陳力 魏新才

摘? ?要：物理概念是學(xué)生認(rèn)識(shí)物理世界的基礎(chǔ)，也是核心素養(yǎng)的重要組成部分。根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，物理概念建立的過程具有邏輯性和層次性，那么教師在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)就應(yīng)該結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)和認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，在大量的事實(shí)經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)概念之間為學(xué)生逐級(jí)地搭建認(rèn)知進(jìn)級(jí)的“階”。機(jī)械運(yùn)動(dòng)和相互作用是最重要的物理觀念之一，滑動(dòng)摩擦力是其中一個(gè)重要的基本概念。筆者以教科版高中物理必修一第2章第3節(jié)“滑動(dòng)摩擦力”概念教學(xué)為例，具體說明“學(xué)習(xí)進(jìn)階”在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)進(jìn)階;滑動(dòng)摩擦力;物理概念

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）3-0004-5

周光召先生曾說過“科學(xué)教育不應(yīng)該傳授給學(xué)生支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實(shí)，而是應(yīng)當(dāng)慎重選擇一些重要的科學(xué)概念，用恰當(dāng)、生動(dòng)的方法，幫助他們建立一個(gè)對(duì)世界完整的理解?！被谖锢韺W(xué)科中概念教學(xué)的特點(diǎn)，即建立在豐富的事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從“基礎(chǔ)概念”到“基本概念”，再到“重要概念”，然后到“主題核心概念”，最后逐漸升級(jí)到“學(xué)科核心概念”，有序地引導(dǎo)學(xué)生建立完整的知識(shí)體系。通過學(xué)科核心概念層次性的生成過程，為學(xué)生未來科學(xué)素養(yǎng)的提升提供有力的“支架”。

1? ? 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的簡(jiǎn)介

“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的概念最早由美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)（NRC）提出。盡管不同的研究者對(duì)“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的定義不同，但都突出體現(xiàn)了“階”在學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系過程中的重要性，即學(xué)習(xí)不是一蹴而就的，而是通過一系列的由淺入深、由簡(jiǎn)到繁的思維層級(jí)構(gòu)成的，這些思維層級(jí)就好比學(xué)生認(rèn)知“攀巖”過程中的“腳踏點(diǎn)”。只有科學(xué)地選取“腳踏點(diǎn)”，建筑“物理大廈”才有實(shí)現(xiàn)的可能性。

北京師范大學(xué)物理教育研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合我國(guó)物理概念教育實(shí)踐的現(xiàn)狀，以物理概念的認(rèn)知程度作為進(jìn)階的自變量，將物理概念學(xué)習(xí)分為五個(gè)層級(jí)，即：事實(shí)經(jīng)驗(yàn)、映射、關(guān)聯(lián)、概念、整合，各層級(jí)具體描述見表1。

2? ? 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的滑動(dòng)摩擦力教學(xué)的進(jìn)階策略

2.1? ? 基于事實(shí)經(jīng)驗(yàn)，注重與科學(xué)概念的實(shí)質(zhì)性聯(lián)系

物理概念的建立需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念之前，已經(jīng)形成了大量與科學(xué)概念有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)。在這些事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象的推理、概括、歸納得出共同屬性，進(jìn)而完成事實(shí)經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變。

2.2? ? 基于“踮踮腳夠得到”的原則，促進(jìn)學(xué)生的思維成長(zhǎng)

為了能夠有效地促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，在教學(xué)中為學(xué)生搭建臺(tái)階是很有必要的。如果臺(tái)階過少，會(huì)增加學(xué)生的思維跨度，容易讓學(xué)生產(chǎn)生畏難心理，影響教學(xué)進(jìn)度;如果臺(tái)階過多，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生變相地被老師“牽著走”，從而減少了學(xué)生獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，因此在教學(xué)中應(yīng)該貫徹“踮踮腳夠得到”的原則，有效促進(jìn)學(xué)生的思維成長(zhǎng)。

2.3? ? 基于學(xué)科的基本概念，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念體系的發(fā)展

