“最近发展区”在高中物理教学中的完美体现——以《超重和失重》教学为例

杭周强

（宜兴市官林中学，江苏 无锡 214251）

0 引言

广大高中物理教师对建构主义学习理论有一定程度了解，但是对最近发展区理论稍显陌生。最近发展区理论是建构主义学习理论的重要组成部分，对建构主义学习理论的发展有重要的促进作用。高中物理教师采用建构主义学习理论来指导教学，绕不开最近发展区理论的应用。

1 最近发展区理论

最近发展区理论是前苏联教育心理学家维果斯基所提出的一种学习理论。最近发展区理论认为学习者存在着两种发展区：第一种发展区是学习者以自身能力所能达到的解决问题的水平；第二种发展区是教学所能达到的解决问题的水平，是学习者潜在的水平。根据最近发展区理论，教学的核心目标在于促进学生由第一重发展区向第二重发展区跨越。要实现这种转变，教师应采取两种教学手段：第一种教学手段，激励。教师激励学生产生学习的动力，去主动探寻新知识，迈过潜在发展区。第二种教学手段：支持。教师提供支持手段（支架）帮助学生迈过潜在发展期。

2 教学案例分析

案例课题为：“超重和失重”，以下为教学过程。

2.1 测量重力的两种方法

教师提问：如何知道物体的重力？学生讨论（两分钟左右）。学生回答：可以通过两种方法测量物体的重力：方法一、使用弹簧测力计称量；方法二、使用天平测出物体质量，根据G=mg计算出物体的重力。教师提问：这两种测量物体重力方法的原理是什么？学生讨论（两分钟左右）。学生回答：方法一使用了二力平衡原理，物体在弹簧测力计拉力和重力作用下处于二力平衡状态，拉力和重力的大小相等，因此可以直接从弹簧测力计上读出物体的重力。方法二运用了牛顿第二定律，即F=ma。m为物体的质量，g是重力加速度，两者相乘即为物体受到的重力G。

设计意图：超重和失重的本质是物体实重和视重间存在差异。要探讨超重和失重，必须了解测量物体重力的方法。在教学过程中，教师采用问题引导（问题支架）的方法让学生发现两种测量物体重力的方法，和这两种方法的力学原理。教师的问题为学生的思考指明了方向。教师给学生充足的时间讨论，学生之间相互提供经验支架，促进学生发现解决问题的方法。

2.2 超重和失重

教师展示游乐园中“跳楼机”下落的视频，如图1 所示。教师提问：此刻，“跳楼机”里的乘客是什么感觉？学生回答：紧张刺激。教师展示问题：假设跳楼机向下做匀加速直线运动，加速度为6 m/s2。在跳楼机上安装一架台秤，在台秤上放置一个质量为2 kg 的物体，台秤的读数是多少？学生解答（教师提示学生受力分析，运用牛顿第二定律）。教师总结：通过计算，可以发现台秤称出来的物体的重力要小于物体的真实重力，即视重小于实重，这种现象叫做失重。教师提问：在具体问题中如何辨别失重现象？学生回答：加速度向下为失重。教师提问：如果向下的加速度等于重力加速度会出现什么现象？学生计算发现：物体的视重为零。教师总结：这可以称为完全失重。处于完全失重的物体重力是不是消失了呢？

图1 跳跳机

设计意图：教师先展示跳楼机视频，激发学生探究超重和失重现象的兴趣，增加学生学习的内部动力。这为学生跨越最近发展区提供了心理支架。在学生注意力集中的时候，教师根据跳楼机情境抽象出一个问题，要求学生使用牛顿运动定律来解决。教师对于细节的指导为学生提供了支架。通过计算和思考，学生发现了失重现象的本质原因。教师再引导学生总结探究所得，为学生建构知识体系做好准备。教师通过引导让学生发现了完全失重现象，使学生跨越了最近发展区。

教师展示变式：如果跳楼机向上做匀加速直线运动，台秤的读数又是多少？学生讨论解决此变式。教师总结：此时，台秤的读数又大于物体的重力，即视重大于实重，可以称为超重现象。教师提问：在具体问题中如何判断超重现象？学生回答：重力加速度向上为超重。

设计意图：在前述情境的基础上，教师展示了变式问题。教师在不干预的前提下让学生讨论（讨论支架）解决这个问题。因为有了前面解决问题的经验，学生可以自主解决变式问题。学生间的讨论建立了许多有益的支架，促进学生达到自身的潜力发展水平。学生在建构物理概念的过程中，需要经历丰富的思维探究活动，获得充实地螺旋式上升的思维体验[1]。本教学环节体现了这一原则，让学生建构了超重和失重概念。

2.3 超重和失重的应用

教师展示问题：一个人在地面上最多能够举起80 千克的物体。现在这个人站在一台竖直向上做匀加速直线运动的升降机中，升降机的加速度为3 m/s2。则此人最多可以举起质量为多大的物体。

