“最近發展區”在高中物理教學中的完美體現
——以《超重和失重》教學為例

杭周強

（宜興市官林中學，江蘇 無錫 214251）

0 引言

廣大高中物理教師對建構主義學習理論有一定程度了解，但是對最近發展區理論稍顯陌生。最近發展區理論是建構主義學習理論的重要組成部分，對建構主義學習理論的發展有重要的促進作用。高中物理教師采用建構主義學習理論來指導教學，繞不開最近發展區理論的應用。

1 最近發展區理論

最近發展區理論是前蘇聯教育心理學家維果斯基所提出的一種學習理論。最近發展區理論認為學習者存在著兩種發展區：第一種發展區是學習者以自身能力所能達到的解決問題的水平；第二種發展區是教學所能達到的解決問題的水平，是學習者潛在的水平。根據最近發展區理論，教學的核心目標在于促進學生由第一重發展區向第二重發展區跨越。要實現這種轉變，教師應采取兩種教學手段：第一種教學手段，激勵。教師激勵學生產生學習的動力，去主動探尋新知識，邁過潛在發展區。第二種教學手段：支持。教師提供支持手段（支架）幫助學生邁過潛在發展期。

2 教學案例分析

案例課題為：“超重和失重”，以下為教學過程。

2.1 測量重力的兩種方法

教師提問：如何知道物體的重力？學生討論（兩分鐘左右）。學生回答：可以通過兩種方法測量物體的重力：方法一、使用彈簧測力計稱量；方法二、使用天平測出物體質量，根據G=mg計算出物體的重力。教師提問：這兩種測量物體重力方法的原理是什么？學生討論（兩分鐘左右）。學生回答：方法一使用了二力平衡原理，物體在彈簧測力計拉力和重力作用下處于二力平衡狀態，拉力和重力的大小相等，因此可以直接從彈簧測力計上讀出物體的重力。方法二運用了牛頓第二定律，即F=ma。m為物體的質量，g是重力加速度，兩者相乘即為物體受到的重力G。

設計意圖：超重和失重的本質是物體實重和視重間存在差異。要探討超重和失重，必須了解測量物體重力的方法。在教學過程中，教師采用問題引導（問題支架）的方法讓學生發現兩種測量物體重力的方法，和這兩種方法的力學原理。教師的問題為學生的思考指明了方向。教師給學生充足的時間討論，學生之間相互提供經驗支架，促進學生發現解決問題的方法。

2.2 超重和失重

教師展示游樂園中“跳樓機”下落的視頻，如圖1 所示。教師提問：此刻，“跳樓機”里的乘客是什么感覺？學生回答：緊張刺激。教師展示問題：假設跳樓機向下做勻加速直線運動，加速度為6 m/s2。在跳樓機上安裝一架臺秤，在臺秤上放置一個質量為2 kg 的物體，臺秤的讀數是多少？學生解答（教師提示學生受力分析，運用牛頓第二定律）。教師總結：通過計算，可以發現臺秤稱出來的物體的重力要小于物體的真實重力，即視重小于實重，這種現象叫做失重。教師提問：在具體問題中如何辨別失重現象？學生回答：加速度向下為失重。教師提問：如果向下的加速度等于重力加速度會出現什么現象？學生計算發現：物體的視重為零。教師總結：這可以稱為完全失重。處于完全失重的物體重力是不是消失了呢？

圖1 跳跳機

設計意圖：教師先展示跳樓機視頻，激發學生探究超重和失重現象的興趣，增加學生學習的內部動力。這為學生跨越最近發展區提供了心理支架。在學生注意力集中的時候，教師根據跳樓機情境抽象出一個問題，要求學生使用牛頓運動定律來解決。教師對于細節的指導為學生提供了支架。通過計算和思考，學生發現了失重現象的本質原因。教師再引導學生總結探究所得，為學生建構知識體系做好準備。教師通過引導讓學生發現了完全失重現象，使學生跨越了最近發展區。

教師展示變式：如果跳樓機向上做勻加速直線運動，臺秤的讀數又是多少？學生討論解決此變式。教師總結：此時，臺秤的讀數又大于物體的重力，即視重大于實重，可以稱為超重現象。教師提問：在具體問題中如何判斷超重現象？學生回答：重力加速度向上為超重。

設計意圖：在前述情境的基礎上，教師展示了變式問題。教師在不干預的前提下讓學生討論（討論支架）解決這個問題。因為有了前面解決問題的經驗，學生可以自主解決變式問題。學生間的討論建立了許多有益的支架，促進學生達到自身的潛力發展水平。學生在建構物理概念的過程中，需要經歷豐富的思維探究活動，獲得充實地螺旋式上升的思維體驗[1]。本教學環節體現了這一原則，讓學生建構了超重和失重概念。

2.3 超重和失重的應用

教師展示問題：一個人在地面上最多能夠舉起80 千克的物體。現在這個人站在一臺豎直向上做勻加速直線運動的升降機中，升降機的加速度為3 m/s2。則此人最多可以舉起質量為多大的物體。

