學(xué)習進階視角下的科學(xué)推理能力提升策略

文/ 廣州市鐵一中學(xué) 任詩雨

2017 版《普通高中物理課程標準》指出“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，其學(xué)業(yè)水平4 要求學(xué)生“能對綜合性物理問題進行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋；能恰當使用證據(jù)證明物理結(jié)論”。對科學(xué)思維的考查歷來是高考的重點，《中國高考評價體系》中的“四層”考查內(nèi)容中，學(xué)科素養(yǎng)所包含的“科學(xué)思維“”中要求學(xué)生“能夠根據(jù)對問題情境的分析，運用實證數(shù)據(jù)分析事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和問題的內(nèi)在聯(lián)系，以抽象的概念來反映客觀事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系”。因此，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維是高中物理的重要課程目標，在復(fù)習備考中我們要非常重視。

一、學(xué)習進階理論簡介及其效用分析

2007 年美國國家研究理事會將學(xué)習進階定義為“對學(xué)生在一個時間跨度內(nèi)學(xué)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”，學(xué)習進階理論認為學(xué)習是一種不斷遞進發(fā)展的過程，學(xué)生對必備知識和關(guān)鍵技能的掌握需要經(jīng)歷許多不同層次的中間水平，而教學(xué)實踐對其起著關(guān)鍵作用。采用學(xué)習進階理論來設(shè)計專題復(fù)習教學(xué)，從學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本技能出發(fā)，逐步設(shè)置更高難度的任務(wù)和問題，為學(xué)生搭建進步的階梯，激發(fā)學(xué)生的思考熱情，讓學(xué)生舉一反三，顯然可以幫助學(xué)生主動發(fā)展科學(xué)推理能力。下面以“板塊模型中的動量與能量專題復(fù)習”為例，簡要討論一下以學(xué)習進階模型來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理能力的教學(xué)策略。

二、進階分析

1.進階起點分析。 學(xué)生在高三經(jīng)過一輪復(fù)習后，對能量和動量的相關(guān)基礎(chǔ)知識和方法進行了一次全面的回顧，但是很多學(xué)生掌握得比較零散，知識點之間聯(lián)系得不夠緊密，不成系統(tǒng)。比如，有的學(xué)生在分析解決滿足動量守恒定律的板塊模型問題時，知道運用動量守恒定律去分析，卻不能將功能關(guān)系與其結(jié)合起來解決問題，而采用了牛頓定律和運動學(xué)的知識，導(dǎo)致解題過程繁瑣，耗時耗力，甚至有的同學(xué)在思考該類問題時，僅僅局限于牛頓定律和運動學(xué)知識，對復(fù)雜過程的分析往往無能為力。

2.進階目標設(shè)定。 能量與動量結(jié)合的分析方法實際上是對知識和方法的整合應(yīng)用，通過此專題的復(fù)習，學(xué)生應(yīng)該熟練掌握動量與能量結(jié)合的觀點去分析和解決實際問題，科學(xué)推理能力得到提升。

3.進階變量分析。 為了讓學(xué)生熟練掌握動量與能量結(jié)合的觀點去分析和解決實際問題，需要將知識與能力融合，從學(xué)生易著手分析的具體情境為起點，從學(xué)生的已有認識出發(fā)，逐漸將情境復(fù)雜化，深化對知識的理解和應(yīng)用，因此可以將問題情境的復(fù)雜程度作為進階變量來設(shè)置進階點（如下表所示）。

進階變量 預(yù)設(shè)目標“一靜一動”情境回顧動量與能量的相關(guān)基礎(chǔ)知識和基本方法“兩動”情境學(xué)會分析當木板和滑塊具有同向或反向速度的情境下的運動過程“板遇障礙物停下”情境學(xué)會討論木板離障礙物處在不同距離條件下被阻停后物塊的運動情況“板遇障礙物反彈”情境學(xué)會分析木板離障礙物處在不同距離條件下被反彈后系統(tǒng)的運動情況“板遇障礙物多次反彈”情境學(xué)會深入分析木板被障礙物多次反彈過程中系統(tǒng)的動量和能量情況

三、專題復(fù)習過程

1.驅(qū)動任務(wù)： 質(zhì)量為3kg 的平直木板M 置于光滑的水平面上，可視為質(zhì)點的質(zhì)量為1kg 的小物塊m以初速度v0=4m/s 從左端沖上木板M，物塊與木板的滑動摩擦因數(shù)μ=0.5，重力加速度g=10m/s2，若木板長度L=1.5m，試求：物塊能否從木板上滑落？當物塊和木板相對靜止時，木板的位移為多少？物塊的位移為多少？

