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“體驗學習圈”在物理概念教學中的應用
——以“壓強”教學為例

2018-06-05 15:14:09
江蘇教育 2018年27期
關鍵詞:氣球受力環(huán)節(jié)

美國教育家大衛(wèi)·庫伯在綜合各種經驗學習模式的基礎上,創(chuàng)造性地提出“體驗學習圈”理論,認為體驗學習過程是由4個學習階段構成的環(huán)形結構,包括具體體驗、觀察反思、抽象概括和主動檢驗[1],如圖 1。“具體體驗”是讓學習者經歷一種新的體驗,“觀察反思”是學習者基于體驗和觀察進行反思內省,“抽象概括”是學習者內化所觀察的內容并使之成為合乎邏輯的概念,“主動檢驗”是學習者驗證這些概念并運用它們解決具體問題,從而形成進一步“具體體驗”所需的經驗。體驗學習圈不是一個平面的循環(huán)過程,而是一個螺旋上升的過程。運用體驗學習圈理論能有效避免只有體驗而缺乏思維活動的教學現(xiàn)狀。

圖1 庫伯的體驗學習圈模型

“壓強”是初中物理的核心概念,是“液體的壓強”“氣體的壓強”等后續(xù)學習的基礎,學習重點是探究壓力作用效果與壓力大小和受力面積的關系,理解壓強概念,學會用壓強知識解釋生活現(xiàn)象或解決物理問題?!皦簭姟敝R與學生生活聯(lián)系緊密,體驗學習圈又是一種有效的經驗學習模式,故可用體驗學習圈理論指導“壓強”的教學。

一、體驗學習圈在物理概念教學中的應用

1.創(chuàng)設實踐活動,豐富具體體驗。

學習的起點來自學習者的經驗,具體體驗階段是整個學習圈的基礎,是學生反思、概括的源泉。此階段要設計主體實踐活動,使學生主動參與,獲得直接經驗。主體實踐活動包括體驗性活動、探究性實驗等,其教學功能或是激發(fā)學生學習興趣,或是讓學生產生認知沖突,或是使學生經歷物理概念規(guī)律產生的過程。

【教學環(huán)節(jié)1】“壓強”導入。

體驗活動:(1)學生嘗試弄爆氣球的方法,體會到一個氣球很容易被弄爆;(2)約30個氣球緊密地、呈方形地排列在地面上,在氣球上平放一木板,剛好遮住所有氣球,問:如果一位學生站在木板上,氣球會爆掉嗎?學生幾乎異口同聲地肯定。讓一位學生慢慢站上木板,結果板下氣球完好。[2]

(設計意圖:讓學生參與一些出乎意料、扣人心弦的體驗活動,能激起學生強烈的認知沖突,產生探究原因的內驅力。)

【教學環(huán)節(jié)2】猜想壓力作用效果與哪些因素有關。

體驗活動:(1)如圖2,一只手的手掌頂住氣球,另一只手的食指按壓氣球,觀察氣球形變程度。逐漸加大壓力,觀察氣球的形變有何變化。(2)如圖3,將鉛筆一端削尖,用兩只手的食指分別壓住鉛筆兩端,體驗兩個手指的感覺。逐漸加大壓力,再體驗手指的感覺。

圖2 按壓氣球

圖3 按壓鉛筆

(設計意圖:這兩個體驗活動取材簡單,效果顯著,分別從視覺和觸覺兩個維度豐富學生體驗,引導學生猜想,使猜想有理有據(jù)。)

【教學環(huán)節(jié)3】探究壓力作用效果與壓力大小、受力面積的關系。

探究活動:提供器材如小釘板、裝有沙的水槽、鉤碼、礦泉水瓶、海綿、橡皮泥、粗細不同的棉線等,學生設計方案開展自主探究,按小組匯報探究過程與結論。

(設計意圖:通過開放性的探究活動,培養(yǎng)學生的發(fā)散思維和動手能力,讓學生匯報實驗過程,增強學生的邏輯思維能力和口語表達能力,有效促進學生物理學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。)

2.借助問題串,引導觀察反思的方向。

由于學生的體驗往往是立體的,所獲得的信息復雜且是非結構化的,因此教師需要以問題為引導,讓學生有目的地觀察活動過程與結果,并對體驗過程中的情境碎片進行回憶、整合與反思,為學生抽象概括出物理概念積累經驗。

比如,教學環(huán)節(jié)2中圖2的活動,學生體驗的同時應結合以下問題組織學生觀察思考:氣球左右兩邊形變的程度有何不同?加大用力后又有什么變化?說明了什么問題?教學環(huán)節(jié)3中,探究時應讓學生思考:采用什么研究方法?如何判斷壓力的作用效果?還有其他方案嗎?

