王红燕

摘  要 学生的学习过程是从简单到复杂、连续的推理认知发展过程。概念是科学教育的基础，学习进阶是学生在学习某一核心概念的过程中所遵循的一系列逐渐复杂的思维路径。就“力臂”这一核心概念的学习进阶构建，从学生认知发展、思维发展的角度对其进行阐述。

关键词 力臂;学习进阶;核心概念;杠杆;滑轮;实验;教学设计

中图分类号：G633.7    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）13-0086-04

1 引言

学习进阶（learning progressions，简称LPs）也称学习进程，是当前美国教育研究的热点问题。刘晟、刘恩山的研究指出：学习进阶是对学生在各学段学习同一主题的概念时所遵循的连贯的、典型的学习路径的描述，一般呈现为围绕核心概念展开的一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列[1]。初中科学教学以概念为基础，并在此基础上促进学生的认知发展。核心概念的建构直接影响到学生对于科学知识的认知程度，甚至影响整块知识的系统梳理和后续学习能力。

笔者观察了许多科学课堂，发现在概念教学中存在一些明显的不恰当之处。如在课堂教学过程中，教师不是通过实例和情境的创设去揭示概念的关键特征，而只是简单地将概念描述给学生，重结论的传授而忽视结论得出过程中的建构性和概括化，对于一些抽象的概念，学生更是无法理解;在概念教学中过分重视定义描述，导致学生死记硬背，混淆对概念关键属性的理解;教师忽视实验或呈现的感性材料不恰当，导致学生无法辨别出概念的本质特征，阻碍学生的学习等。

学生对知识的认识和学习过程是从简单到复杂、从浅层到深度的连续的理解推理建构的认知发展过程，而学习进阶能有效地促进认知构建，有利于学生形成较为完整、系统的概念。不恰当的教学方式恰恰忽视了学生认知概念是有“阶”的。那么，在教学过程中该如何帮助学生铺开认知发展的路径？如何在学生认知发展过程中搭建他们建构概念过程中用以连续推理认知的踏板，帮助学生建构起概念之间的联系？笔者以“杠杆和滑轮”这一内容为例，寻找其中的核心概念，并尝试就这一概念的认识和发展，寻找有效构建它的“阶”。

2 逆向教学设计确定核心概念

逆向教学设计的教学思想是首先明确课程目标，然后以此为基础来安排设计各种教学活动，即“明确学习的结果—确定能证明学生达到预期学习结果的证据—安排相关教学活动”的过程。

学生在学习“杠杆”时，要能描述杠杆的特点，懂得杠杆平衡条件，并能运用杠杆平衡条件分析杠杆的平衡问题，且能识别省力杠杆或费力杠杆。学生如果要达到这样的目标，首先要能够辨别杠杆的五要素，尤其是寻找“力臂”这一关键因素。而学生往往会简单地把杠杆上的力的作用点到支点的距离确定为力臂，或者死记概念“支点到力的作用线的垂直距离”。概念是书本上写着的或者教师告知的，学生的头脑中形成的依然是支点到力的作用点的距离就是力臂的定势思维。概念的告知只是让学生获得力臂表象，因为不理解为什么是这样，所以在分析题目的过程中往往容易出错。通过逆向思考，在教学设计过程中明确了“力臂”这一关键问题，便可以针对关键问题进行具体的活动设计。

在“滑轮”教学中也可以逆向思考。在这一内容中，要求学生能识别动滑轮和定滑輪，描述它们的特点，并能说明滑轮的实质是一个杠杆，认识滑轮的特点。学生最难理解的问题就是：滑轮是杠杆的变形。通常学生认为杠杆大都是线条形的，可是滑轮是圆形的，很难在它们之间建立起联系。寻找到教学中的这一关键问题，并顺应这一问题进行活动设计思维引领，进行学习进阶的构建，帮助学生形成完整系统的概念。

