“学习进阶”理论视域下的课堂教学设计与实践

　　提高学生的科学素养是科学课程的宗旨，以核心概念来组织学习内容是科学课程改革的一大特点。为了使概念的建构有一个循序渐进的合理顺序，使其不断深入，近年来，“学习进阶”成为科学教育研究的新领域。目前，科学教育界对学习进阶的概念界定呈现多样化，比较典型的为“学习进阶是对一段时期内，儿童学习或者探究某主题时，其思维方式的连续且不断精致发展的描述”[1]。本文以浙教版《科学》八年级上册《大气压强》一课为例，尝试应用进阶理论分析该部分内容知识和能力的层次阶段，并通过相应的实践研究，期望对“学习进阶”理论在初中科学课堂教学的应用开发上有一定启发。

　　一、教材特点与教学现状

　　（一）教材编写突出主题 弱化了核心概念的产生或复合

　　浙教版初中科学教材将生命科学、物质科学、地球与空间科学作为一个整体来设计，教材的章节编写采用主题形式将各领域知识进行融合。“大气压强”概念属于物质科学领域，但由于天气变化与大气压有关，因此被安排在八年级上册第二章《天气与气候》第三节《大气的压强》，编者试图打通各领域概念“隔阂”，实现从“大气压强”到“天气与气候变化”的概念进阶。

　　与大气压强相关的核心概念是“压强”，“压强”是物质科学领域“运动和相互作用”的核心概念之一，固体压强、液体压强、大气压强、浮力等概念都由这个核心概念衍生，其中固体压强和液体压强的内容被教材编入七年级下册第三章《运动和力》。

　　（二）教师缺乏核心概念意识 忽视了学生思维的进阶发展

　　《初中科学课程标准（2011年版）》对该节的内容目标设计为：通过实验认识大气压的大小和方向，知道大气压的变化及其对生活的影响；活动建议为：用实验估测大气压的大小，显示大气压的方向。《科学教学参考书》中，该部分的教学目标为：1.能列举证明大气压存在的实验现象和生活现象，并能用大气压解释有关现象。2.能说出标准大气压的数值，说出测量大气压的工具：水银气压计和空盒气压计。比较课程标准和教参对该部分内容的要求，发现课程标准侧重于实验在建构这部分概念中的作用，而浙教版《科学》则更侧重于对现象的认识和解释，在大气压这一概念的深度上要求稍低，广度上要求更高。

　　通过教学调研，发现许多教师普遍存在如下问题：教学形式采用的大量实验缺乏层次性，学习内容缺乏梯度设计，没有按照逻辑顺序呈现，对以核心概念来组织学生的学习认识不足，忽视学生思维的进阶发展，不能生成系统的知识和技能。

　　二、学习进阶分析

　　浙教版《科学》八年级上册第二章《大气压强》之第一课时学习进阶全景图见图1。

　　学习进阶并非是每一名学生都遵循的同一认知进程，不同的学生以不同的思维路径抵达终点。构建学习进阶图可以让教学定位一目了然，让学生对核心概念的相关学习更加深入、更加贯通、更有关联性，减少对孤立事实和概念的记忆。

　　三、学习进阶视域下的“大气压强”教学设计与实践

　　环节一：重现原有知识经验 推测大气压强的存在

　　教师用矿泉水瓶演示如图2实验，问：看到了什么？这一现象说明什么？

　　教师在学生回答的基础上追问：液体压强产生的原因是什么？

　　（通过简单的演示实验，唤醒学生原有知识经验，巩固液体压强的特点和产生的原因，为后续内容的学习作好铺垫）

　　教师继续问：有什么办法可以让小孔中的水不流出？

　　教师根据学生回答，分别演示用手堵住小孔和盖上盖子，引导学生思考：盖上盖子的效果可以与用手堵的效果相同，那么瓶子的周围有什么存在呢？

　　（利用具体的演示实验，造成学生视觉上的冲击，引导学生进行抽象思维：在瓶的周围有一种物质像手一样堵住了小孔，使学生感受大气压强的存在，顺利踏上学习的阶梯）

　　教师引导学生寻找论据，应用科学思维进行推理：地球表面有大气，大气受重力作用且有流动性，则大气应该也有压强。

　　环节二： 证明大气压强的存在

　　进阶水平1：体会大气压强的存在。

　　教师用纸杯和纸片演示图3至图8所示的系列实验。

　　（1）演示图3，问：纸片为什么会掉？

　　（2）演示图4，问：纸片为什么不掉下来？并对纸片进行受力分析。

　　（3）演示图5，问：纸片为什么不掉下来？对纸片进行受力分析，得出推测：大气对纸有向上的托力。（有学生提出是因为水把纸片吸住，教师用大头针在杯底扎一小孔，空气进入杯中后纸片迅速下落）

