基于衔接与进阶的物理学习活动设计——以“初识电路”学习活动设计为例

申 洁

(苏州市振华中学校,江苏 苏州 215006)

1 背景

笔者所在学校自2015年9月开始,进行了“小初学段课程衔接实验项目研究”．小初学段课程衔接是指整合小学六年级学习内容,设计以体验性为主要特征的初中先导性课程学习内容,如在七年级将初中物理课程相关内容设计成“科学”课程进行学习先导,注重课程学习活动的设计,体现“衔接·进阶·融通”的学习活动特征,以帮助学生在学科课程学习上实现小初学段的无缝对接．

如何让小学、初中阶段学生的科学素养得以衔接,物理课程学习如何落实循序渐进和螺旋上升,关注初中学生物理课程学习的衔接与进阶,并设计与之相适应的物理学习活动,是面向学生核心素养提升的物理教学值得探索的方向．本文以“初识电路”学习活动设计为例,重点阐述基于衔接与进阶的物理学习活动设计．

2 活动设计

“学科知识和技能的衔接,是课程衔接的‘基础语法’; 但不应仅止于此,还应树立新的衔接观,在建构式学习中营构课程衔接的生态场”[1]．进入初中阶段的学生,在自主独立意识、发现和探索自我、思维的独立性和批判性等方面逐渐增强,但心理年龄仍处于较幼稚阶段,自觉性与自主性相互交织．因此,课程衔接内容及学习活动设计应充分尊重学生的认知规律及身心成长特点．作为七年级先导的“科学”课程物理部分,更多的体现在如何凸现物理思维拓展与学习进阶的活动设计上,让学生在活动过程中体验,在活动参与中学习,在思维拓展与进阶中提升学科核心素养．

2.1 情境体验

《义务教育小学科学课程标准(2017年版)》指出:“将科学本质、科学思想、科学知识、科学方法等学习内容镶嵌在儿童喜闻乐见的科学主题中,创设愉快的教学氛围,保护学生的好奇心和求知欲,激发学生学习科学的兴趣,引导学生主动探究,积累生活经验,增强课程的意义性和趣味性”．[2]基于此,七年级先导的“科学”课程物理部分内容学习,尤其注重情境体验,在教学过程中提供给学生丰富的可视化体验,让学生通过视觉体验,从现象的情境状态进入问题的思维状态．“初识电路”学习活动正是从情境体验开始的．

首先,提供电路元件中最常见的灯泡模型,并让灯泡模型亮起来．启发学生观察灯泡模型的结构以及与电源相连接的线路特征,让学生获得“电路”的感性认识．

其次,为增强学生对灯泡模型的视觉体验效果,笔者专门自制了大尺度的灯泡模型教具,如图1,以增强模型的形象直观效应,吸引学生的注意力,激发学生探究电路的兴趣．

图1

再则,情境体验的深层次意图在于为学生提供特定的问题思维空间,使学生顺利进入真实物理现象表达和物理思维交流的特定学习氛围之中．

2.2 问题驱动

“科学探究涉及提出问题、猜想与假设、设计实验与制定计划、进行实验与证据、分析与论证、评估、交流与合作等要素”[3]．有意义的学习一定是伴随着问题驱动而进行的,很多时候问题比答案更有价值,好的问题可能会开启一扇门,还会打开另一扇窗,提供给学生新的学习进阶挑战机会,激励学生去探索和思考,开启并达成更高阶的学习目标．

第一,提出基于真实情境的问题．真实情境中潜藏着科学性问题,具备基于证据和逻辑的着眼点,具有深度学习的意义．“初识电路”学习内容提出的第一个问题“怎么让一个小灯泡亮起来?”,就是从真实情境出发的,如图2．

图2

第二,设计问题驱动进程．这里的问题驱动进程是指围绕学习问题提出和解决来开展学习的流程．“怎么让一个小灯泡亮起来?”,分析解决这个问题的方法是让学生利用给定的器材,设计用一根导线将一节电池与一个小灯泡连接成简单的电流通路,并且尝试用不同的连接方式使小灯泡发光,如图3．

图3

第三,提出新问题．问题驱动是一个螺旋上升的开放性学习进程,即“提出问题——解决问题——引发新问题”．学生完成使小灯泡亮起来的活动任务后,得到了“将电池、小灯泡用导线连接成一个闭合回路,小灯泡能亮起来”的结论,这时教师提问“你能使灯的亮度发生变化吗?”,学生联想到“改变电池个数可以实现”,于是进入到连接新电路和观察灯的亮度变化活动中,如图4．

