張鈞南 熊華

【內(nèi)容摘要】本文通過(guò)理論分析得出可視化教學(xué)符合中學(xué)生認(rèn)知發(fā)展客觀規(guī)律，有利于突破浮力難點(diǎn)。作者用可視化教學(xué)示例進(jìn)行展示如何通過(guò)各種可視化工具和手段轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤的前概念，建構(gòu)科學(xué)圖式（認(rèn)知結(jié)構(gòu)），從而突破難點(diǎn)，促進(jìn)教與學(xué)。

【關(guān)鍵詞】可視化浮力教學(xué)難點(diǎn)前概念建構(gòu)主義

掌握浮力這一節(jié)內(nèi)容，要求學(xué)生具有較高的想象能力和抽象思維能力，對(duì)于思維基本處在具體運(yùn)算階段和前運(yùn)算階段的八年級(jí)學(xué)生而言仍會(huì)存在難度?？梢暬虒W(xué)的特點(diǎn)是將抽象內(nèi)容以直觀的圖形、圖像等方式呈現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)可視化教學(xué)以學(xué)生為中心，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)形象直觀的可視化情境，使思維過(guò)程、教學(xué)過(guò)程可視化、清晰化。讓他們從中主動(dòng)去探究、分析、獲取直接經(jīng)驗(yàn)和轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤前概念，完善科學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而有效突破教學(xué)難點(diǎn)。

一、可視化在突破浮力難點(diǎn)中的價(jià)值

1.浮力教學(xué)難點(diǎn)分析

浮力相關(guān)問(wèn)題要求學(xué)生具有較高的想象能力和抽象思維能力。同時(shí)，對(duì)學(xué)生的重力、二力合成、二力平衡、液體壓強(qiáng)等知識(shí)的綜合運(yùn)用能力要求較高。因此，學(xué)生有很多思維障礙。此外，學(xué)生對(duì)浮力有不少前概念，而其中有一些錯(cuò)誤的前概念會(huì)被用以解釋新學(xué)知識(shí)和現(xiàn)象，造成知識(shí)干擾，產(chǎn)生負(fù)遷移。比如，有學(xué)生根據(jù)物體放入水中就變輕了這一生活經(jīng)歷，對(duì)浮力產(chǎn)生的原因形成前概念：只要浸在液體中，物體就有浮力。

2.可視化有利于建構(gòu)科學(xué)圖式

按照皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段，他們的思維大多處在具體運(yùn)算階段和前運(yùn)算階段。即對(duì)物理知識(shí)的分析、判斷、理解需要依靠實(shí)物?？梢暬虒W(xué)將抽象知識(shí)表征為圖形圖像等，將復(fù)雜的現(xiàn)象、過(guò)程、成因等直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，符合中學(xué)生的思維發(fā)展特點(diǎn)。同時(shí)，學(xué)生利用可視化工具將自己的思維可視化，有利于學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)思維評(píng)價(jià)。

皮亞杰的建構(gòu)主義理論認(rèn)為最重要概念是圖式，圖式是指?jìng)€(gè)體對(duì)世界的知覺理解和思考的方式。圖式的形成和變化是認(rèn)知發(fā)展的實(shí)質(zhì)，認(rèn)知發(fā)展受三個(gè)過(guò)程的影響：同化、順化和平衡。18世紀(jì)波斯納等人提出概念轉(zhuǎn)變首要條件就是學(xué)習(xí)者由于對(duì)當(dāng)前概念產(chǎn)生不滿，從而引發(fā)沖突?？梢暬虒W(xué)通過(guò)具體、形象、生動(dòng)的圖像、情境最能激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，勾起求知欲和好奇心，產(chǎn)生疑問(wèn)。最后，通過(guò)評(píng)價(jià)及點(diǎn)撥實(shí)現(xiàn)前概念到科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變，打破原有的認(rèn)知平衡，建立科學(xué)圖式。

二、可視化教學(xué)突破教學(xué)難點(diǎn)的教學(xué)流程示例

1.可視化教學(xué)突破浮力基本概念

浮力的方向

[教師]演示自制可視化裝置如圖1。

[教師]請(qǐng)同學(xué)們完成小組任務(wù)：

（1）請(qǐng)對(duì)學(xué)案圖中靜止在水中的小球進(jìn)行受力分析。

（2）受力分析圖上能找出平衡力嗎，這一對(duì)平衡力的方向分別是？

（3）通過(guò)圖像對(duì)比和受力分析，你認(rèn)為浮力的方向是？

[學(xué)生]通過(guò)對(duì)小球受力分析，發(fā)現(xiàn)其重力和浮力是一對(duì)平衡力。由二力平衡條件方向相反可知浮力的方向與重力相反。之前已學(xué)重力的方向總是豎直向下。結(jié)合觀察到的現(xiàn)象，可以肯定浮力的方向總是豎直向上。

[設(shè)計(jì)意圖]古語(yǔ)云：以其所知，喻其不知，使其知之。本節(jié)課前，學(xué)生已知重力的方向總是豎直向上。通過(guò)新舊知識(shí)對(duì)比，利用知識(shí)可視化、思維可視化及知識(shí)的正遷移，讓學(xué)生很直觀并明確地知道浮力的方向總是豎直向上。

