中先導性課程學習內容,如在七年級將初中物理課程相關內容設計成“科學”課程進行學習先導,注重課程學習活動的設計,體現“銜接·進階·融通”的學習活動特征,以幫助學生在學科課程學習上實現小初學段的無縫對接．

如何讓小學、初中階段學生的科學素養得以銜接,物理課程學習如何落實循序漸進和螺旋上升,關注初中學生物理課程學習的銜接與進階,并設計與之相適應的物理學習活動,是面向學生核心素養提升的物理教學值得探索的方向．本文以“初識電路”學習活動設計為例,重點闡述基于銜接與進階的物理學習活動設計．

2 活動設計

“學科知識和技能的銜接,是課程銜接的‘基礎語法’; 但不應僅止于此,還應樹立新的銜接觀,在建構式學習中營構課程銜接的生態場”[1]．進入初中階段的學生,在自主獨立意識、發現和探索自我、思維的獨立性和批判性等方面逐漸增強,但心理年齡仍處于較幼稚階段,自覺性與自主性相互交織．因此,課程銜接內容及學習活動設計應充分尊重學生的認知規律及身心成長特點．作為七年級先導的“科學”課程物理部分,更多的體現在如何凸現物理思維拓展與學習進階的活動設計上,讓學生在活動過程中體驗,在活動參與中學習,在思維拓展與進階中提升學科核心素養．

2.1 情境體驗

《義務教育小學科學課程標準(2017年版)》指出:“將科學本質、科學思想、科學知識、科學方法等學習內容鑲嵌在兒童喜聞樂見的科學主題中,創設愉快的教學氛圍,保護學生的好奇心和求知欲,激發學生學習科學的興趣,引導學生主動探究,積累生活經驗,增強課程的意義性和趣味性”．[2]基于此,七年級先導的“科學”課程物理部分內容學習,尤其注重情境體驗,在教學過程中提供給學生豐富的可視化體驗,讓學生通過視覺體驗,從現象的情境狀態進入問題的思維狀態．“初識電路”學習活動正是從情境體驗開始的．

首先,提供電路元件中最常見的燈泡模型,并讓燈泡模型亮起來．啟發學生觀察燈泡模型的結構以及與電源相連接的線路特征,讓學生獲得“電路”的感性認識．

其次,為增強學生對燈泡模型的視覺體驗效果,筆者專門自制了大尺度的燈泡模型教具,如圖1,以增強模型的形象直觀效應,吸引學生的注意力,激發學生探究電路的興趣．

圖1

再則,情境體驗的深層次意圖在于為學生提供特定的問題思維空間,使學生順利進入真實物理現象表達和物理思維交流的特定學習氛圍之中．

2.2 問題驅動

“科學探究涉及提出問題、猜想與假設、設計實驗與制定計劃、進行實驗與證據、分析與論證、評估、交流與合作等要素”[3]．有意義的學習一定是伴隨著問題驅動而進行的,很多時候問題比答案更有價值,好的問題可能會開啟一扇門,還會打開另一扇窗,提供給學生新的學習進階挑戰機會,激勵學生去探索和思考,開啟并達成更高階的學習目標．

第一,提出基于真實情境的問題．真實情境中潛藏著科學性問題,具備基于證據和邏輯的著眼點,具有深度學習的意義．“初識電路”學習內容提出的第一個問題“怎么讓一個小燈泡亮起來?”,就是從真實情境出發的,如圖2．

圖2

第二,設計問題驅動進程．這里的問題驅動進程是指圍繞學習問題提出和解決來開展學習的流程．“怎么讓一個小燈泡亮起來?”,分析解決這個問題的方法是讓學生利用給定的器材,設計用一根導線將一節電池與一個小燈泡連接成簡單的電流通路,并且嘗試用不同的連接方式使小燈泡發光,如圖3．

圖3

第三,提出新問題．問題驅動是一個螺旋上升的開放性學習進程,即“提出問題——解決問題——引發新問題”．學生完成使小燈泡亮起來的活動任務后,得到了“將電池、小燈泡用導線連接成一個閉合回路,小燈泡能亮起來”的結論,這時教師提問“你能使燈的亮度發生變化嗎?”,學生聯想到“改變電池個數可以實現”,于是進入到連接新電路和觀察燈的亮度變化活動中,如圖4．

圖4

在觀察小燈泡亮度變化的基礎上,教師繼續問“如將小燈泡換成發光二極管,你能讓它亮起來嗎?”,學生嘗試通過自己的思考回答這個問題,但必須通過實驗活動的設計與探究,才能獲得證據,找到確切答案,于是又進入下一個環節的探究活動,如圖5．