學生討論（教師提示：人的力氣最大有多大？應該選取什么作為研究對象？如何進行受力分析？）教師提出問題：如果這個人在升降機中可以舉起120 千克的物體，升降機可能做什么運動？學生的答案為：可能向下做勻加速直線運動，也有可能向上做勻減速直線運動。

設計思路：在本教學環節中，教師提出了一個十分有趣的問題，要求學生解答。在解決第一個問題時，教師給予充分的指導，解決學生分析問題時出現的困難。在學生成功解決第一個問題后，教師立刻展示變式問題，引導學生反向思考超重和失重問題，突破學生的思維障礙。在解決第二個問題時，教師沒有給學生較多的指導，而是讓學生以小組討論的形式展開分析，強調了學生間的支架作用。因為學生有了前面的經驗，他們可以通過討論解決這個問題。通過這個學習環節，學生已經深刻認知了超重和失重的概念，并且可以運用牛頓運動定律來解決超重和失重問題。教師并沒有將超重和失重作為獨特的物理現象來強調，而是將它們融入到牛頓運動定律的應用中，抓住了物理學的基本思想方法。

2.4 拓展

教師布置任務：請你設計一個實驗來觀察生活中的超重和失重現象。學生展示他們的想法。教師要求學生利用課外時間實現他們的想法。

設計意圖：學生已經理解超重和失重的概念，也可以分析簡單的超重和失重問題。由于學生缺乏觀察，他們難以了解生活中的超重和失重現象。因此，教師設計這個任務，鼓勵學生走入生活，去生活中發現超重和失重現象。學生在課外實施了探究。一些學生發現人站在臺秤上下蹲和站立過程中出現超重和失重現象，他們借助彈簧測力計探究了這個現象。學生不僅觀察了這種超重和失重現象，還借助數學工具對超重和失重進行了定量分析。有些學生發現電梯在運動過程中存在超重和失重現象。這些學生借助彈簧測力計研究了電梯的超重和失重現象。有些學生發現載人火箭在發射過程中存在著超重和失重現象，他們查閱資料，研究了火箭發射的過程，如圖2 所示為太空中的失重。

圖2 太空中的失重

3 教學反思

3.1 定位要準

建構主義強調以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、發現和對所學知識意義的主動建構[2]。因此教學定位要關注學生，即教學目標要準確。高中物理每一次教學都有具體明確的任務。提升教學效率的前提順利地實現教學任務。由于學生的能力有限，每節課的教學目標不能設計得太高，否則學生無法完成這個目標。最近發展區理論針對了學生的潛力水平。因此教師在設計教學目標時要充分考慮基于教學內容下學生能夠達成的最高潛力水平。在一些教學中，教師甚至可以適當降低學生的發展目標，為學生減負。在《超重和失重》教學中，教師所設定的教學目標十分準確，要求學生理解超重和失重的概念、能夠利用牛頓運動定律解決簡單的超重和失重問題。學生在學習時充滿活力，感覺輕松，學習效果較好。

3.2 起點要低

許多教師認為教學要高起點。這種看法存在偏頗。面對一個新的知識，學生的感受是陌生的，甚至排斥的。如果教師設定的起點太高，會將學生拒絕在學習大門外。在本次教學中，教師以學生十分熟悉地測量物體重力的方法入手，較好地執行了起點要低的基本原則。在進行超重和失重教學時，教師也沒有一下子就和學生分析超重和失重的力學原理，而是展示了跳樓機視頻，在充分激發學生興趣的時候，教師才引導學生去分析跳樓機中的超重和失重，充分體現了起點要低的原則。

3.3 支架要穩

要幫助學生從第一種發展區跨越到第二種發展區，教師需要提供給學生合適的支架。在教學中可以應用的支架有問題支架、討論支架、技術支架等。問題支架是最為常用的一種支架，即由教師提出問題，啟發學生思維。問題支架可以應用在教學的任一環節。一旦學生出現探究困難，教師即可以提出問題，幫助學生突破思維障礙，實現最近發展區的躍遷。討論支架是指學生之間通過討論形成的支架。學生的學習經驗比較接近。在討論的過程中，學生相互分享經驗，這些經驗可以成為跨越最近發展區的支架。討論往往是多名學生相互交流的過程，可以形成許多層次不同的支架，促進所有學生發展。技術支架是指教師使用技術手段幫助學生突破障礙的方法。技術工具已經成為學生建構的好幫手。在教學過程中，教師可以選擇適合的技術支架工具來幫助學生飛躍最近發展區。

4 結語

知識不是通過教師的傳授得到的，而是學習者在一定的情境下，借助必要的學習工具和他人的幫助，通過意義建構的方式獲得的[3]。最近發展區為學生提供了學習的意義。最近發展區理論指出了學生發展的路徑，在高中物理教學中要充分利用。首先，教師要清楚學生的潛在能力。然后，教師采用合適的支架幫助學生突破最近發展區，實現素養的提升。支架的形式較多，在教學中教師要選擇適合學生的支架，促進學生發展。