在平衡与非平衡中 促进学生思维的进阶发展

汪小云

在构建知识体系和模型的过程中发展思维，是《科学》学习的重要目标。有关研究表明学生的思维从自然状态向高层次发展的过程并非呈简单的线性增长，而是一系列复杂程度逐次增加的类似螺旋式的过程。“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”称为学习进阶。学生思维进阶发展的规律提示我们“只有符合学生认知发展、充分调动其生活经验的课程才可能构建对核心概念的深入理解。”这一认识对于教学实践有着十分重要的指导作用。本文以一线教师的视角，以亲身经历的“大气的压强（第1课时）”的教学为例，探讨教学中如何围绕力学“平衡与非平衡”的解决，促进学生在概念建构中实现思维的进阶发展。

一、问题与分析

1.课堂上的困境

在初中《科学》教科书（浙教版2013年版）中，“大气的压强”一节的内容分为“大气压强的存在及大小”“生活中的大气压强”和“气压与沸点、流速的关系”三部分。笔者以前多次执教本课题及曾连续观察多位教师执教本课题基本上都是利用“覆杯实验”来说明大气压强的存在，也都会出现如我这样的现象：在做覆杯实验时，我将纸片盖在杯子口，然后倒过来，纸片由于重力掉下。然后在杯中装满水，将纸片盖在杯子上，然后倒过来。学生们惊奇的发现，纸片居然没有掉下来。我顺势提问——这是由于什么原因呢？有的学生思维很快，说：“纸片被水吸住了！”这个答案令我很意外。然后就会在黑板上进行受力分析，说明纸片不掉下来的原因是由于大气压的作用等。学生虽然表面上同意，但学生心里还是不这样认为，教学变成了教师的自说自话。凡按照上述思路进行本课教学的大多会陷入类似的困境。

2.学生的认知起点

学生在学习这节内容前，已经学了第一节大气层，知道了我们生活在大气之中，时时刻刻被大气包围着，它们自始至终都在挤压着你。学生根据原有固体和液体压强知识，可以很容易的知道有大气压强，但问题是为什么我们感觉不到大气压着我们，没有体验呀！在学生现有的前科学知识中，对物体的观察和研究还停留在有形的、能触摸的物体层面上，看不见、摸不着的空气对学生来说确实难以理解。

3.学科逻辑顺序与学生心理顺序的矛盾

受线性思维和还原思维的影响，为体现严谨的学科逻辑体系、清晰而有序地呈现知识的需要，在理科教材中，各单元的知识基本上依据学科本身的系统和内在联系，沿着线性的路径编排。这常常会与刚开始入门学习的初中生的心理顺序产生矛盾。学生对自然界及其背后蕴藏的科学知识的认知，常常是从真实世界的问题开始的，如为什么会有大气压，为什么这么大的大气压而我们感觉不到等。这种认知顺序与人类早期对自然的认识有着惊人的相似性。人類为了解释这些现象，开始寻找因果关系，并在此过程中建立科学概念体系，即学科专家建立科学逻辑体系也是始于现象和问题的。但是在教材和教学序列的过程中，为了体现主题性的知识整合，大气压强并没有与固、液体压强在同一主题上，而把其整合在天气与气候这部分内容里，忽略了孩子们的认知需求和发展路径把专家们取得的各种结论加以浓缩提炼让学生从系列的定义开始学习。

二、教学改进的思路与定位

在本课的教学设计中需要根据学习者的身心发展规律以及他们的兴趣、爱好、需要、经验背景等来安排学习内容努力沟通学科逻辑顺序与学生心理顺序，围绕平衡与非平衡问题的解决展开教学。

在本课的设计中我们直接从如何打破平衡这个真实的问题入手来组织教学，使科学知识服务于解决实际问题。这不仅基于对前述矛盾的分析，而且将知识隐含在解决真实问题的过程中十分有利于学生将新知与已有经验相连接。当知识为问题解决服务时，它是活的，这些都会促使学生积极主动地投人学习。而且对以后九年级，解答一些气体在装置中流动的形成原因非常有利。

三、“大气的压强（第一课时）”的学习进程

1.前置任务

在本单元第二节的学习结束后，“大气的压强（第一课时）”教学开始前，我布置了一些前置任务（即“相似方法联想型先学”）。

2.课堂教学过程

（1）现象引发思考

课堂教学从讨论课前任务开始。继短暂的小组交流后，进入班级讨论。通过从液体压强，然后延伸到气体，找4个问题的共同点和不同点，在讨论中达成共识。教师让学生说说最想问的问题。

（2）暴露真实问题

教师顺水推舟让学生解释“覆杯实验”纸片为什么不会掉下来？拓展提问：怎么样让纸片掉下来？学生一下就会顺着前面的问题想出办法。

（3）模拟实验见证

利用实验室里的器材，让学生体验“马德堡半球实验”。让学生解释为什么要抽气？学生一下就想到改变一边的气压，破坏原有的平衡状态。

（4）拓展与回归

在“大气的压强”一节的教学中，除了做一些演示实验之外，我们还应引导学生到生活中去找原型，说出证明大气压存在的有关生活事例。学生们经过回忆可以列举出大量事例，这些事例能够配合课堂上的演示实验，让学生通过切身实际感受和分析大气压的存在，学生学习起来感到亲切，对知识掌握得更牢固。

四、对几项操作性策略的反思

1.知识迁移，对比学习，更显探究实质

在本案例中，作者巧妙地采用了对比方法，“空气，也像液体那样受到重力作用，而且能流动”，从而顺利完成了知识能力的迁移，但同时又提醒学生，切记不能不经过分析论证随意迁移，过渡自然贴切。

2.任务前置，给问题解决提供思维工具

面对真实问题，知识的断层和思维方法的欠缺使问题解决变得困难重重。因此，需要让学生具备一些准备性的知识和思维工具。精心设计的前置任务引导学生在课前激活经验，先行思考；并且“有备而来”的学生有了与教师“平起平坐”的底气，他们将在课堂上自己推理和判断，甚至指出教师的“错误”。因此，课堂成为思维的“盛宴”。