郜建輝

（天津市紅橋區(qū)教師發(fā)展中心，天津 300131）

1 引言

我們知道，在中學(xué)物理中，力的概念不僅是力學(xué)知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)的重點和難點.準確把握力的概念是正確進行受力分析，掌握解決問題方法的關(guān)鍵所在.但是，有關(guān)力的概念學(xué)習(xí)不是一蹴而就的，它要經(jīng)歷一個循序漸進、由淺入深的認知過程，也要經(jīng)歷一個由簡單到復(fù)雜、由單一到綜合的訓(xùn)練過程.

布魯姆認為，人的認知發(fā)展水平從低到高依次為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造，并以金字塔的形式呈現(xiàn).［1］記憶、理解和應(yīng)用屬于低階思維，而分析、評價和創(chuàng)造屬于高階思維.對學(xué)生的物理學(xué)習(xí)而言，學(xué)習(xí)進階的過程是學(xué)生的學(xué)習(xí)從簡單到復(fù)雜，問題思考從膚淺到深入的過程.在這個過程中，姚建欣等教師從本質(zhì)論出發(fā)，認為學(xué)習(xí)進階能夠刻畫學(xué)習(xí)進程中特定心理結(jié)構(gòu)的變化水平；郭玉英等教師從方法論出發(fā)，通過關(guān)鍵錨點構(gòu)建了科學(xué)概念體系的進階模型；王磊等人從過程論出發(fā)，強調(diào)學(xué)習(xí)進階是貫通的連續(xù)統(tǒng)一，通過螺旋式探究或推理過程，能夠加深學(xué)生對問題解決的理解.［2］而對于中學(xué)物理中力概念學(xué)習(xí)的進階，從學(xué)生的角度出發(fā)，會出現(xiàn)不同能力的體現(xiàn).

2 力概念學(xué)習(xí)的能力分類

對于力概念學(xué)習(xí)的能力，從不同的角度進行分類自然會有不同的結(jié)果.如果從力學(xué)概念思維建立的進階角度講，可以分為基礎(chǔ)能力（低階能力）、中階能力、高階能力.所謂進階是以學(xué)生的學(xué)習(xí)為研究對象，“進”是描述學(xué)生的認知發(fā)展方向，而“階”則要指出發(fā)展過程中的關(guān)鍵點并提供對應(yīng)的解決方案，［3］如圖1所示.

圖1

2.1 基礎(chǔ)能力

基礎(chǔ)能力是指學(xué)生通過課堂教學(xué)所形成對力概念的最起碼認知和學(xué)習(xí)能力，它是對力的概念學(xué)習(xí)后的基本要求，主要包括對相關(guān)力概念的記憶、理解和應(yīng)用，屬于低階思維.

2.2 中階能力

中階能力是指在學(xué)習(xí)后，在對力概念記憶、理解和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，能夠做到對于較為復(fù)雜的情境中的力概念所要求的內(nèi)容進行多元化地理解與分析，進而解決相應(yīng)的問題.

2.3 高階能力

高階能力主要指創(chuàng)新能力、決策力和批判性思維能力，它與低、中階能力相比是認知思維結(jié)構(gòu)的差異，處于高階水平的學(xué)生更具復(fù)雜技能習(xí)得的潛力.［2］處于高階能力的學(xué)生對于力概念的把握，能在非常復(fù)雜的情境中進行準確地認知，并進行多元化地思考，全面、系統(tǒng)地處理問題，它是高階思維的體現(xiàn).