3.激起思維碰撞,構建物理概念。

庫伯認為,“知識的獲取源于對經驗的升華和理論化”。抽象概括階段應注意給學生足夠的時間和空間,讓他們自由表達對問題的理解和認識,甚至展開激烈的辯論,這樣有助于學生領悟引入物理概念的必要性。

教學環(huán)節(jié)3中,學生已形成了對壓強概念的初步感知,歸納出結論:(1)當壓力大小相同時,受力面積越小,壓力作用效果越明顯;(2)當受力面積相同時,壓力越大,壓力作用效果越明顯。這些結論雖然是定性的,但為壓強概念的構建做好了鋪墊,學生對這些結論需進一步抽象,以形成一般性的概念。

【教學環(huán)節(jié)4】構建壓強概念。

游戲活動:兩位學生一組,提供三塊大的方形橡皮,一位學生通過擺放橡皮(單塊或組合均可)創(chuàng)設不同的情境,讓另一位學生比較不同情境下橡皮對桌面的壓力作用效果,并說明道理,然后交換角色。請學生匯報相互“考查”的過程,并說明遇到的問題或困難。

(設計意圖:游戲環(huán)節(jié)實際上是對教學環(huán)節(jié)3的結論的運用。橡皮擺放情境分以下四類:壓力大小相同,受力面積不同;受力面積相同,壓力大小不同;壓力大小和受力面積都不同,壓力小的受力面積大或者情況相反;壓力大小和受力面積都不同,壓力大的受力面積也大或者兩者都小。前三類不難比較,第四類怎么判斷?教師應給學生充分的發(fā)言權,可先讓學生猜測,再探究比較。引導學生類比“比較物體運動快慢”的方法,將陌生情境轉化為熟悉的問題,如比較單位面積上承受壓力的大小,也就是比較壓力與受力面積的比值,這樣就引出了“壓強”的概念。)

4.提供新情境,檢驗與運用概念。

在主動檢驗階段,教師指導學生將獲得的新知識運用到新情境中,以檢驗新知的正確性,對教師而言這也是一次教學評價過程,用來反映學生對概念的理解程度。比如,創(chuàng)設以下情境讓學生運用知識予以解決:(1)“磨刀不誤砍柴工”有何物理原理?(2)小明的媽媽買了一條大魚,用塑料袋提回家,沒走多久手就被勒得很疼,請幫她解決這一問題,并說明道理。課堂導入中,為什么木板上站人而氣球沒有被壓爆?(3)提供方格紙,估測自己站立時對地面的壓強。前兩類情境源于生活或課堂事實,分別對應增大、減少壓強的方法,當用壓強知識能解釋這些現(xiàn)象和事實時,學生進一步確認了壓強概念的合理性和正確性。第三個問題旨在鍛煉學生運用壓強公式,其中涉及面積的估測技巧和單位換算。

二、體驗學習圈在物理概念教學實踐中的思考

1.合理設計體驗活動,讓學生愉悅高效地體驗。

(1)營造適度緊張的體驗氛圍。

參與體驗活動是學生進行體驗學習的第一步,教師要注意營造良好的體驗氛圍。心理學研究表明,學生在適度緊張的精神壓力和焦慮狀態(tài)下學習效果最佳。體驗活動設計存在一個認識誤區(qū),覺得活動就要追求刺激、震撼的效果。誠然,這些體驗活動能給學生留下深刻印象,對知識掌握有積極意義,但如果體驗活動超出學生身心承受的“度”,就會給學生留下心理陰影,甚至帶來心靈創(chuàng)傷。

