在问题情境中打造支架式物理课堂

王治国

（无锡市第六高级中学，江苏 无锡 214023）

随着新课改的不断推进，教师们逐渐形成这样的理念：在教学中应从问题中来，到问题中去.物理问题来源于生活，物理的学习可以通过在教师预设的问题情境中通过体验、实验、理论探究等自主建构.而问题情境的设置又应该和教学梯度相结合，以便帮助学生完成支架的搭建，达到预设的能力生成要求，即在撤去这种支架后学生已完成了教师所期望的某节课中知识和能力的自主建构.

1 理论依据

问题情境教学是指从学生认知水平、心理、情感需要出发，以比较现实的、有趣的问题或与学生已有知识相联系的问题引起学生的注意，让学生带着明确的目的去探究新知识，形成新技能，最终解决问题.

支架式教学是以前苏联著名心理学家维果斯基的“最近发展区”理论为依据的，是建构主义的一种教学模式.支架原本指建筑行业中使用的脚手架，在这里用来形象地描述一种教学方式：学生被看作是一座建筑，学生的“学”就是在不断地、积极地建构自身的过程；而教师的“教”则是为学生搭建一个必要的脚手架，支持学生不断地建构自己，通过支架作用不停地将学生的智力从一个水平引导到另一个更高的水平，不断发展认知能力.

支架式教学一般由以下几个环节组成：

（1）搭脚手架.围绕当前教学主题，按“最邻近发展区”的要求建立概念框架.

（2）进入情境.将学生引入一定的问题情境（概念框架中的某个节点）.

（3）独立探索.探索的内容包括：确定给定概念有关的各种属性，并将各种属性按其重要性的大小顺序进行排列.探索开始时，要先由教师引导启发（例如演示或介绍理解类似概念的过程），然后让学生自己去分析.探索过程中教师要适时加以提示，帮助学生沿着概念框架逐步攀升.起初的引导、帮助可以多一些，以后逐渐减少，而愈来愈多地放手让学生自己去探索，最后要争取做到无需教师引导，学生自己能在概念框架中继续攀升.

（4）协作学习.进行小组内的协商、讨论.讨论的结果又可能使原来确定的、与当前所学概念有关的属性增加或减少，各种属性的排列次序也可能逐渐变得明朗和一致起来.在共享集体思维成果的基础上达到对当前所学概念比较全面、正确的理解，即最终完成对所学知识的意义建构.

（5）效果评价.对学习效果的评价包括学生个人的自我评价和学习小组对个人的学习评价，评价内容包括：① 自主学习能力；② 对小组协作学习所作出的贡献；③是否完成对所学知识的意义建构.

在问题情景中，搭建支架的优势表现在如下几个方面.

（1）激发学习者的学习动力.有趣的问题能激发求知欲和内驱力，使学生进入问题探索者的“角色”，真正“卷入”学习活动之中，从而达到努力完成整个学习任务、掌握知识以及训练思维能力的目的.

（2）促进学习者自主学习.支架式教学将学习者置于一定的情境中来完成学习任务，随着支架的使用和淡出，学习者开始独立探索问题，在发现问题和以后自己解决问题的反复探索中，学习者不断地完成自主建构.

（3）引导学习者思维发展.创设条理清晰、合乎逻辑和学生认知心理特点的“阶梯式”或“分层式”的问题情境，引导学生由浅入深、一步步地进行深入的思考，最终抓住事物的本质.在这一过程中，既使学生理解了知识的内涵，又培养了学生良好的思维习惯，这对于培养学生思维的逻辑性和深刻性都有重要的意义.

在物理课堂中支架教学理论如何结合问题情境来进行教学呢？根据认知理论，物理课堂教学过程应该是以不断地提出问题并解决问题的方式来获取新知识的问题性思维过程.要解决问题首先要提出问题，因此，教师无论是在教学的整个过程中还是在教学过程中的某些微观环节，都应该十分重视问题情境的创设.应该注意的是教师在学生的学习过程中，要一方面思考“支架”的纵向要有利于教学过程的展开，“支架”的高度要符合学生的认识发展，并有利于学生攀爬支架，从一个发展区到另一个发展区.另一方面应思考不同“支架”的横向“扣件”的设计，即与之搭配的问题情境.教师需用不同层次、不同角度的问题帮助学生搭建学习支架.随着这些问题的不断解决，学生的学习就逐渐深入，能力不断得到发展.故而，“支架问题”应符合学生物理学习的认知规律，使之既具有结构性又关注细节与可操作性.

下面，笔者通过对高一物理必修课教学中“超重和失重”的课堂实例，作一介绍和说明.

2 案例背景

在生活经验方面，超重和失重现象虽然学生常常听说，但在实际生活中并不经常感受到，容易把生活中说的有些“超重”与物理学上的超重概念相混淆，把物理学上所指的失重误认为是物体“失去重力”.在理论方面，学生虽然已学过“牛顿第二定律”，对解决物体做匀变速直线运动的问题已有所了解，但对定律的运用还不是很熟练，从理论上自主地认识到超重、失重现象的运动学特征较困难.

3 案例情景

图1

支架1.（1）如图1所示，让学生快速提起用纸带穿过的重物，观察会发生的现象？学生发现当快速提起时纸带会断掉.由此教师引导学生说出这种情况下拉力大于物体的重力，然后引出超重的概念.（2）让学生手托自己身边的词典（或较重的书），快速向下运动，说出自己的感觉是什么？学生会回答说词典变轻了.由此教师引导学生说出这种情况下物体对手掌的压力小于物体的重力，然后引出失重的概念.