3 力概念學(xué)習(xí)進階的“問題鏈”設(shè)計

通過長期的教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生有關(guān)力概念的學(xué)習(xí)進階通過“問題鏈”的形式很容易實現(xiàn).所謂“問題鏈”就是基于中學(xué)物理中有關(guān)力概念認知的相關(guān)要求，將若干個具有共同屬性和本質(zhì)特征的、內(nèi)容要求相近的問題組合在一起，問題之間環(huán)環(huán)相扣、層層遞進、前后呼應(yīng)，讓問題之間具有較強的邏輯性和遞進性.通過這些問題的設(shè)計形成學(xué)生對力的概念知識的理解和重構(gòu)，使學(xué)生的分析能力和科學(xué)思維得以調(diào)動，達到學(xué)習(xí)進階的目的.下面，以中學(xué)物理中“摩擦力”的學(xué)習(xí)進階為例，簡單闡述力概念學(xué)習(xí)進階的模型設(shè)計與應(yīng)用.

3.1 力概念學(xué)習(xí)進階的“問題鏈”模型

《教育大辭典》中認為模型是原系統(tǒng)的一種簡化、抽象和類比的表示，不包括原系統(tǒng)的全部特征，但能集中表現(xiàn)出它的本質(zhì)特征.這個定義主要關(guān)注的是模型對所表征對象本質(zhì)特征的反映.［4］由此可見，模型是對某一類對象具有相似性的系統(tǒng)，但相似的點各不相同.所以，對于力概念學(xué)習(xí)進階的“問題鏈”模型而言，它必須可以反映至少“一類力的概念”或“幾類力的概念”在學(xué)習(xí)進階過程中的本質(zhì)特征和共同屬性.故此，基于前文對力概念學(xué)習(xí)的能力分類，建立了如圖2所示的模型，旨在確定力概念學(xué)習(xí)進階過程中“問題鏈”在基礎(chǔ)能力（低階能力）、中階能力、高階能力中定位問題內(nèi)容的選擇，以及在進階過程中的難度把握和進階路徑.

圖2

3.2 力概念學(xué)習(xí)進階中“問題鏈”的應(yīng)用

物理學(xué)是自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學(xué)科，基于“自然科學(xué)”一般性研究規(guī)律、映射在中學(xué)物理教學(xué)中，物理教學(xué)及學(xué)習(xí)的本質(zhì)就是物理問題“發(fā)現(xiàn)→分析→解決”的過程，隨著物理問題難度的增加，學(xué)生物理水平也隨之提升，這一學(xué)科規(guī)律為“問題鏈”的構(gòu)建與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).［5］因此，教師應(yīng)在學(xué)生物理學(xué)習(xí)過程中，基于知識內(nèi)容學(xué)習(xí)的重難點和易錯點，有指向性地創(chuàng)設(shè)知識內(nèi)容要求的“問題鏈”，形成不斷進階的思維提升.這樣，可以避免學(xué)生走彎路.例如，在對摩擦力概念的理解、應(yīng)用與分析、評價中，通過“問題鏈”設(shè)計，可以形成學(xué)生對概念從基礎(chǔ)能力（低階能力）到中階能力，再到高階能力的學(xué)習(xí)進階.

3.2.1 在同一情境中實現(xiàn)從基礎(chǔ)能力到中階能力的進階

在中學(xué)物理力學(xué)知識中，力的概念學(xué)習(xí)就是學(xué)生終身發(fā)展必備的核心概念內(nèi)容.《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課標》）明確提出，高中物理課程在結(jié)構(gòu)上注重為全體學(xué)生打好共同基礎(chǔ)，精選學(xué)生終身發(fā)展必備的核心概念和科學(xué)實踐作為必修模塊內(nèi)容；要創(chuàng)造一個目標明確，主體多元，方法多樣，既重視結(jié)果又重視過程的物理評價體系.［6］在《課標》中對于摩擦力概念的要求是能夠認知摩擦力，也就是說要知道摩擦力的定義、產(chǎn)生條件、大小決定因素及定量分析等.所以，對于摩擦力概念的基礎(chǔ)能力要求就是通過記憶認識摩擦力，并通過解釋、比較、推斷等方式理解摩擦力；對中階能力則要求通過在熟知的情境中，對摩擦力進行理解和分析，實現(xiàn)對摩擦力的應(yīng)用與利用.由此可知，我們可以創(chuàng)設(shè)一個情境，通過基礎(chǔ)能力要求下的若干“簡單小問題”與中階能力要求下的若干“較復(fù)雜問題”之間關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)摩擦力概念從基礎(chǔ)能力到中階能力的學(xué)習(xí)進階.