2019年全國(guó)III 卷理科綜合考試中，第14題“楞次定律是哪個(gè)定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)呢？”學(xué)生得分率比較低，究其原因就在于學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解往往是碎片化的，缺乏建構(gòu)各個(gè)科學(xué)概念關(guān)聯(lián)的思維過程。學(xué)生對(duì)楞次定律的理解往往停留在“判斷感應(yīng)電流方向”的層面上，教師甚至總結(jié)出“增反減同”“增離減靠”“來拒去留”“增縮減擴(kuò)”等口訣幫助學(xué)生做題時(shí)能快速作出判斷，然而卻忽略了楞次定律的本質(zhì)內(nèi)容，即產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程必須遵守能量守恒定律?？茖W(xué)教育應(yīng)通過具體的科學(xué)概念促進(jìn)學(xué)生對(duì)核心概念的深入理解，并在核心概念的統(tǒng)領(lǐng)下加強(qiáng)具體科學(xué)概念之間的聯(lián)系，逐步建立科學(xué)概念體系。

3? ? 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的滑動(dòng)摩擦力教學(xué)的進(jìn)階途徑

3.1? ? 進(jìn)階起點(diǎn)分析

“滑動(dòng)摩擦力”是高中物理必修一第2章第

3節(jié)的內(nèi)容，其實(shí)是初中知識(shí)的延伸和拓展。在初中階段，學(xué)生對(duì)滑動(dòng)摩擦力已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)和了解。但大多數(shù)學(xué)生對(duì)滑動(dòng)摩擦力缺乏正確的認(rèn)識(shí)，例如，認(rèn)為“滑動(dòng)摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反”，“受滑動(dòng)摩擦力的物體一定是運(yùn)動(dòng)的”，“正壓力等于物體的重力”，“對(duì)相對(duì)性缺乏感性認(rèn)識(shí)”，等等。教師就應(yīng)該在生活經(jīng)驗(yàn)和課堂實(shí)驗(yàn)的雙重引導(dǎo)下，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)教學(xué)問題，為學(xué)生搭建臺(tái)階，讓學(xué)生真正掌握滑動(dòng)摩擦力的內(nèi)涵。

3.2? ? 進(jìn)階過程

3.2.1? ? 創(chuàng)設(shè)情境，補(bǔ)充事實(shí)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)入新課

自動(dòng)人行步道在現(xiàn)代生活中特別常見，如航站樓、超市、高鐵站等，如圖1所示。教師播放相關(guān)視頻，視頻中一個(gè)小朋友問媽媽“為什么我們一站上來就能動(dòng)起來呢？”教師將該問題順勢(shì)拋給學(xué)生。學(xué)生根據(jù)已有的力的作用效果以及摩擦力的知識(shí)，可以想到是因?yàn)槟Σ亮Φ淖饔?，但具體是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力學(xué)生卻模棱兩可，無法給出正確的解釋。

設(shè)置目的：引入常見的生活場(chǎng)景，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，為新概念的引入和建立提供事實(shí)依據(jù)。

3.2.2? ? 創(chuàng)設(shè)情境，引出滑動(dòng)摩擦力

教師：力看不見摸不著，什么力才是滑動(dòng)摩擦力呢？請(qǐng)大家伸出手，我們先一起來感受一下滑動(dòng)摩擦力。

【學(xué)生活動(dòng)】 手壓在桌面上向前推（如圖2）。

教師：大家有什么感覺嗎？

學(xué)生：推起來有點(diǎn)費(fèi)力，好像有什么在阻礙我的手向前推……

教師：哦……有點(diǎn)阻礙的作用。那么，在物理學(xué)中就稱“當(dāng)兩個(gè)物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力就是滑動(dòng)摩擦力?！?/p>

