基于建構(gòu)主義的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”為例

陶征秀

（馬鞍山市紅星中學(xué)，安徽馬鞍山 243011）

建構(gòu)主義教學(xué)理論強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心、學(xué)生是知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者，教師是教學(xué)過(guò)程的組織者、指導(dǎo)者、意義建構(gòu)的幫助者、促進(jìn)者。教材知識(shí)不再是教師傳授的內(nèi)容，而是學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)意義的對(duì)象；媒體也不再是幫助教師傳授知識(shí)的手段、方法，而是用來(lái)創(chuàng)設(shè)情境、學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、協(xié)作探究的認(rèn)知工具。[1]建構(gòu)主義理論體現(xiàn)了核心素養(yǎng)的觀點(diǎn)、與思維學(xué)習(xí)目標(biāo)相輔相成，教學(xué)中對(duì)建構(gòu)主義理論有效的應(yīng)用，有助于教學(xué)效果的提高[2]。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

建構(gòu)主義的知識(shí)觀強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)以已有知識(shí)為基礎(chǔ)，構(gòu)建自己的知識(shí)體系。為了有效促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，新知識(shí)的學(xué)習(xí)要處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。在實(shí)現(xiàn)新知識(shí)構(gòu)建的過(guò)程中，是學(xué)生主動(dòng)在教師引導(dǎo)下完成的自我發(fā)展的過(guò)程。課堂教學(xué)以問(wèn)題的探究為主線，以知識(shí)和能力的發(fā)展為媒介，以學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成為目的。可以用以下框架圖來(lái)表示教學(xué)設(shè)計(jì)的思路：[3]

圖1

課堂教學(xué)中，為了物理學(xué)科核心素養(yǎng)充分落實(shí)，一定要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。物理學(xué)科的特點(diǎn)是對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng)，高度依賴于對(duì)物理問(wèn)題的探究過(guò)程，機(jī)械的灌輸很難讓學(xué)生深層次理解物理概念，更難以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)和創(chuàng)新能力。因此，對(duì)于一些內(nèi)容的教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)，采用探究式教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。對(duì)本節(jié)“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”的教學(xué)過(guò)程，可以以問(wèn)題為導(dǎo)向，科學(xué)探究：蠟塊的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、運(yùn)動(dòng)的合成與分解三個(gè)教學(xué)問(wèn)題，落實(shí)課堂教學(xué)的目的，用以下框架圖表示探究式教學(xué)的過(guò)程。

圖2

在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中，學(xué)生需要觀察、合作、思考與討論，因此科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)探究過(guò)程。從上圖可以看出，推進(jìn)教學(xué)的過(guò)程也是學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成的過(guò)程。

二、“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”教學(xué)過(guò)程

（一）實(shí)驗(yàn)探究

問(wèn)題探究一：蠟塊的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)

演示實(shí)驗(yàn)1：蠟塊運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)。

教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題探究的情景，讓學(xué)生直觀觀察運(yùn)動(dòng)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生探究問(wèn)題。

問(wèn)題解答的潛在能力要求位于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生小組討論，可以完成知識(shí)構(gòu)建，明確蠟塊參與的分運(yùn)動(dòng)：

（1）水平方向：蠟塊隨玻璃管向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

（2）豎直方向：蠟塊相對(duì)玻璃管向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

演示實(shí)驗(yàn)2：請(qǐng)同學(xué)們以白板為背景，觀察蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡，猜想蠟塊的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

學(xué)生觀察蠟塊的運(yùn)動(dòng)，基于小組談?wù)?，讓學(xué)生意識(shí)到對(duì)于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，憑感官很難直接確定運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，問(wèn)題的理性分析，需要尋求研究方法。

圖3

探究引導(dǎo)：如何獲得蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡？

引導(dǎo)學(xué)生回顧自由落體運(yùn)動(dòng)的研究方法，提出用頻閃照相的方法獲得蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡。在此以學(xué)生已有知識(shí)為基礎(chǔ)，形成已有方法對(duì)問(wèn)題的解決思路。該問(wèn)題的解決，直接基于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知識(shí)遷移。