（1）基礎(chǔ)能力的“問題鏈”.布魯姆的教育目標分類法把教育目標分為三大領(lǐng)域，即認知領(lǐng)域、情感領(lǐng)域和動作技能領(lǐng)域.在認知領(lǐng)域中他把知道（記憶）、領(lǐng)會（理解）和應(yīng)用作為低階思維，也就是前文提到的基礎(chǔ)能力.對于摩擦力的概念而言，要求學(xué)生能夠認識并記憶摩擦力概念的具體知識內(nèi)容或在抽象情境中對其知識進行辨認和識別，然后進行初步地、表淺地解釋和描述，達到基礎(chǔ)能力的指標.依此，教師可根據(jù)這一要求進行相關(guān)內(nèi)容的“問題鏈”設(shè)計，如例1所示.

例1.如圖3所示，將一木塊放在光滑的水平面上，用一個大小為50 N、水平向右的力推木塊，則木

圖3

塊所受到的摩擦力的大小是多少？若將光滑的水平面換成一塊表面粗糙的長木板，仍用大小50 N、水平向右的力推木塊，并使木塊沿直線勻速運動，則木塊所受到的摩擦力的大小是多少？方向如何？

本題中，以一個簡單的物體運動模型作為情境，對學(xué)生在摩擦力概念學(xué)習(xí)過程中的相關(guān)知識內(nèi)容進行簡單的回憶和陳述，并將摩擦力的產(chǎn)生條件、大小、方向等內(nèi)容設(shè)計為“問題鏈”，通過單一邏輯的記憶思維串聯(lián)在一起，實現(xiàn)摩擦力概念的最基礎(chǔ)的認知.這樣，學(xué)生極容易回答出在光滑的水平面上木塊不受摩擦力，大小為0；在表面粗糙的長木板上因做勻速直線運動，摩擦力與推力F是一對平衡力，因此，摩擦力大小是50 N，方向水平向左.

（2）中階能力的“問題鏈”.對于摩擦力的概念而言，中階能力則要求學(xué)生能夠?qū)δΣ亮Ω拍畹木唧w知識內(nèi)容在回憶和陳述的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)實的情境中有關(guān)摩擦力的問題進行解釋或推斷，正確地把抽象概念運用于適當?shù)那榫?，形成對概念?nèi)容初步的直接應(yīng)用和說明.如此，教師的教學(xué)活動也應(yīng)圍繞著教學(xué)的重點、難點、薄弱點、疑點和易錯點展開，并有指向性地進行“問題鏈”設(shè)計，“誘使”學(xué)生暴露出知識薄弱的地方和錯誤的認識，教師依據(jù)學(xué)生出現(xiàn)的問題給以指導(dǎo)，讓學(xué)生在糾錯中獲得真知，提升思維，［7］如例2所示.

例2.小明在超市購物，他用大小為50 N、水平向右的力推著購物車沿直線勻速向前運動，則購物車所受摩擦力的大小和方向如何？在行進過程中，一個小孩突然從旁邊向購物車的前方跑來.為了避免撞到小孩，小明趕緊用85 N、水平向左的力向后拉購物車.則拉的瞬間，購物車所受摩擦力的大小和方向如何？此時，購物車所受的合力的大小和方向如何？如圖4所示.