2.可視化教學(xué)突破浮力產(chǎn)生的原因

[環(huán)節(jié)一]浮力產(chǎn)生的原因

[教師]將學(xué)生課前錄制的微課分享給學(xué)生，部分內(nèi)容如圖2：

[學(xué)生]學(xué)生通過(guò)板貼的形式板書如圖3。講解如下：因?yàn)橥N液體同一深度壓強(qiáng)相等，所以前后左右四個(gè)側(cè)面所受壓力F合=0N。因?yàn)樯疃萮2大于深度h1，所以向上的壓強(qiáng)P向上大于向下的壓強(qiáng)P向下。受力面積相同，也就有向上的壓力F向上大于向下的壓力F向下。而浮力就是這兩個(gè)壓力的差值，即F浮=F向上-F向下（壓力差法）。浮力產(chǎn)生原因是液體對(duì)物體向上和向下的壓力存在差值。

[設(shè)計(jì)意圖]通過(guò)學(xué)生的微課，用學(xué)生的視角去解釋和理解浮力產(chǎn)生的原因。同時(shí)，利用可視化板貼，進(jìn)行思維可視化。其中，板貼的形式多樣，有分不同的顏色，大小等。這能讓其他的學(xué)生能夠清楚地體會(huì)其中的思維演繹過(guò)程，并得出正確的理解和結(jié)論。根據(jù)學(xué)生板貼的選擇和擺放對(duì)學(xué)生的思維進(jìn)行評(píng)價(jià)，利于老師快速找出盲點(diǎn)，及時(shí)點(diǎn)撥。

[環(huán)節(jié)二]深化理解浮力產(chǎn)生的原因，轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤前概念。

[教師]演示如圖4。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，將乒乓球放入瓶?jī)?nèi)，向瓶里倒水，乒乓球不浮起。但將瓶下口堵住，乒乓球浮起來(lái)了。請(qǐng)思考：為什么乒乓球在水中浮不起來(lái)，蓋上蓋子后又浮起來(lái)了？

[教師]拓展提問(wèn)：橋墩有沒有受到浮力呢？

[設(shè)計(jì)意圖]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生都有“只要物體浸在液體中就有浮力”這一錯(cuò)誤前概念。原因是對(duì)浮力的產(chǎn)生原因理解不夠深刻，認(rèn)知不夠完善。這一環(huán)節(jié)通過(guò)創(chuàng)設(shè)一個(gè)神奇卻又看似矛盾的可視化情境，讓學(xué)生原有認(rèn)知產(chǎn)生激烈的沖突，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。再通過(guò)兩幅圖像的對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生思考緣由。以此打破學(xué)生原有平衡，使原認(rèn)知結(jié)構(gòu)（圖式）經(jīng)歷順化和再平衡，達(dá)到突破難點(diǎn)的目標(biāo)。最后，通過(guò)拓展提問(wèn)，再次深化理解，鞏固新建立的認(rèn)知平衡。

三、關(guān)于可視化教學(xué)的幾點(diǎn)反思

1.可視化教學(xué)有利于學(xué)生構(gòu)建科學(xué)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)（圖式）

布魯納提出了知識(shí)通過(guò)動(dòng)作表征、映像表征、符號(hào)表征三種認(rèn)知表征能讓學(xué)生更好地接受。而可視化教學(xué)中正是使用其中多種表征方法，對(duì)學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣和模式是極其吻合的。在可視化教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)可視化工具或手段進(jìn)行分享就是對(duì)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的一種評(píng)價(jià)和完善的過(guò)程。

2.需要多創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)可視化情境

建構(gòu)主義理論的內(nèi)容很豐富，但其核心只用一句話就可以概括：以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和對(duì)所學(xué)知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)。知識(shí)不是通過(guò)教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情景中，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義建構(gòu)的方式得到。而獲得知識(shí)的多少取決于學(xué)習(xí)者根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)去建構(gòu)有關(guān)知識(shí)的意義的能力。所以，在可視化教學(xué)中，教師不能直接將知識(shí)拋給學(xué)生，而是多創(chuàng)設(shè)可視化情境，讓學(xué)習(xí)者主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和探索，獲取直接經(jīng)驗(yàn)，建構(gòu)完善的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。這樣才能將主動(dòng)權(quán)交還給學(xué)生，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

3.需注重及時(shí)對(duì)學(xué)生的思維可視化進(jìn)行評(píng)價(jià)

在可視化教學(xué)中，要想達(dá)到良好的教學(xué)效果，需要注重思維可視化的評(píng)價(jià)。教學(xué)活動(dòng)中通過(guò)可視化工具（實(shí)物、視頻、板貼等），將學(xué)生的思考方法和路徑呈現(xiàn)出來(lái)，教師需及時(shí)點(diǎn)撥，幫助學(xué)生完善思維，構(gòu)建科學(xué)圖式。如“浮力產(chǎn)生原因”的教學(xué)過(guò)程示例中，板貼對(duì)箭頭的大小和顏色都進(jìn)行了區(qū)分。如果學(xué)生沒有重視“上下表面壓力差”，就不懂得用不同大小的箭頭符號(hào)去表示。這時(shí)，教師可及時(shí)評(píng)價(jià)和反饋，引起學(xué)生重視。與此同時(shí)，也要鼓勵(lì)學(xué)生多運(yùn)用聯(lián)想創(chuàng)新的思維評(píng)價(jià)工具（思維導(dǎo)圖等）進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，不斷提高思維水平，完善圖式。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡炳元.物理課程與教學(xué)論[M].浙江教育出版社，2003.

[2]侯新杰.科學(xué)教學(xué)的建構(gòu)主義方法[J].全球教育展望，2001（10）：25-31.

（作者單位：1.深圳市龍崗區(qū)仙田外國(guó)語(yǔ)學(xué)校;2.深圳市龍崗區(qū)教研室）