图4

在观察小灯泡亮度变化的基础上,教师继续问“如将小灯泡换成发光二极管,你能让它亮起来吗?”,学生尝试通过自己的思考回答这个问题,但必须通过实验活动的设计与探究,才能获得证据,找到确切答案,于是又进入下一个环节的探究活动,如图5．

图5

2.3 活动探究

基于衔接课程学习的探究活动设计,是以学生的自主性实践活动为主线开展学习的,需要提供给学生一定的资源及手段,让学生运用多种感官进行“做中学”,实践活动始终贯穿于学习过程中．“当然,设计学生活动时应注意活动内容贴近生活,难度适中,这样,学生容易进入角色,教师也易控制活动场面”．[4]学习活动的特征主要体现在如下方面．

一是过程性．开展活动探究的目的是追求学习过程和学习结果的和谐统一,发现学习过程中潜在的学习机遇,尽可能地让学生经历一个完整的知识发现、形成、应用和发展的过程,像科学家那样去发现问题、解决问题,发现知识和建构新知识．

“初识电路”的学习过程是一个经历知识发现、形成、应用和拓展的体验过程．在面对“你能让一个发光二极管亮起来吗?”的问题时,学生依据前面实验活动成功的体验,很自信的回答“可以!”,但是当他们将电池、发光二极管用导线连接成一个闭合回路时,有些小组的同学发现连接在电路中的发光二极管亮了,有些小组的同学发现他们连接在电路中的发光二极管不亮,“怎么回事?”,新问题生成了,同时也带来了新的挑战,由此引发出后面更深次的问题探究．

二是开放性．活动探究的目标有时是灵活的,活动探究在内容上是开放的,探究结果也是开放的,并没有像知识目标那样具体．

学生在解决“发光二极管不亮”的问题上采用的是开放性的操作策略,即“尝试改变发光二极管的触脚与电源两极的连接”,只有在尝试过程中发现“发光二极管亮了”,才意味着找到了解决问题的答案,确认通过发光二极管的电流有单向性这个特点．这个探究活动环节不是有明确结果的操作,而是在探究过程中有所发现,有所推理,从而得到探究结论．这样的活动探究,目的是增强思维性,为学生提供大胆创新、勇于实践、实现自我超越的学习机会,让学生在活动过程中,对不同现象进行观察分析和思考,找到解决问题的有效方案,有利于培养创新意识和提升科学探究能力．

三是实践性．学生在进行活动探究的过程中,必然会遇到困惑与疑难,经历寻求解决与突破、反复尝试与改进、甚至推翻从头再来等状况,这其实是在实践过程中不断深化认知水平的学习过程,如图6．“初识电路”学习活动的开展始终是伴随实践过程进行的,学生在实践活动的探究过程中感受到电路连接带来的挑战,开始领悟连接电路需要有电路设计和技术流程的支持．活动的实践性体现在通过电路设计与连接的操作,学生获得了最大程度的自主学习与探索的空间,能够亲自动手解决实际问题,其中“让两个小灯泡同时亮起来”,是最能体现学生的自主性与实践水平的,教师可隐于学生背后,当学生寻求帮助时给予建议与指导,让学生在亲身实践的活动过程中得到创新能力的培养．

图6

2.4 学习进阶

学习进阶是“对学生在一个时间跨度内学习和探究某一主题时,依次进阶、逐级深化的思维方式的描述”．[5]学习进阶是学习者由低层次向高层次发展进行深度学习的动态过程．“初识电路”的学习进阶作了如下的设计．

首先,设置进阶起点．基于学生小学科学学习简单电路的经历,“初识电路”内容的学习源于学生已有的经验认知,如对手电筒使用的感性认识,对日常生活用电的印象等,但由于多数学生没有完整电路概念的学习体验,因此设置进阶起点是必须的．

从“让一个小灯泡亮起来”的简单电路出发,就是源于进阶的起点,这个活动虽然简单,但有一定的挑战性,笔者在现场教学观察中发现,部分学生需要对电路实验器材进行熟悉和摸索,只有从起点开始,后续学习才能深入,才能上升到电路概念学习的新台阶．

其次,设计进阶层级．“初识电路”的学习活动由“让一个小灯泡亮起来、认识电流大小与方向、连接电路”三部分组成．

第一层级——让一个小灯泡亮起来．是学习活动的起点,相对简单而感性．

第二层级——认识电流大小与方向．为了促进深度学习发生,难度有所增加．由“使灯的亮度发生变化”、“让一个发光二极管亮起来”和“让一个小电机转起来”3个探究活动构成,其中“让一个小电机转起来”还包含了以“改变电机转向与转速”为任务的次层级活动,如图7．