圖4

本題中，將在超市中推購物車這個同學(xué)們熟悉的情境作為原始物理問題，基于摩擦力概念的內(nèi)容要求，將受力分析、平衡力與平衡態(tài)、力的合成等內(nèi)容在同一情境中形成 “問題鏈”，促使學(xué)生在多元復(fù)雜的內(nèi)容中進行思考.進而通過分析與比較，對概念間多元的相互關(guān)系更加明確，情境結(jié)構(gòu)更為清晰，提高運用基礎(chǔ)理論和基本原理正確闡述問題的能力，達到對摩擦力概念內(nèi)容的多元化理解與分析.由此，學(xué)生在處理該問題時，先是根據(jù)題目中“用大小為50 N、水平向右的力推著購物車沿直線勻速向前運動”的描述，基于對摩擦力概念基礎(chǔ)能力的掌握，輕松地回答購物車所受摩擦力的大小為50 N，方向水平向左.但當問及“為了避免撞到小孩，小明向后拉購物車的瞬間，購物車所受摩擦力的大小和方向”時，就會出現(xiàn)學(xué)生分層.能力強的同學(xué)會分析，小明向后拉購物車的瞬間，購物車由于具有慣性，依然會向前做減速運動，并基于摩擦力概念中影響滑動摩擦力大小的因素未發(fā)生改變，判斷摩擦力的大小仍是50 N，方向仍水平向左，進而可知，合力的大小135 N，方向水平向左.但對于能力較差的同學(xué)，這個“臺階”的跨度比較大，會有難以“邁”上去的感覺，這就需要教師精心設(shè)計問題，形成“問題鏈”的無斷點貫通，實現(xiàn)學(xué)生從基礎(chǔ)能力到中階能力的學(xué)習(xí)進階.

（3）從基礎(chǔ)能力到中階能力進階的無斷點貫通.基礎(chǔ)能力是對摩擦力概念的認識和記憶，或在情境中對其知識內(nèi)容進行辨認和識別，然后進行初步地、表淺地解釋和描述.而中階能力則是對現(xiàn)實的情境中有關(guān)摩擦力的物理原始問題利用摩擦力概念知識進行解釋或推斷，并通過分析、綜合地運用知識解決實際問題，當然這里說的是初步的直接應(yīng)用，而不是全面的、系統(tǒng)的認知.即便如此，對于能力較差的學(xué)生而言，其難度也是蠻高的，這就需要在兩者之間，借助某些承上啟下的內(nèi)容加以貫通，形成“無斷點的問題鏈”.

前文例1與例2之間的“斷點”在于例1是在抽象的模型情境中對摩擦力概念的認知，學(xué)生只需利用記憶中內(nèi)容就可完成，而例2是在真實的情境中利用物理原始問題對摩擦力概念進行認知，它需要理解與分析，并多元化地思考問題.如果在兩者之間加入一個問題，在抽象模型情境和真實情境之間起到鏈接作用，也就形成了從基礎(chǔ)能力到中階能力的學(xué)習(xí)進階了.所以，我們可以嘗試在例1的基礎(chǔ)上加一個如例3的問題.

例3.在表面粗糙的長木板上，用大小50 N、水平向右的力推木塊，并使木塊沿直線勻速運動，則木塊所受到的摩擦力的大小是多少？方向如何？若使該木塊向前做減速運動，木塊所受到的摩擦力的大小是多少？方向如何？則水平向右推木塊的力是大于50 N還是小于50 N？

這樣一來，同學(xué)們就可以從習(xí)慣的平衡態(tài)（勻速直線運動）跳脫出來，在變速運動中認識滑動摩擦力的大小只由正壓力和摩擦因數(shù)決定.由此，再處理“小明向后拉購物車的瞬間，購物車所受摩擦力的大小和方向”時就會有變速運動的模型做基礎(chǔ)，實現(xiàn)分析問題的能力進階.