2.進階任務(wù)1：質(zhì)量為3kg 的平直木板M 在光滑的水平面上以v=2m/s 向右運動，可視為質(zhì)點的質(zhì)量為1kg 的小物塊m 以初速度v0=4m/s 從左端沖上木板M，物塊與木板的滑動摩擦因數(shù)μ=0.5，重力加速度g=10m/s2，若木板長度L=1.5m，試求：

（1）物塊能否從木板上滑落？

（2）若木板初始速度v 向左，物塊能否從木板上滑落？

3.進階任務(wù)2：在驅(qū)動任務(wù)中，如果初始時在木板的右邊相距距離為x 處設(shè)置一制動裝置，木板遇到制動裝置時立即停止運動，則：

（1）當x=0.3m 時，物塊能否從木板上滑落？

（2）當x>0.3m 時，物塊能否從木板上滑落？

（3）當x<0.3m 時，物塊能否從木板上滑落？x 為何值時，物塊一定能從木板上滑落？

4.進階任務(wù)3：在進階任務(wù)2 中，若初始時在木板的右邊相距距離為x 處設(shè)置的是彈性擋板，木板與彈性擋板相碰后立即被原速反彈回去，則：（1）當x≥0.3m 時，物塊是否會從木板上滑落？（2）要使木板與擋板只碰一次，x 的值應(yīng)該設(shè)在什么范圍？

5.進階任務(wù)4：如果木板的質(zhì)量M=1kg，物塊的質(zhì)量m=3kg，木板足夠長，其他條件不變，如果初始時在木板的右邊設(shè)置一彈性擋板，木板與彈性擋板相碰后立即被原速反彈回去，且木板與擋板碰前已經(jīng)達到共同速度，物塊最終相對于木板的總路程為多少？

四、學(xué)習進階視角下的科學(xué)推理能力提升策略

1.確定進階的載體。 載體可以是某個單獨的知識點，也可以是某個知識單元或者復(fù)習專題，還可以是某種解決問題的方法。

2.確定進階起點和目標。 首先要分析學(xué)生原有的知識基礎(chǔ)和能力水平，學(xué)生現(xiàn)階段學(xué)習的主要問題在哪里，再據(jù)此整合相關(guān)知識與技能，并設(shè)置科學(xué)推理能力的進階節(jié)點和目標。

3.確定進階變量。 進階變量設(shè)定要注意內(nèi)容和能力的融合，可以與知識的復(fù)雜程度相關(guān)聯(lián)，也可以解決問題的技能和方法關(guān)聯(lián)，還可以與問題情境的復(fù)雜程度關(guān)聯(lián)，比如利用帶電粒子在磁場中的運動為主題提升學(xué)生的科學(xué)推理能力時，進階變量可以根據(jù)磁場的范圍條件來設(shè)計：無邊界磁場、單邊界磁場、雙邊界磁場、三角形邊界磁場、四邊形邊界磁場、圓形邊界磁場。進階變量的確定其實就是在整體規(guī)劃學(xué)生的學(xué)習軌跡，學(xué)習軌跡一般涉及幾個進階層級，以層級間為主、層級內(nèi)為輔，需規(guī)劃多個學(xué)習階段。讓學(xué)生在知識和技能在不斷深化的過程中，逐步提高科學(xué)推理能力。

4.設(shè)定進階任務(wù)。 首先需要設(shè)定進階的驅(qū)動任務(wù)，驅(qū)動任務(wù)要能激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣和動機、聯(lián)系學(xué)生的生活經(jīng)驗和原有認識、處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)、對后續(xù)學(xué)習的啟發(fā)性，在驅(qū)動任務(wù)的基礎(chǔ)上，依據(jù)進階變量，創(chuàng)設(shè)具體的進階任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生逐漸深入開展學(xué)習，最后通過對應(yīng)的課后練習，鞏固所學(xué)知識和方法，提高教學(xué)的實效性。

四、總結(jié)和展望

學(xué)生科學(xué)推理能力的提升不是一蹴而就的。在教學(xué)過程中，教師需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，采用合適的教學(xué)策略設(shè)計教學(xué)，學(xué)習進階理論顯然可以幫助我們達成這一目標。