設(shè)置目的：（1）學(xué)生通過自己的真實(shí)體驗(yàn)，感受到滑動(dòng)摩擦力的存在，降低了概念理解上的難度，為滑動(dòng)摩擦力概念學(xué)習(xí)從“事實(shí)經(jīng)驗(yàn)”層級(jí)上升到“映射”層級(jí)搭建了強(qiáng)有力的“階”;（2）由于滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件還沒有得出，而教材上關(guān)于滑動(dòng)摩擦力的概念說明長(zhǎng)達(dá)61個(gè)字（如圖3），對(duì)學(xué)生來說既枯燥又難以理解，所以在此并不過多地強(qiáng)調(diào)滑動(dòng)摩擦力的概念，只是引出滑動(dòng)摩擦力而已。

關(guān)于“滑動(dòng)摩擦力”定義的描述

3.2.3? ? 進(jìn)階過程：創(chuàng)設(shè)情境，通過演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)探究滑動(dòng)摩擦力的方向和大小

（1）探究活動(dòng)：探究滑動(dòng)摩擦力的方向

請(qǐng)學(xué)生們用刷子在自己的手背上刷一刷，判斷刷子所受滑動(dòng)摩擦力的方向。由于缺乏相對(duì)性的概念，學(xué)生很容易得出“滑動(dòng)摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反”的錯(cuò)誤結(jié)論。為此，教師設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)依次向?qū)W生們演示（如圖4）：（a）手不動(dòng)刷子動(dòng);（b）刷子不動(dòng)，手動(dòng);（c）擦黑板。教師在演示（b）（c）兩個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考“刷子和黑板都沒有動(dòng)，是否受到滑動(dòng)摩擦力的作用以及各自所受滑動(dòng)摩擦力的方向”。學(xué)生恍然大悟，進(jìn)而得出 “滑動(dòng)摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反”的正確結(jié)論。

通過上面3個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，雖然學(xué)生對(duì)滑動(dòng)摩擦力的方向已經(jīng)有了正確的認(rèn)識(shí)，但是對(duì)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”仍然缺乏形象、深刻的認(rèn)識(shí)。為此，教師可以利用Flash動(dòng)畫將這種“相對(duì)性”形象地展示出來（如圖5），進(jìn)而讓學(xué)生正確判斷出各個(gè)物體所受滑動(dòng)摩擦力的方向。

設(shè)置目的：滑動(dòng)摩擦力方向的判斷是本節(jié)課的難點(diǎn)。在常規(guī)教學(xué)設(shè)計(jì)中，一般都是先探究滑動(dòng)摩擦力的大小，再探究滑動(dòng)摩擦力的方向。但是筆者認(rèn)為，在探究滑動(dòng)摩擦力大小的實(shí)驗(yàn)中也會(huì)涉及到物塊所受滑動(dòng)摩擦力方向的判斷，這對(duì)學(xué)生而言，在思維上存在“跨層級(jí)”問題。因此，在本教學(xué)設(shè)計(jì)中，先探究滑動(dòng)摩擦力的方向，再探究滑動(dòng)摩擦力的大小。教師通過不同的演示實(shí)驗(yàn)，層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)“相對(duì)性”進(jìn)而得出正確結(jié)論。

（2） 探究活動(dòng)：探究滑動(dòng)摩擦力的大小

在探究滑動(dòng)摩擦力大小的活動(dòng)中，讓學(xué)生帶著對(duì)以下五個(gè)任務(wù)問題的思考，嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，逐級(jí)地構(gòu)建出準(zhǔn)確測(cè)量木塊所受滑動(dòng)摩擦力大小的實(shí)驗(yàn)裝置并完成表格。

任務(wù)一：回憶滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)？

任務(wù)二：思考應(yīng)該采用什么樣的實(shí)驗(yàn)方法？

任務(wù)三：實(shí)驗(yàn)方法具體實(shí)施的步驟。

任務(wù)四：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如何準(zhǔn)確測(cè)量木塊所受滑動(dòng)摩擦力的大??？

任務(wù)五：分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格設(shè)計(jì)見表2、表3。