圖5

2.3 活動探究

基于銜接課程學習的探究活動設計,是以學生的自主性實踐活動為主線開展學習的,需要提供給學生一定的資源及手段,讓學生運用多種感官進行“做中學”,實踐活動始終貫穿于學習過程中．“當然,設計學生活動時應注意活動內容貼近生活,難度適中,這樣,學生容易進入角色,教師也易控制活動場面”．[4]學習活動的特征主要體現在如下方面．

一是過程性．開展活動探究的目的是追求學習過程和學習結果的和諧統一,發現學習過程中潛在的學習機遇,盡可能地讓學生經歷一個完整的知識發現、形成、應用和發展的過程,像科學家那樣去發現問題、解決問題,發現知識和建構新知識．

“初識電路”的學習過程是一個經歷知識發現、形成、應用和拓展的體驗過程．在面對“你能讓一個發光二極管亮起來嗎?”的問題時,學生依據前面實驗活動成功的體驗,很自信的回答“可以!”,但是當他們將電池、發光二極管用導線連接成一個閉合回路時,有些小組的同學發現連接在電路中的發光二極管亮了,有些小組的同學發現他們連接在電路中的發光二極管不亮,“怎么回事?”,新問題生成了,同時也帶來了新的挑戰,由此引發出后面更深次的問題探究．

二是開放性．活動探究的目標有時是靈活的,活動探究在內容上是開放的,探究結果也是開放的,并沒有像知識目標那樣具體．

學生在解決“發光二極管不亮”的問題上采用的是開放性的操作策略,即“嘗試改變發光二極管的觸腳與電源兩極的連接”,只有在嘗試過程中發現“發光二極管亮了”,才意味著找到了解決問題的答案,確認通過發光二極管的電流有單向性這個特點．這個探究活動環節不是有明確結果的操作,而是在探究過程中有所發現,有所推理,從而得到探究結論．這樣的活動探究,目的是增強思維性,為學生提供大膽創新、勇于實踐、實現自我超越的學習機會,讓學生在活動過程中,對不同現象進行觀察分析和思考,找到解決問題的有效方案,有利于培養創新意識和提升科學探究能力．

三是實踐性．學生在進行活動探究的過程中,必然會遇到困惑與疑難,經歷尋求解決與突破、反復嘗試與改進、甚至推翻從頭再來等狀況,這其實是在實踐過程中不斷深化認知水平的學習過程,如圖6．“初識電路”學習活動的開展始終是伴隨實踐過程進行的,學生在實踐活動的探究過程中感受到電路連接帶來的挑戰,開始領悟連接電路需要有電路設計和技術流程的支持．活動的實踐性體現在通過電路設計與連接的操作,學生獲得了最大程度的自主學習與探索的空間,能夠親自動手解決實際問題,其中“讓兩個小燈泡同時亮起來”,是最能體現學生的自主性與實踐水平的,教師可隱于學生背后,當學生尋求幫助時給予建議與指導,讓學生在親身實踐的活動過程中得到創新能力的培養．

圖6

2.4 學習進階

學習進階是“對學生在一個時間跨度內學習和探究某一主題時,依次進階、逐級深化的思維方式的描述”．[5]學習進階是學習者由低層次向高層次發展進行深度學習的動態過程．“初識電路”的學習進階作了如下的設計．

首先,設置進階起點．基于學生小學科學學習簡單電路的經歷,“初識電路”內容的學習源于學生已有的經驗認知,如對手電筒使用的感性認識,對日常生活用電的印象等,但由于多數學生沒有完整電路概念的學習體驗,因此設置進階起點是必須的．

從“讓一個小燈泡亮起來”的簡單電路出發,就是源于進階的起點,這個活動雖然簡單,但有一定的挑戰性,筆者在現場教學觀察中發現,部分學生需要對電路實驗器材進行熟悉和摸索,只有從起點開始,后續學習才能深入,才能上升到電路概念學習的新臺階．

其次,設計進階層級．“初識電路”的學習活動由“讓一個小燈泡亮起來、認識電流大小與方向、連接電路”三部分組成．

第一層級——讓一個小燈泡亮起來．是學習活動的起點,相對簡單而感性．

第二層級——認識電流大小與方向．為了促進深度學習發生,難度有所增加．由“使燈的亮度發生變化”、“讓一個發光二極管亮起來”和“讓一個小電機轉起來”3個探究活動構成,其中“讓一個小電機轉起來”還包含了以“改變電機轉向與轉速”為任務的次層級活動,如圖7．