3 围绕核心概念构建学习进阶

《学习进阶视域下的核心概念教学》一书中指出：学习进阶是对学生在各学段学习同一主题的概念时所遵循的连贯的、典型的学习路径的描述。那么关于力臂这一概念，在它所贯穿的学生学习杠杆和滑轮的阶段，这一概念深入的落点可以是“直杠杆—弯曲的杠杆—非典型的杠杆（如圆柱滚上台阶）—滑轮”这一进阶过程，也可以是“直杠杆—滑轮”。学习进阶的路径不是唯一的。皮亚杰认为：“知识是个体与环境交互作用中逐渐建构的结果，学习不只是对某种特定刺激做出反应，而是头脑中认识的重建。”教师只有在安排教学活动时为学生提供更多探究发现的机会，学生才能透过书本发现更深层次的含义，得到有意义的推论，进而实现持久性理解。

阶一：直杠杆  要建构起力臂这个概念，学生首先更容易理解和接受的是显而易见的“直杠杆”，从直杠杆出发，帮助学生建构力臂的概念，是学习整个内容的关键。可以通过学习情境的设计，在活动中发现概念的本质，帮助学生自主建构。

步骤1：在杠杆的一端固定位置（如距支点20 cm处）挂上三个钩码，在杠杆的另一端用弹簧测力计在10 cm处竖直向下拉，直到杠杆在水平位置平衡，读出此时弹簧测力计的读数，如图1-a所示。

步骤2：A端钩码数和位置不变，将弹簧测力计作用点向外移动，拉力方向依旧竖直向下，读出此时读数，如图1-b所示。

【思考与讨论】弹簧测力计示数怎么样改变？对此你有什么思考？当阻力位置方向不变时，动力的大小可能与什么有关？

学生会发现，力的作用点外移后，力也会变小，力的大小与力的作用点到支点的距离有关。

步骤3：弹簧测力计拉力的作用点不变，改变拉力方向，如图1-c、图1-d所示，观察弹簧测力计示数变化。

【思考与讨论】你发现了什么？对此你又有什么思考？

学生会发现，当力的作用点不变，而力的方向发生改变时，力的大小也会发生改变：当往内拉和往外拉时，力都比竖直拉时要大，力的大小好像不仅仅与力的作用点到支点的距离有关，还可能与力的方向有关。

【思考与讨论】步骤3中两次动力的方向虽然不同，但当拉力方向适当改变时，力的大小却可能相同。以上实验说明动力的大小与力的方向和力的作用点似乎都有关又似乎都无关，但这两个因素都影响着力的大小，这其中到底是什么奥秘？到底是什么影响着力的大小？动力的大小到底与什么因素有关呢？

接着，可以引导学生进行作图分析，进而建立“力臂”这一概念。

科学概念是有层次的，学习进阶的始端就是认知的起点。按照以上的活动步骤，引导学生逐步分析思考，突破原有的概念，帮助学生顺应新问题，引发新思考。学生迈过这个“阶”，意味着他的认知发生了变化。让学生在较短的时间里实现学习认知起点到终点的演进，这是最适合学生学习进阶发展的有效路径。

阶二：从杠杆到滑轮  建构主义学习观认为，学习者只有思考了教学内容并建构了自己的理解，学习才算是真正实现了。因此，教学就应该注重让学生在思考如何完成任务的过程中建构自己的理解。如“滑轮是变形的杠杆”这一概念的建立，对于学生来说是很困难的，很难在两者之间建立联系。以下学习任务设计可以有效帮助学生突破原有概念，实现概念的同化。

任务1：如图2所示，模拟古代劳动人民利用杠杆提升重物，用一根1.5 m长的杠杆，将重物分别提升到一定的高度，如0.5 m、1 m、2 m……发现提升重物的高度是有限的，该怎么办呢？

如图3-a所示，学生在完成任务过程中会发现，将重物挂在一端，另一端下压来抬升重物，若支点位置不变，高度越高时，由于动力一端可以压低的距离有限（压到地面无法再下压），重物也很难再上升。只有架高支点，才能完成任务。