學(xué)生協(xié)作活動(dòng)：在教師指導(dǎo)下，兩名學(xué)生用秒表和畫筆配合，模擬頻閃照相描繪蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡。

圖4

整個(gè)過(guò)程，以問(wèn)題為導(dǎo)向，基于學(xué)生的已有認(rèn)知，推動(dòng)教學(xué)的開展。同時(shí)，通過(guò)分組討論、合作探究，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

圖5

借鑒打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶點(diǎn)跡的分析方法，分析蠟塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中點(diǎn)跡分布特點(diǎn)：大致分布于同一條直線上，相鄰兩點(diǎn)間距大致相等。在問(wèn)題探究的過(guò)程中，學(xué)生不斷完成知識(shí)的構(gòu)建，課堂變得生動(dòng)而有趣。

實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論：考慮實(shí)驗(yàn)誤差，蠟塊應(yīng)該是做向右上方的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

問(wèn)題探究二：合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

引導(dǎo)問(wèn)題：（1）合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間有什么關(guān)系？

觀察蠟塊的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，學(xué)生分組討論，注重學(xué)生的交流合作，得出結(jié)論：合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)同時(shí)開始、同時(shí)結(jié)束，經(jīng)歷時(shí)間相同，具有等時(shí)性。

（2）改變玻璃管在水平方向的運(yùn)動(dòng)速度，蠟塊從A（玻璃管下部紅圈處）運(yùn)動(dòng)到B（玻璃管上部紅圈處）的時(shí)間會(huì)變嗎？水平方向玻璃管的運(yùn)動(dòng)，會(huì)不會(huì)影響蠟塊在豎直方向的運(yùn)動(dòng)？這體現(xiàn)了分運(yùn)動(dòng)之間的什么特性？[4]

加強(qiáng)學(xué)生物理是基于實(shí)驗(yàn)的觀念，學(xué)生談?wù)?、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開展探究、得出答案：第一次玻璃管不動(dòng)，記錄蠟塊從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間；第二次玻璃管水平運(yùn)動(dòng)，記錄蠟塊從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間。對(duì)比兩次記錄的時(shí)間，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

合作探究：

（1）學(xué)生在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，思考合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系；

（2）兩位學(xué)生秒表計(jì)時(shí)，對(duì)比玻璃管不動(dòng)和運(yùn)動(dòng)時(shí)，蠟塊由底部運(yùn)動(dòng)到頂部的時(shí)間。分析時(shí)間記錄結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

整個(gè)過(guò)程以實(shí)驗(yàn)為手段，學(xué)生合作、探究完成問(wèn)題的解答，驗(yàn)證合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，避免直接告訴學(xué)生答案，既符合物理學(xué)研究特點(diǎn)，又能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

問(wèn)題探究三：運(yùn)動(dòng)的合成與分解

課堂引導(dǎo)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生分別作出蠟塊合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的位移。

圖6

問(wèn)題引導(dǎo)：合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的位移有何關(guān)系特點(diǎn)。

通過(guò)直觀的圖形分析，得出探究結(jié)論：合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的位移，滿足平行四邊形定則。

引導(dǎo)問(wèn)題：合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的速度，也滿足平行四邊形定則嗎？

小組討論：合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性，位移之間遵循平行四邊形定則，所以合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的速度也遵循平行四邊形法則。

理論證明，合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的加速度也遵循平行四邊形法則。

基于以上實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程、實(shí)驗(yàn)的結(jié)論以及邏輯分析，師生共同構(gòu)建新的物理觀念：

（1）由分運(yùn)動(dòng)求合運(yùn)動(dòng)的過(guò)程叫運(yùn)動(dòng)的合成。

（2）由合運(yùn)動(dòng)求分運(yùn)動(dòng)的過(guò)程叫運(yùn)動(dòng)的分解。

運(yùn)動(dòng)的合成與分解，其本質(zhì)即為描述運(yùn)動(dòng)的物理量的合成與分解都遵守平行四邊形定則。

引導(dǎo)問(wèn)題，類比合力與分力的關(guān)系，基于已學(xué)知識(shí)的遷移，構(gòu)建和運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的等效性。