但由于受到初中探究滑動(dòng)摩擦力大小的實(shí)驗(yàn)方案的影響，學(xué)生很容易設(shè)計(jì)出如圖6（a）所示的實(shí)驗(yàn)裝置。在此，教師先要對(duì)學(xué)生積極地參與思維活動(dòng)予以肯定，然后鼓勵(lì)學(xué)生深入思考該實(shí)驗(yàn)方案在實(shí)驗(yàn)操作上有哪些弊端。學(xué)生經(jīng)過思考，很快聯(lián)想到“勻速拉動(dòng)很難實(shí)現(xiàn)”，“拉動(dòng)過程中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)很難準(zhǔn)確讀取”，等等。從而改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，如圖6（b）所示。

對(duì)于公式f=μN(yùn)，教師應(yīng)該提供豐富的情境引導(dǎo)學(xué)生深入理解各個(gè)物理量的含義。例如：“動(dòng)摩擦因數(shù)μ是否取決于滑動(dòng)摩擦力f和正壓力N？μ與哪些因素有關(guān)？正壓力一定等于物體的重力嗎？”采用圖7所示的情境與裝置進(jìn)行討論;在圖6（b）所示的實(shí)驗(yàn)中，如何才能準(zhǔn)確測(cè)量木板下表面所受滑動(dòng)摩擦力的大小呢？

設(shè)置目的：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的過程，認(rèn)識(shí)如何在事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過抽象、概括、推理、論證等過程形成知識(shí)。學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究的方式來獲取知識(shí)、發(fā)展能力。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的討論，加深學(xué)生對(duì)概念規(guī)律的認(rèn)識(shí)，利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用，防止思維碎片化。

（3）實(shí)驗(yàn)：總結(jié)滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件，理解滑動(dòng)摩擦力概念

學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)，探究得出滑動(dòng)摩擦力大小的計(jì)算公式后，教師再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)體會(huì)，總結(jié)滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件，在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生回歸課本，理解課本中（圖3）關(guān)于滑動(dòng)摩擦力的概念說明。

設(shè)置目的：遵循知識(shí)生成的過程，這樣設(shè)計(jì)，一方面可以降低知識(shí)難度，另一方面可以訓(xùn)練學(xué)生的邏輯推理和歸納總結(jié)能力。

3.2.4? ? 進(jìn)階過程：應(yīng)用、留疑、整合

（1） 知識(shí)應(yīng)用：學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)小朋友提出的問題“為什么人一站上自動(dòng)人行步道就能動(dòng)起來呢？”學(xué)生在分析原因時(shí)進(jìn)行分類分析，按照類型將自動(dòng)人行步道分為水平和傾斜兩種類型，按照運(yùn)動(dòng)過程將人的運(yùn)動(dòng)分為加速和勻速兩個(gè)階段。

（2）對(duì)于人在傾斜自動(dòng)人行步道上的勻速階段的受力情況，超出了學(xué)生在本節(jié)課上所學(xué)知識(shí)的范圍，但為下節(jié)“靜摩擦力”的學(xué)習(xí)做了思維上的鋪墊。

（3）學(xué)生討論、總結(jié)：在知識(shí)、方法和情感體驗(yàn)等方面大家都學(xué)到了什么？

設(shè)置目的：在概念教學(xué)中，知識(shí)和知識(shí)獲取的策略兩者同等重要。因?yàn)?，在解決不同的任務(wù)時(shí)，策略性的知識(shí)更容易被遷移，因此努力提升課堂教學(xué)中學(xué)生思維的質(zhì)和量，才是概念教學(xué)的重難點(diǎn)。

三尺講臺(tái)，神圣無邊。講臺(tái)不是教師自編自演的舞臺(tái)，而是匠心獨(dú)運(yùn)為學(xué)生逐級(jí)搭建從“混沌”走向“科學(xué)”臺(tái)階的平臺(tái)。核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展并非一時(shí)之功，連小“階”成大“階”，學(xué)生尋“階”而上，最終構(gòu)建屬于每個(gè)學(xué)生自己的“物理大廈”。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯? ? 趙保鋼）