设计意图：通过创设源于生活的“体验式”的问题情景引入课题，激发学生的学习兴趣并为课堂教学搭建了直观的“情景型”支架，让学生明确概念，指明本节课的研究对象.

支架2.让学生思考问题“产生超重和失重的原因是什么？”“物体具体怎样运动会发生超重现象？怎样运动会发生失重现象？”组织学生通过数字实验室（包括力学传感器、计算机、钩码等）进行探究活动，完成表1所示的实验表格.

表1

根据学生完成的实验探究，师生结合实验表格和由实验画出的图像（见表2、图2、图3所示），得出超重、失重不是取决于物体的速度方向和速度大小，而是由物体的速度方向及速度的变化来共同决定的，最后引导学生认识到加速度的方向才是超重、失重的条件.

表2

设计意图：通过设置“操作型”的问题情境让学生有目的地进行自主探究，在教师的引导下得到实验结论，搭建“实验型”支架，初步认识产生超重、失重现象的条件.

支架3.教师组织学生一起讨论“水平方向的加速或减速运动会产生超重和失重吗？”“在超重、失重现象中是不是物体的重力发生了变化？”通过学生继续进行实验探究，使他们进一步明确超重、失重的概念及其产生的条件.

设计意图：创设“阶梯式”问题情境和“错误式”问题情境，调动了学生的学习积极性，从而进一步理解所学知识的内涵，避免学生仅仅顾名思义，对物理概念造成误解.

图2

图3

支架4.指导学生先一起从理论的角度进行分析，通过投影一步步用公式加以推导（如图4所示）.

然后进行巩固练习：质量为50kg的人站在升降机内的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的示数各是多少？（g＝10m／s2）

（1）升降机匀速上升；

（2）升降机以4m／s2的加速度加速上升；

（3）升降机以4m／s2的加速度减速上升.

设计意图：创设“生活型”和“理论型”的问题情境，帮助学生形成物理“建模”的思想，从“直观支架”过渡至“能力迁移支架”，引导学生用已学过的物理规律、知识来解决新的实际问题.

图4

支架5.设置游戏活动：怎样让自己在体重计上的示数减小？比比谁的最小？思考取胜的关键是什么？

设计意图：创设“开放式”问题情境，引导学生理论联系实际地进行探究性学习，让物理知识回归生活，从中提高学生的应用能力.

支架6.在支架4的巩固练习中补充追问：（4）如果升降机以重力加速度g加速下降，那么体重计的示数将是多少？这是一种什么情况？

通过讨论、分析，得到此时体重计的示数为0，也就是说，人对体重计的压力为0，从而引出“完全失重”的概念.

接着通过视频课件让学生欣赏宇宙空间站中完全失重环境下的种种奇妙景象.进而演示实验：让侧面戳有小孔的塑料瓶装满水，静止在空中，放开瓶盖上的小孔，水（为使现象明显可加些红墨水）从侧面两个小孔中喷出，然后将手指封住瓶盖上的小孔，让两位学生面对面站在瓶子落下较近的两侧，让学生们思考：“当我放开瓶盖上的小孔让瓶自由下落时，水会不会喷到他们两位的身上？”让学生在紧张、刺激的情景下加深感官体验同时加深对“完全失重”的认识.

设计意图：通过“阶梯式”和“生活型”的问题情境，寻求一般中的特殊问题，一方面发展学生的思维和想象力，一方面加深学生的真实体验，从远景到近景，进一步提升能力支架的高度.

支架7.让学生相互讨论，谈对“超重和失重”的认识，并要求解释本节课一开始“纸带拉重物”的实验现象，总结在实验中自己出现的问题以及自己在哪些方面的能力得到了提升.

设计意图：创设“辐射式”问题情境，构建知识体系，完成整节课的“封顶”工作.

4 效果评价与反思

从课堂的实际效果来看，通过搭建一系列的支架，有效地突破了教学的重点和难点，通过实验探究学生不仅较清楚地知道了超重、失重的概念，理解了超重、失重的条件，而且通过生活化的问题巩固了牛顿运动定律的应用，通过游戏体验尝试用理论知识解决生活中的实际问题，通过相互讨论引导学生们总结自己的学习成果，从而实现了承上启下、三维一体的教育教学目标.这节课教学的框架梳理如图5所示.

图5

众所周知，物理知识的学习应该是一个螺旋式上升的过程，“支架式”教学的出发点是“以人为本”、“以生为本”，本身就比较适合物理学科的教学.但在具体应用的时候，笔者认为应该注意如下几点：

（1）问题的梯度不能过大，应“小步推进”，过大的梯度无疑会“欲速则不达”，甚至造成学生的畏难情绪.

（2）问题的指向应该明确，提出的问题是准备帮助学生搭建相关的支架，在学生搭建支架的过程中可能会遇到什么问题，教师在预设时应该做到心中有数.

（3）从笔者个人的教学实践来看，“体验式”的问题情景适合搭建“背景”支架；“生活式”的问题情景适合搭建“直观”支架；“操作型”的问题情境适合搭建“实验型”支架；“理论型”加“阶梯式”的问题情境适合搭建“能力迁移”支架；“辐射式”问题情境相当于“撤去支架”，及时配合适当的问题情境进行教学，将会有效地提升教学效果.

1 李永翠.问题情境教学法在生物教学中的应用.教育革新，2006（6）：60－61

2 赵顺法.物理课堂教学中创设问题情境的研究.中学物理教学参考，2000（4）.

3 陈时见.课程与教学理论和课程与教学改革.桂林：广西师范大学出版社，1999.