任务2：再添加一根杠杆，形成一个“十”字，如图3-b所示，继续重复操作，请谈一谈使用后的感受。

学生发现提升重物的高度有所增加，但是操作过程不流畅。教师适时引导该如何继续改进，学生提出再添加杠杆。如果按刚才的方式添加无数根杠杆，会形成什么形状的物体？（圆盘。）如图3-c所示，推出定滑轮的实质就是一个等臂杠杆，动力臂、助力臂就是滑轮的半径，从而在杠杆和滑轮之间建立起联系，实现知识的迁移及概念的同化。

任务3：教师再次引导学生，逆向思维拆解动滑轮，如图4所示，最终发现动滑轮的实质为动力臂是阻力臂一半的省力杠杆。

阶三：滑轮即杠杆  从学习效果来看，通过情境创设、任务布置等活动，已经为学生的思维开拓了一条前进的道路，有利于帮助学生理清概念及相互间的联系，从而解决关键问题。但从概念的建构到真正地深入理解，教师还可以提供帮助，可以为学生的学习提供有效的新材料，搭建有效支架，进一步帮助学生深入持久地理解概念。

在以上学习了“力臂”和“滑轮是变形的杠杆”这两个关键概念之后，可以分别借助自制的实验材料来进一步明晰概念。山东省淄博市的李绍森老师很早之前就设计了如图5所示可拆的滑轮模型，可以更好地帮助学生理解。图5中，侧面所示的是用泡沫或者木板等材料做成的中间有槽的圆盤，正面看到的是圆盘分成的三部分：中间切下一根直杆，上下保留，上下半圆和中间直杆两端各做成类似榫卯结构，以便安装和拆卸。然后进行图6所示定滑轮与动滑轮的实验，先呈现完整的滑轮，然后拆去上下圆盘即可。

这样的新实验材料的呈现，不仅帮助学生明晰了滑轮是变形的杠杆，而且通过动滑轮和定滑轮的演示，学生也能直观地分析出定滑轮是等臂杠杆，动滑轮是动力臂是阻力臂两倍的省力杠杆，为后续的学习做了很好的铺垫。

4 结语

只有找到学生每一次进步的阶梯，才能帮助学生发展和完善原有的认知结构，顺利构建有意义的认知。当然，当学生对新概念有一个初步认识后，还需要一个消化吸收的过程。教师可以为学生再一次搭建阶梯，比如设置难度更大的、思维深度更进一步的思考题，引导他们通过归纳总结提炼出概念的本质特征。布鲁纳曾说过：“习得的知识，如果没有完整的结构把它们整合在一起，那多半会是一种即将被遗忘的知识。”对于核心概念的习得，教师可以精心组织活动，搭建学习的“阶”，帮助学生建构。教师不能对学生的已有认知进行全盘否定，要在他们已有知识的基础上，慢慢引导、循序渐进地扭转科学前概念给他们带来的误区。教师应尝试采用情境创设、任务驱动等策略优化教学设计，更多地关注学习进阶，包括如何组织学生思考，如何组织学生互相协作，从而共同完成活动等，为学生搭建学习桥梁。因此，教师要分析核心概念的关键特征及核心概念的教学目标，从而选择或确定核心概念学习进阶教学设计策略，教学过程围绕核心活动展开，在活动中推进核心概念的构建。但不论如何搭“阶”，目的都是促进有效的认知构建，帮助学生形成更完整、系统的概念。

参考文献

[1]刘晟，刘恩山.学习进阶：关注学生认知发展和生活经验[J].教育学报，2012，8（2）：81-87.

[2]周妤琪.概念性知识的学习机制及其应用研究[J].成都：四川师范大学，2015.

[3]安德森.布卢姆教育目标分类学[M].蒋小平，罗晶晶，张琴美译.北京：外语教学与研究出版社，2011.

[4]郭玉英，姚建欣，张静.整合与发展：科学课程中概念体系的建构及其学习进阶[J].课程·教材·教法，2013（2）：44-49.