圖7

第三層級——認識完整電路及連接方式．探究活動的生成性與開放性凸現,思維進入高階狀態．由“連接一個小燈泡正常工作的電路”和“連接兩個小燈泡正常工作的電路”兩個次層級活動組成,如圖8、圖9．而“連接兩個小燈泡正常工作的電路”可以有不同的連接方式,進而延伸出后續“串聯與并聯”電路基本連接方式的新內容學習．

再則,優化進階路徑．“初識電路”的學習活動是由淺入深開展的,學生在學習活動過程中經歷體驗、相互合作、優化設計,解決疑難,學習成效顯著,成就感豐厚．整個活動過程是學習進階路徑不斷優化的探索過程．

策略1,超越原有經驗認知．“先讓一個小燈泡亮起來,嘗試改變燈的亮度,再讓一個發光二極管亮起來”,以此引出“電流大小及方向”問題,打開學生的認識眼界,使學生的思維無形超越原有的經驗認知,邁出高階思維的第一步,學會面對學習進階的實踐性挑戰．

策略2,注重實證意識培養．當學生完成“讓一個發光二極管亮起來”的活動任務后,鼓勵他們快速進入設計并完成“使一個小電機轉起來,并使電機的轉動方向發生改變．”的探究性活動,啟發學生通過實驗收集證據,經歷 “由現象到本質,從無意識到有意識”的思維發散過程,引導學生關注問題探究過程中的證據發現與積累,注重實證意識培養．

策略3,關注知識技能遷移．當學生完成了“使一個小電機轉起來,并使電機的轉動方向發生改變．”的探究活動后,緊接著進入“改變并觀察小電機的轉速發生了什么變化?”活動中,這是一個知識技能遷移的過程,一方面學生已經進入電路連接比較熟練的狀態,另一方面通過現象的觀察比較與思考,借助進一步的實驗得到了正確的結論．而伴隨著解決新問題的過程,促進了知識與技能的遷移,這是學習能力與素養發展的標志．

2.5 拓展應用

拓展應用可以理解為“學以致用”與“知行合一”,是在原有學習基礎上增加新的學習與探究內容,以促進學習質量的升華,延伸學習的深度,實現認知能力階段性提升的目標．

拓展是學習深度的延伸．“初識電路”的學習目標之一是拓展學生認知范疇,從實踐活動層面去認識電路的性質,將已學知識應用于新的學習情境中,進而形成電路的概念．因此,深入認識電路的特征,學習構建完整的電路模型并形成電路的科學概念,實質就是通過學習活動的拓展,使學習得以深度延伸．

應用是生成新知識的過程．“初識電路”學習的深層次目標是讓學生通過學習實現高階認知水平的提升,而不是僅認識一個簡單的電路．當學生在已經能夠完成系列探究活動的基礎上,能否解決新問題,生成新知識,面對更具有挑戰性的活動是否有新的思考,這非常關鍵,能夠體現知識應用在生成新知識的學習過程中的價值．

3 教學啟示

第一,關注學習活動顯性與隱性的相互融合．基于銜接與進階的學習活動設計,不僅限于學習內容與學習進程、學科知識與學習方式、學習興趣與學科素養的高度關聯,更重要的是彰顯核心素養培育背景下課程銜接的目標追求．即課程學習活動的設計應超越單向度的以知識內容為主的學習特征,協調和融通學習的多維度與多層次目標,促進學生學習素養的可持續發展．因此,課程銜接與學習進階活動顯性與隱形的相互融合是必須關注的．

第二,凸現課程學習上構與下延的相互貫通．基于銜接與進階的學習活動設計,立足于小學科學與初中物理課程的銜接與進階,有著特定的概念內涵和具體的銜接內容,其意義與價值體現在教師對課程設計與選擇、學習活動的設計與實施等具體實踐內容上．對小學科學學習內容與初中物理學習內容進行適度上構與下延的相互貫通是值得探索和嘗試的．

第三,促進思維進階從無序到有序的相互平衡．“學習活動的本質是發展學生的思維,培養學生的思維能力,開啟學生的智慧”．[6]但由于教學內容、課堂教學時間的規定及有限,教學評價方式的相對單一,有時難以為學生創造良好的思維環境．基于銜接與進階的物理學習活動設計,可以理解為是從表層到深化、從形象到抽象提高學生思維能力教學的實踐探索,也是促進學生思維進階從無序到有序的相互平衡．