　　（4）演示图6和图7，问：纸片也不掉下来，说明什么？

　　（5）演示图8，瓶吞鸡蛋对比实验。

　　（采用图3～5系列实验进行铺垫，并辅以实时的纸片受力情况分析，通过层层深入的引导，给学生的思维构建阶梯，让学生逐渐清晰地体会到大气对处于其中的物体会产生压强。再通过图5～8实验的组合，让学生认识到大气会向各个方向对处于其中的物体产生力的作用，完善知识结构，实现思维的进阶发展） 　　教师引导学生思考：为什么纸杯内未装水时纸会掉下，装水后纸就不会掉下？为什么瓶内空气受热后再冷却鸡蛋就掉入其中？

　　（师生共同分析实验原理，提炼实验中隐藏的科学方法，为下一活动的顺利开展在思维上做好点拨，为更高水平的学习铺好阶梯）

　　进阶水平2：设计实验证明大气压的存在，应用大气压知识解释现象。

　　材料：针筒、吸盘、矿泉水瓶、吸管、纸杯（内有矿泉水）、热水等。

　　学生利用以上材料，通过小组合作，设计证明大气压强存在的实验。

　　（利用生活用品进行实验，消除科学的神秘感，激发学生的创造性思维，巩固“大气压存在”的概念）

　　趣味活动：教师组织两个学生比赛用吸管吸相同体积的饮料，看谁吸得快（大个子学生用的吸管被剪了一个小孔）。

　　活动结果：大个子学生输给小个子学生后，发现吸管上有小孔，认为比赛作弊。

　　教师请大个子学生解释为什么吸管上有小孔就是作弊。

　　（由进阶水平1的观察、分析、获取概念，到进阶水平2的设计并完成实验验证、解释实验现象，实现能应用大气压知识对相关事物做出科学性的解释，实现在能力水平方面的提升，在科学方法上的进一步渗透）

　　进阶水平3：设计定量实验，测量大气压强。

　　在完成马德堡半球实验的教学之后，教师问：大气压很大，究竟有多大？如果给你一个量程足够大的测力计，你能否在现有材料（进阶水平2中所使用的材料）的基础上，完成对大气压大小的粗略测量？（提示：根据固体压强的计算公式p=F/S）

　　学生小组讨论：画出粗略测量大气压值的设计图，并说明实验的思路和计算方法。

　　汇报设计结果如图9或图10。

　　教师组织学生对设计结果在科学性和测量精确性方面进行评价，介绍科学史上人们对大气压值测量的研究和1个标准大气压值的大小。

　　（在进阶水平2的铺垫下，通过小组合作模式设计定量实验，提升到运用文字、符号、模型、公式等解释并概括探究过程和结果的进阶）

　　环节三：拓展延伸

　　教师引导学生联系液体压强的影响因素，分析大气压值随海拔高度的上升将会发生怎样的变化？

　　布置课后探究任务：利用生活中的常见材料设计实验证明大气压随高度的变化而变化。

　　四、教学启示

　　（一） 学习进阶有助于学生构建概念体系

　　国外研究者认为，以整合的概念体系为核心、围绕少数概念进行深入探究的进阶学习，能够有效改变其“广而浅”的科学学习现状，最终实现科学素养的发展[2]。本课例围绕“压强”这一核心概念，在“液体压强”的基础上，通过组织多个活动，在完成对“液体压强”概念重现的同时，引领学生深入探究“大气压强”，使学生形成完整的、系统的“压强”概念，改变了原有教材中因相关概念分布零散而导致的学生核心知识零碎和孤立的现象。

　　（二） 学习进阶有助于学生发展科学素养

　　科学教育应该从学生感兴趣并与他们生活相关的课题开始，逐步进展到掌握大概念。科学教育所有课程活动都应该致力于深化学生对科学概念的理解，同时应该考虑其他可能的目标。例如，科学态度和能力的培养。本课例中，教师首先对该课的学习目标进行分“阶”分析，学生活动的材料（如纸杯、针筒、吸盘挂钩等）均来自于学生熟悉的生活用品，从学生熟悉的事物、已有的知识经验出发，在完成对概念逐“阶”建构的同时，侧重于对学生科学思维能力的逐渐提升。构建学习进阶，能较好地呈现概念发展进程，符合学生认知发展规律，促进科学素养的连续一致发展。

　　（三） 学习进阶有助于学生跨越概念之“阶”

　　教学实践表明，学生在系列概念认知发展历程中，存在着概念之“阶”现象，从而成为教学难点。对课堂中“阶”的理解以及如何设计教学以促进学生跨越“阶”最能体现教师教学智慧。学生的经验概念是学生的一种“信念”，在教学中可以看作是活动的假设，教学过程则是不断对这个信念提供证据以证实或证伪的过程[3]。围绕“进阶”设计核心活动，有助于学生实现“阶”的跨越，也有助于教师在教学设计时找到抓手。

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