（3）等效性：各個(gè)分運(yùn)動(dòng)疊加起來(lái)的效果與合運(yùn)動(dòng)相同。

以上內(nèi)容就是基于建構(gòu)主義的理論，在實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，以問(wèn)題為導(dǎo)向?qū)訉由钊胪苿?dòng)教學(xué)，完成學(xué)生知識(shí)構(gòu)建、能力培養(yǎng)的探究式教學(xué)過(guò)程。教學(xué)中，教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用都充分地得以展現(xiàn)，課堂目的明確、節(jié)奏感強(qiáng)、效率高。

（二）理論探究

探究方法回顧：要進(jìn)行定量的物理研究，首先要建立坐標(biāo)系。這既是已有知識(shí)的回顧應(yīng)用，也是新知識(shí)、方法構(gòu)建的基礎(chǔ)。

師生共同完成：以蠟塊開始勻速運(yùn)動(dòng)的位置為原點(diǎn)O，以水平向右的方向和豎直向上的方向分別為x軸和y軸的方向，建立平面直角坐標(biāo)系。

思考與探究：

請(qǐng)同學(xué)們，應(yīng)用我們剛才所學(xué)的知識(shí)，分組探究以下問(wèn)題：

（1）蠟塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中P點(diǎn)的位置如何表示？求出蠟塊的軌跡方程。

（2）求出蠟塊位移的大小和方向。

（3）蠟塊運(yùn)動(dòng)的速度方向和大小是怎樣的？

（4）蠟塊做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生活動(dòng)：分組理論探究蠟塊的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)、理論探究問(wèn)題的能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

在理論探究過(guò)程，指導(dǎo)學(xué)生知識(shí)建構(gòu)，滲透學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。問(wèn)題存在一定的難度，但問(wèn)題的設(shè)置都在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生具備完成任務(wù)的知識(shí)和能力。探究過(guò)程注重引導(dǎo)學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的遷移，為了順利完成任務(wù)，教學(xué)中注重兩個(gè)方面：第一是學(xué)生小組內(nèi)的討論、協(xié)作；第二是教師適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。

問(wèn)題探究一：蠟塊的位置

圖7 蠟塊的位置

如圖，t時(shí)刻蠟塊的位置，P(x，y)：

問(wèn)題探究二：蠟塊運(yùn)動(dòng)的軌跡和位移

數(shù)學(xué)是物理學(xué)習(xí)的重要工具，培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問(wèn)題的習(xí)慣：上面x、y的表達(dá)式中消去中間變量t，這樣就得到：，

表達(dá)式代表的是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，也就是說(shuō)，蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡是直線。

根據(jù)矢量的運(yùn)算法則：

從計(jì)時(shí)開始到時(shí)刻t，蠟塊運(yùn)動(dòng)位移的大小是

圖8 蠟塊的位移

問(wèn)題探究三：蠟塊運(yùn)動(dòng)的速度

如圖所示：速度v與vx、vy的關(guān)系根據(jù)矢量的運(yùn)算法則，得出它們之間的關(guān)系：

圖9 蠟塊的速度

方向：設(shè)速度方向與x軸夾角為θ，

探究結(jié)論：蠟塊做向右上方的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

學(xué)生活動(dòng)：在教師的引導(dǎo)下，依次完成上述各個(gè)物理量的推導(dǎo)過(guò)程，明確蠟塊運(yùn)動(dòng)的軌跡、位移和速度。

設(shè)計(jì)意圖：分組協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和理論探究問(wèn)題的能力。幫助學(xué)生進(jìn)一步了解熟悉運(yùn)動(dòng)和合成所遵循的運(yùn)算法則——平行四邊形定則。

理論探究過(guò)程，教師要及時(shí)與存在困難的學(xué)生溝通，做好學(xué)生思維發(fā)展的引導(dǎo)者，幫助學(xué)生正確構(gòu)建知識(shí)，在探究中體驗(yàn)合作、培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)小結(jié)

基于建構(gòu)主義的教學(xué)設(shè)計(jì)需要把握以下五個(gè)要點(diǎn)：[5]