图7

第三层级——认识完整电路及连接方式．探究活动的生成性与开放性凸现,思维进入高阶状态．由“连接一个小灯泡正常工作的电路”和“连接两个小灯泡正常工作的电路”两个次层级活动组成,如图8、图9．而“连接两个小灯泡正常工作的电路”可以有不同的连接方式,进而延伸出后续“串联与并联”电路基本连接方式的新内容学习．

再则,优化进阶路径．“初识电路”的学习活动是由浅入深开展的,学生在学习活动过程中经历体验、相互合作、优化设计,解决疑难,学习成效显著,成就感丰厚．整个活动过程是学习进阶路径不断优化的探索过程．

策略1,超越原有经验认知．“先让一个小灯泡亮起来,尝试改变灯的亮度,再让一个发光二极管亮起来”,以此引出“电流大小及方向”问题,打开学生的认识眼界,使学生的思维无形超越原有的经验认知,迈出高阶思维的第一步,学会面对学习进阶的实践性挑战．

策略2,注重实证意识培养．当学生完成“让一个发光二极管亮起来”的活动任务后,鼓励他们快速进入设计并完成“使一个小电机转起来,并使电机的转动方向发生改变．”的探究性活动,启发学生通过实验收集证据,经历 “由现象到本质,从无意识到有意识”的思维发散过程,引导学生关注问题探究过程中的证据发现与积累,注重实证意识培养．

策略3,关注知识技能迁移．当学生完成了“使一个小电机转起来,并使电机的转动方向发生改变．”的探究活动后,紧接着进入“改变并观察小电机的转速发生了什么变化?”活动中,这是一个知识技能迁移的过程,一方面学生已经进入电路连接比较熟练的状态,另一方面通过现象的观察比较与思考,借助进一步的实验得到了正确的结论．而伴随着解决新问题的过程,促进了知识与技能的迁移,这是学习能力与素养发展的标志．

2.5 拓展应用

拓展应用可以理解为“学以致用”与“知行合一”,是在原有学习基础上增加新的学习与探究内容,以促进学习质量的升华,延伸学习的深度,实现认知能力阶段性提升的目标．

拓展是学习深度的延伸．“初识电路”的学习目标之一是拓展学生认知范畴,从实践活动层面去认识电路的性质,将已学知识应用于新的学习情境中,进而形成电路的概念．因此,深入认识电路的特征,学习构建完整的电路模型并形成电路的科学概念,实质就是通过学习活动的拓展,使学习得以深度延伸．

应用是生成新知识的过程．“初识电路”学习的深层次目标是让学生通过学习实现高阶认知水平的提升,而不是仅认识一个简单的电路．当学生在已经能够完成系列探究活动的基础上,能否解决新问题,生成新知识,面对更具有挑战性的活动是否有新的思考,这非常关键,能够体现知识应用在生成新知识的学习过程中的价值．

3 教学启示

第一,关注学习活动显性与隐性的相互融合．基于衔接与进阶的学习活动设计,不仅限于学习内容与学习进程、学科知识与学习方式、学习兴趣与学科素养的高度关联,更重要的是彰显核心素养培育背景下课程衔接的目标追求．即课程学习活动的设计应超越单向度的以知识内容为主的学习特征,协调和融通学习的多维度与多层次目标,促进学生学习素养的可持续发展．因此,课程衔接与学习进阶活动显性与隐形的相互融合是必须关注的．

第二,凸现课程学习上构与下延的相互贯通．基于衔接与进阶的学习活动设计,立足于小学科学与初中物理课程的衔接与进阶,有着特定的概念内涵和具体的衔接内容,其意义与价值体现在教师对课程设计与选择、学习活动的设计与实施等具体实践内容上．对小学科学学习内容与初中物理学习内容进行适度上构与下延的相互贯通是值得探索和尝试的．

第三,促进思维进阶从无序到有序的相互平衡．“学习活动的本质是发展学生的思维,培养学生的思维能力,开启学生的智慧”．[6]但由于教学内容、课堂教学时间的规定及有限,教学评价方式的相对单一,有时难以为学生创造良好的思维环境．基于衔接与进阶的物理学习活动设计,可以理解为是从表层到深化、从形象到抽象提高学生思维能力教学的实践探索,也是促进学生思维进阶从无序到有序的相互平衡．