3.2.2 在不同情境中實現(xiàn)從中階能力到高階能力的進階

布魯姆的教育目標分類法將明確各概念間的相互關(guān)系、清晰其組織結(jié)構(gòu)的分析能力，在分析的基礎(chǔ)上對概念內(nèi)容理解進行重組，創(chuàng)造性地解決問題的綜合能力，以及通過理性深刻地對事物本質(zhì)價值作出判斷的評價能力作為學(xué)習(xí)模型中的高階思維內(nèi)容，也就是前文提到的高階能力.對于認知摩擦力的概念訓(xùn)練而言，實現(xiàn)從中階能力到高階能力的學(xué)習(xí)進階，需要教師引導(dǎo)學(xué)生從單一情境中對摩擦力概念的多元認知提升至在多元復(fù)雜情境中對摩擦力概念的多元認知.只有這樣，才能使學(xué)生基于問題情境，從內(nèi)在的需求出發(fā)，并以此為“內(nèi)驅(qū)力”，對概念本身進行多角度、多維度、多元化地判斷與評價，體現(xiàn)其高階能力.因為，“問題情境”中的“境”，是抽象模型或客觀環(huán)境，“情”則是人的主觀心理.通過引發(fā)學(xué)生的認知沖突，使學(xué)生面臨某個迫切需要解決的問題，激起學(xué)生疑惑、驚奇、詫異的情感，進而產(chǎn)生一種積極探究的愿望，引起積極思維.［8］就摩擦力概念的學(xué)習(xí)進階訓(xùn)練而言，我們可以在例2的基礎(chǔ)上，加入例4的內(nèi)容，實現(xiàn)學(xué)生對摩擦力概念內(nèi)容的分析、判斷、評價，體現(xiàn)高階能力.

例4.如圖5所示，將質(zhì)地和形狀均勻、質(zhì)量為m的木棒頂端系一細繩，并與水平地面成θ夾角，吊起靜止不動.甲木棒的細繩拉力方向垂直于水平面，乙木棒的細繩拉力方向垂直于木棒，則它們與地面之間是否存在摩擦力？大小、方向如何？若如圖6所示，該木棒受到細繩的拉力方向始終保持與地面成θ角，從左向右沿直線勻速拖動木棒（木棒始終未離開地面），則木棒與地面之間是否存在摩擦力？大小、方向如何？

圖5

圖6

在本題中，將摩擦力概念認知的相關(guān)內(nèi)容置于一個復(fù)雜的受力分析情境中，通過與其他力的概念相互關(guān)聯(lián)，處理摩擦力的相關(guān)內(nèi)容.同時，利用多元化的情境設(shè)置（靜與動結(jié)合、豎直與傾斜結(jié)合、多種性質(zhì)力結(jié)合、合力與分力結(jié)合等等），構(gòu)成了對摩擦力認知的多角度、多維度的“問題鏈”，以此訓(xùn)練學(xué)生們在復(fù)雜情境中對摩擦力多元化地分析與判斷的高階能力.這樣的“問題鏈”形成了一組有序獨立、遞進又有關(guān)聯(lián)的問題，學(xué)生在分析判斷過程中，將知識和技能在解決問題中重新建構(gòu)，使學(xué)習(xí)認知能力得以提升.

杜威認為思維不是自然發(fā)生的.思維的過程是由問題、困惑等引發(fā)、維持和引導(dǎo)的.如果在教學(xué)中把問題作為思維主線，通過一系列問題不斷地深入引領(lǐng)學(xué)生由淺入深進行分析和推理，在逐步解決問題的過程中就可拉長學(xué)生的思維長度.［9］在例4中，將圖5的情境作為中階能力與高階能力之間的進階過渡，完成了同學(xué)們對摩擦力概念認知從單一情境到復(fù)雜情境轉(zhuǎn)變的過程，有效實現(xiàn)了學(xué)習(xí)的進階.通過對圖5甲木棒的受力分析，進而判斷出，木棒雖然有因重力作用看似存在向左滑倒的運動趨勢，好像存在著水平向右的靜摩擦力.但由于木棒處于靜止狀態(tài)，在豎直方向上受到的所有力已經(jīng)是平衡的（如圖7所示），水平方向沒有一個力與這個所謂的靜摩擦力平衡.因此，木棒不會受到水平地面施加的摩擦力，它只是同學(xué)們的主觀認為罷了.這樣，很好地訓(xùn)練了同學(xué)們對摩擦力概念的分析能力.在此基礎(chǔ)上，同學(xué)們就完全能夠適應(yīng)乙圖復(fù)雜情境中，從力平衡角度把握摩擦力概念的認知了.通過對細繩拉力T進行正交分解可知，乙木棒在水平方向上相對于水平地面向左滑倒的運動趨勢所產(chǎn)生的靜摩擦力，由細繩拉力T的一個分力與之平衡，達到了在水平方向上的平衡（如圖8所示）.故此，乙木棒在水平方向上存在著一個水平向右的靜摩擦力，大小等于細繩拉力T的一個分力T cosθ.可見，對于摩擦力的概念認知通過圖5甲的進階訓(xùn)練，可以達到圖5乙的高階能力體現(xiàn).