学生讨论（教师提示：人的力气最大有多大？应该选取什么作为研究对象？如何进行受力分析？）教师提出问题：如果这个人在升降机中可以举起120 千克的物体，升降机可能做什么运动？学生的答案为：可能向下做匀加速直线运动，也有可能向上做匀减速直线运动。

设计思路：在本教学环节中，教师提出了一个十分有趣的问题，要求学生解答。在解决第一个问题时，教师给予充分的指导，解决学生分析问题时出现的困难。在学生成功解决第一个问题后，教师立刻展示变式问题，引导学生反向思考超重和失重问题，突破学生的思维障碍。在解决第二个问题时，教师没有给学生较多的指导，而是让学生以小组讨论的形式展开分析，强调了学生间的支架作用。因为学生有了前面的经验，他们可以通过讨论解决这个问题。通过这个学习环节，学生已经深刻认知了超重和失重的概念，并且可以运用牛顿运动定律来解决超重和失重问题。教师并没有将超重和失重作为独特的物理现象来强调，而是将它们融入到牛顿运动定律的应用中，抓住了物理学的基本思想方法。

2.4 拓展

教师布置任务：请你设计一个实验来观察生活中的超重和失重现象。学生展示他们的想法。教师要求学生利用课外时间实现他们的想法。

设计意图：学生已经理解超重和失重的概念，也可以分析简单的超重和失重问题。由于学生缺乏观察，他们难以了解生活中的超重和失重现象。因此，教师设计这个任务，鼓励学生走入生活，去生活中发现超重和失重现象。学生在课外实施了探究。一些学生发现人站在台秤上下蹲和站立过程中出现超重和失重现象，他们借助弹簧测力计探究了这个现象。学生不仅观察了这种超重和失重现象，还借助数学工具对超重和失重进行了定量分析。有些学生发现电梯在运动过程中存在超重和失重现象。这些学生借助弹簧测力计研究了电梯的超重和失重现象。有些学生发现载人火箭在发射过程中存在着超重和失重现象，他们查阅资料，研究了火箭发射的过程，如图2 所示为太空中的失重。

图2 太空中的失重

3 教学反思

3.1 定位要准

建构主义强调以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、发现和对所学知识意义的主动建构[2]。因此教学定位要关注学生，即教学目标要准确。高中物理每一次教学都有具体明确的任务。提升教学效率的前提顺利地实现教学任务。由于学生的能力有限，每节课的教学目标不能设计得太高，否则学生无法完成这个目标。最近发展区理论针对了学生的潜力水平。因此教师在设计教学目标时要充分考虑基于教学内容下学生能够达成的最高潜力水平。在一些教学中，教师甚至可以适当降低学生的发展目标，为学生减负。在《超重和失重》教学中，教师所设定的教学目标十分准确，要求学生理解超重和失重的概念、能够利用牛顿运动定律解决简单的超重和失重问题。学生在学习时充满活力，感觉轻松，学习效果较好。

3.2 起点要低

许多教师认为教学要高起点。这种看法存在偏颇。面对一个新的知识，学生的感受是陌生的，甚至排斥的。如果教师设定的起点太高，会将学生拒绝在学习大门外。在本次教学中，教师以学生十分熟悉地测量物体重力的方法入手，较好地执行了起点要低的基本原则。在进行超重和失重教学时，教师也没有一下子就和学生分析超重和失重的力学原理，而是展示了跳楼机视频，在充分激发学生兴趣的时候，教师才引导学生去分析跳楼机中的超重和失重，充分体现了起点要低的原则。

3.3 支架要稳

要帮助学生从第一种发展区跨越到第二种发展区，教师需要提供给学生合适的支架。在教学中可以应用的支架有问题支架、讨论支架、技术支架等。问题支架是最为常用的一种支架，即由教师提出问题，启发学生思维。问题支架可以应用在教学的任一环节。一旦学生出现探究困难，教师即可以提出问题，帮助学生突破思维障碍，实现最近发展区的跃迁。讨论支架是指学生之间通过讨论形成的支架。学生的学习经验比较接近。在讨论的过程中，学生相互分享经验，这些经验可以成为跨越最近发展区的支架。讨论往往是多名学生相互交流的过程，可以形成许多层次不同的支架，促进所有学生发展。技术支架是指教师使用技术手段帮助学生突破障碍的方法。技术工具已经成为学生建构的好帮手。在教学过程中，教师可以选择适合的技术支架工具来帮助学生飞跃最近发展区。

4 结语

知识不是通过教师的传授得到的，而是学习者在一定的情境下，借助必要的学习工具和他人的帮助，通过意义建构的方式获得的[3]。最近发展区为学生提供了学习的意义。最近发展区理论指出了学生发展的路径，在高中物理教学中要充分利用。首先，教师要清楚学生的潜在能力。然后，教师采用合适的支架帮助学生突破最近发展区，实现素养的提升。支架的形式较多，在教学中教师要选择适合学生的支架，促进学生发展。