（一）輕松的課堂氛圍

課堂氛圍的創(chuàng)設(shè)，是高效教學(xué)過(guò)程的保障。在探究式教學(xué)過(guò)程中，開放的、民主的課堂氣氛有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，為學(xué)生積極參與課堂提供前提，學(xué)生樂(lè)于參與課堂教學(xué)、并積極有創(chuàng)造性地發(fā)表自己的觀點(diǎn)，這樣的氣氛利于批判性、創(chuàng)造性的思維能力的發(fā)展。

（二）恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題情境

為了實(shí)現(xiàn)知識(shí)的構(gòu)建，教師往往需要設(shè)計(jì)好問(wèn)題探究的情境，如本節(jié)問(wèn)題探究的情境就是蠟塊在玻璃管中的運(yùn)動(dòng)，教學(xué)從學(xué)生觀察蠟塊的運(yùn)動(dòng)開始，進(jìn)而引發(fā)一系列問(wèn)題、不斷深入教學(xué)，所有知識(shí)和思維的形成都是基于這個(gè)實(shí)驗(yàn)。切合教學(xué)需求的問(wèn)題情境，是整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。相反，如果是不恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題情境，往往使得課堂效率低下，概念形成直觀性、邏輯性都比較差。

（三）有效的問(wèn)題引導(dǎo)

為了有助于學(xué)生自主地構(gòu)建知識(shí)體系，探究過(guò)程中問(wèn)題的引導(dǎo)尤為關(guān)鍵。教師主導(dǎo)作用是穩(wěn)步推進(jìn)課堂教學(xué)，學(xué)生主體作用能否充分發(fā)揮，往往取決于探究環(huán)節(jié)與問(wèn)題引導(dǎo)是否恰當(dāng)。如在本節(jié)設(shè)計(jì)中，提出“如何獲得蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡？”，是問(wèn)題的探究，又是已學(xué)知識(shí)的遷移應(yīng)用，有力地推動(dòng)了課堂教學(xué)。問(wèn)題的設(shè)計(jì)一定要指向明確、不能含糊不清，并且知識(shí)的發(fā)展要位于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。在合作探究時(shí)，教師要及時(shí)抓住學(xué)生的問(wèn)題所在、并給予解答，這樣可以提高學(xué)生的效率，還可以增強(qiáng)學(xué)生探究問(wèn)題的信心。

（四）高效的分組協(xié)作

探究式教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的分組協(xié)作是必不可少的，“協(xié)作”既能提高課堂效率，又可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。在日常教學(xué)中，要有意識(shí)地讓學(xué)生有分組協(xié)作的習(xí)慣，讓學(xué)生在小組內(nèi)部合理分工，保證在問(wèn)題探究的過(guò)程中人人有事做、有人人不可缺。學(xué)生的能力傾向要事先做好了解，盡量讓學(xué)習(xí)小組能高效運(yùn)行，而不是停留在表面。

（五）必要的知識(shí)遷移

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為新知識(shí)的構(gòu)建是基于學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)，而學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)也是層層遞進(jìn)，不斷深入的。教學(xué)中必要的知識(shí)遷移，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，還可以促進(jìn)新舊知識(shí)的有效整合，形成知識(shí)體系。如本節(jié)所學(xué)和運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的等效性，是基于合力與分力關(guān)系的類比遷移。理論探究的過(guò)程，是已有知識(shí)完整的應(yīng)用和提升過(guò)程。

四、教學(xué)評(píng)價(jià)

本節(jié)教學(xué)的設(shè)計(jì)，以建構(gòu)主義為理論基礎(chǔ)，以探究式教學(xué)為手段，可以高效地落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。教學(xué)注重面向全體學(xué)生，同時(shí)滿足學(xué)生發(fā)展的全面性。教學(xué)的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)、每一個(gè)概念的形成，都基于學(xué)生自身的實(shí)驗(yàn)觀察、設(shè)計(jì)和思考，展現(xiàn)學(xué)生的主體作用。引導(dǎo)學(xué)生討論，避免了知識(shí)的機(jī)械灌輸，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生在課堂中體驗(yàn)問(wèn)題解決的成就感。同時(shí)，教師恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)，使得學(xué)生知識(shí)的構(gòu)建形成系統(tǒng)性。師生共同合作，讓教學(xué)過(guò)程既是概念形成的過(guò)程，又是思維發(fā)展、能力提升的過(guò)程。