圖7

圖8

對于圖6的情境而言，則是將對摩擦力概念在靜態(tài)中的復(fù)雜分析轉(zhuǎn)移到了動態(tài).基于對圖5中乙木棒的分析，學(xué)生完全可以對這種動態(tài)的情境進行把控，體現(xiàn)了摩擦力概念學(xué)習(xí)中的高階能力.由圖6的題意可知，木棒勻速滑動，自然是處于平衡態(tài).故此，木棒在水平方向和豎直方向上的受力情況也都會是平衡的.木棒在水平方向上相對于水平地面向右滑動所產(chǎn)生的滑動摩擦力，自然會由細繩拉力T的一個分力與之平衡（如圖9所示）.因此，乙木棒在水平方向上存在著一個水平向左的滑動摩擦力，大小等于細繩拉力T的一個分力T cosθ.

圖9

綜上所述，通過例1的基礎(chǔ)能力“問題鏈”，學(xué)生們可以有效掌握摩擦力概念的相關(guān)內(nèi)容，并在一個比較簡單的情境或抽象的簡單模型中對摩擦力概念的內(nèi)容進行回憶與理解.通過例2的中階能力“問題鏈”，部分學(xué)生可以做到對摩擦力概念在一個較為復(fù)雜的實際情境中進行理解和分析，達到對摩擦力概念的中階能力體現(xiàn).為了使大多數(shù)學(xué)生能夠具備對摩擦力概念學(xué)習(xí)的中階能力，例3的問題很好地實現(xiàn)了問題從基礎(chǔ)能力到中階能力的過渡，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)的進階.在例4中，3個問題的設(shè)置，有效地構(gòu)成了體現(xiàn)高階能力的“問題鏈”.同時，圖5甲木棒的情境又完成了摩擦力概念學(xué)習(xí)從中階能力到高階能力的過渡.這樣一來，學(xué)生們在基礎(chǔ)能力“問題鏈”（例1）的訓(xùn)練后通過進階內(nèi)容（例3）過渡到中階能力“問題鏈”（例2）的訓(xùn)練，再到高階能力“問題鏈”（例4）的訓(xùn)練，實現(xiàn)了“無斷點貫通”，系統(tǒng)完成了整個摩擦力概念的學(xué)習(xí).由此看來，對于摩擦力概念的學(xué)習(xí)，可以通過串聯(lián)每一個能力階段的具體要求“問題鏈”，形成一個不同能力要求的“組鏈”，完成學(xué)習(xí)進階訓(xùn)練，有效實現(xiàn)對摩擦力概念的把控.

4 結(jié)束語

隨著教學(xué)改革的不斷深化，以“問題鏈”的方式強化物理概念的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，可以做到把思考還給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，進而發(fā)展學(xué)生的高階思維能力.因為，物理學(xué)科在探索自然和建構(gòu)理論體系過程中運用的典型思維方式，也是學(xué)生學(xué)習(xí)和運用物理知識和方法的過程中必備的思維能力.［10］教師應(yīng)當基于生源特點和教學(xué)內(nèi)容要求，有意識地設(shè)計一些為學(xué)生學(xué)習(xí)服務(wù)的“問題鏈”引導(dǎo)學(xué)生，幫助學(xué)生從低階能力走向高階能力.