(2)減少同質體驗活動,避免對生活經驗的簡單重復。

要盡量減少同一類型的體驗活動,比如在課堂導入環(huán)節(jié),為了活躍教學氣氛,筆者設計了氣球上站人游戲和坐釘子板兩個活動。這兩者本質相同,在具體實施時可以舍棄一個。此外,還要避免僅僅是對生活經驗的簡單重復,只有當體驗活動對學生有新鮮感,或者是對生活經驗的重新認識和深入探究時,才能激發(fā)學生興趣,才有助于物理概念的教學。

2.循環(huán)使用體驗學習圈,讓學生經驗持續(xù)生長。

核心概念處于物理學科知識的中心位置,利用這些概念能解釋、預測諸多物理現(xiàn)象。正因為核心概念的地位和特點,對于核心概念的教學往往需要循環(huán)使用體驗學習圈,使學生對核心概念的內涵和外延得以深刻理解。

圖4為基于體驗學習圈理論的“壓強”教學流程圖,“壓強”概念的教學就是將這些學習圈環(huán)環(huán)相扣,最終串聯(lián)起來的過程。通過教學環(huán)節(jié)1的體驗,引發(fā)學生認知沖突,繼而產生疑問:氣球為什么沒爆?教學環(huán)節(jié)2的圖2、圖3體驗活動,促使學生觀察思考壓力作用效果與哪些因素有關,學生體驗后概括出與壓力大小和受力面積有關。對這一經驗的檢驗與運用發(fā)生在教學環(huán)節(jié)3的探究活動中。每一個學習圈所形成的知識經驗,都將是進一步學習體驗的基礎,這正是經驗具有連續(xù)性特征的表現(xiàn)。同樣,教學環(huán)節(jié)3得到的結論在教學環(huán)節(jié)4的游戲活動中加以運用,但學生發(fā)現(xiàn)用現(xiàn)有知識不能解決第四類情境中壓力的作用效果問題,從而產生學習新知的內在需求,自然引入壓強概念,最后通過解釋生活現(xiàn)象和解決具體物理問題來檢驗和運用壓強知識,達成教學目標。

圖4 “壓強”體驗學習圈螺旋式設計

3.科學應用體驗學習圈,讓教學指向學生思維發(fā)展。

課堂教學的結構從縱向看通常是由一個個相互關聯(lián)的教學環(huán)節(jié)(或單元、模塊)構成的,每一個“環(huán)節(jié)”又承載著一定的功能,指向學生的部分發(fā)展目標。[3]核心概念的重要教學環(huán)節(jié)應完整體現(xiàn)學習圈的四個階段,如圖4中的教學環(huán)節(jié)2、3、4。而對于核心概念的一般教學環(huán)節(jié)或普通概念的教學,則可視學生學情靈活使用體驗學習圈,教學過程可適當簡潔些,比如作為導入的教學環(huán)節(jié)1,具體體驗的目的是讓學生聚焦“氣球沒被壓爆”這一反?,F(xiàn)象,激發(fā)學生反思、探究的動機,所以此環(huán)節(jié)只涉及前兩個階段。

有研究表明,參與度最高的學習模式是學習體驗與具體的現(xiàn)實事物相關聯(lián),學習者積極主動地參與到學習情境中,通過親身體驗,獲得直接經驗。[4]因為核心概念在物理學科中的特殊地位,故在核心概念教學的具體體驗階段應首選實踐性活動。但在有限的教學時間內不可能讓學生經歷每一個物理事實,且有些體驗活動具有危險性,所以在核心概念的一般教學環(huán)節(jié)或普通概念的教學時可以通過多媒體、教學模型等手段讓學生進行間接體驗,例如在“壓強”的運用環(huán)節(jié),教師可以播放“汽車過身”“腹上開石”等表演視頻,豐富學生對這些現(xiàn)象的本質認識。

[1]嚴奕峰,謝利民.體驗教學如何進行:基于體驗學習圈的視角[J].課程·教材·教法,2012(06).

[2]王鈺生.讓學生在體驗中享受學習物理的樂趣:以“壓強”教學為例[J].物理教師,2014(11).

[3]孫紅保.課堂“教學活動”與“目標”一致性模型的建構與實踐[J].全球教育展望,2017(03).

[4]王吉康.試析體驗學習雙循環(huán)圈理論[J].比較教育研究,2017(03).

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