在解決真實問題中實現(xiàn)思維的進(jìn)階展

1、在解決真實問題中實現(xiàn)思維的進(jìn)階發(fā)展以初中科學(xué)地球繞日運(yùn)動教學(xué)為例浙江省臺州市路橋區(qū)教育局教研室 韓月紅 刊中學(xué)地理教學(xué)參考2014.4摘 要 學(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題下的概念時，思維發(fā)展有著內(nèi)在連貫性。初中科學(xué)教學(xué)應(yīng)關(guān)注學(xué)生的原有經(jīng)驗和學(xué)習(xí)起點(diǎn)，最大程度地接近學(xué)生的真實思維。在教學(xué)設(shè)計中，教師努力尋求學(xué)科邏輯順序與學(xué)生心理順序的溝通，重整教學(xué)內(nèi)容，圍繞真實問題的解決展開教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生思維的進(jìn)階發(fā)展。關(guān)鍵詞 真實問題 發(fā)展思維 整體視野 在構(gòu)建知識體系和模型的過程中發(fā)展思維，是初中科學(xué)學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)。有關(guān)研究表明，學(xué)生的思維從自然狀態(tài)向高層次發(fā)展的過程并非呈簡單的線性增長，而是一系列復(fù)雜程度逐次

2、增加的類似螺旋式的過程。學(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題下的概念時所遵循的連貫的、典型的學(xué)習(xí)路徑的描述稱為學(xué)習(xí)進(jìn)階。學(xué)生思維進(jìn)階發(fā)展的規(guī)律提示我們，只有符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展并充分調(diào)動其生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗的課程才可能構(gòu)建對重要概念的深入理解。1這一認(rèn)識不僅對課程標(biāo)準(zhǔn)的編制和教材的編寫有著深遠(yuǎn)的意義，而且對于教學(xué)實踐有著十分重要的指導(dǎo)作用。本著師生是課程的創(chuàng)生者的思想，本文以一線教師的視角，以親身經(jīng)歷的地球繞日運(yùn)動的教學(xué)為例，探討教學(xué)中如何圍繞真實問題的解決，促使學(xué)生在概念建構(gòu)中實現(xiàn)思維的進(jìn)階發(fā)展。一、問題與分析科學(xué)知識體系和模型的建構(gòu)一般都是圍繞概念進(jìn)行的。從某種意義上說，初中科學(xué)學(xué)習(xí)就是一個把科學(xué)事實概念化以

3、及學(xué)生前概念的豐富和重建過程。但是，在有些重要概念的教學(xué)中，如果忽視學(xué)生的心理順序而沿著學(xué)科邏輯順序進(jìn)行，可能會遭遇相當(dāng)大的困難。1課堂上的困境在初中科學(xué)教科書中，“地球繞日運(yùn)動”一節(jié)的內(nèi)容分“地球的公轉(zhuǎn)”、“正午太陽高度變化”、“晝夜長短變化”三部分展開。筆者曾連續(xù)觀察多位教師執(zhí)教該課。他們基本上都沿著教材的思路，先介紹地球公轉(zhuǎn)的有關(guān)知識，再討論正午太陽高度的變化。在第一部分中，借助小學(xué)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)似乎進(jìn)行得相當(dāng)順利。但到了“正午太陽高度變化”部分，教師先給出太陽高度概念，然后討論為什么太陽高度會變化，再討論太陽高度變化引起的若干現(xiàn)象，很多學(xué)生的思維開始跟不上了，教學(xué)變成了教師的自說自話。面

4、對學(xué)生的狀態(tài)，有青年教師情急之下脫口而出：“剛才都好好的，現(xiàn)在怎么都不響了呢？”我們發(fā)現(xiàn)，凡按照上述思路進(jìn)行本課教學(xué)的，大多會陷入類似的困境。2學(xué)生的認(rèn)知起點(diǎn)七年級學(xué)生已經(jīng)能夠籠統(tǒng)地解釋一年四季的成因，也能說出春分、夏至、秋分、冬至四個節(jié)氣的名稱，但是，限于小學(xué)階段的空間想象能力以及知識基礎(chǔ)，絕大多數(shù)學(xué)生并未真正明白，地球繞太陽公轉(zhuǎn)何以就能形成四季交替現(xiàn)象。對于夏季和冬季的正午太陽位置的差別，他們在生活中有了初步的體驗，如果以合適的方式給予激活，可以作為本課學(xué)習(xí)的良好起點(diǎn)。此外，初中學(xué)生對自己真正想搞清的問題會非常投入。因此，基于學(xué)生經(jīng)驗且有適度挑戰(zhàn)性的問題更容易引發(fā)他們積極參與其中。3學(xué)科邏

5、輯順序與學(xué)生心理順序的矛盾 受線性和還原思維的影響，為體現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科邏輯體系、清晰而有序地呈現(xiàn)知識的需要，在理科教材中，各單元的知識基本上依據(jù)學(xué)科本身的系統(tǒng)和內(nèi)在的聯(lián)系、沿著線性的路徑編排。這常常會與剛開始入門的初中生的心理順序產(chǎn)生矛盾。學(xué)生對自然界及其背后蘊(yùn)藏的科學(xué)知識的認(rèn)知常常是從真實世界的問題開始的，如為什么每天會天黑，為什么有四季輪轉(zhuǎn)等等。這種認(rèn)知順序與人類早年對自然的認(rèn)識有著驚人的相似。人類為了解釋這些現(xiàn)象，開始尋找因果關(guān)系，并在此過程中建立科學(xué)概念體系，也即學(xué)科專家建立科學(xué)邏輯體系也是始于現(xiàn)象和問題的。但是，在成人設(shè)計教材和教學(xué)序列的過程中，為了體現(xiàn)學(xué)科內(nèi)在邏輯關(guān)系，常常忽略了孩子

6、們的認(rèn)知需求和發(fā)展路徑，把專家們?nèi)〉玫母鞣N結(jié)論加以濃縮提煉，讓學(xué)生從系列的定義開始學(xué)習(xí)。這是把內(nèi)行專家的終點(diǎn)當(dāng)成初學(xué)者的起點(diǎn)。 2因而構(gòu)成了矛盾。本課中，雖然由于有小學(xué)的基礎(chǔ)，教材的第一部分“地球的公轉(zhuǎn)”貌似覺得比較順利，但是，到了第二部分“正午太陽高度變化”，學(xué)生就困難重重。首先，“太陽高度”這一在地理專業(yè)人員眼中十分重要的概念，對學(xué)生來說卻如同空降，他們不知道它有什么用、為什么要引入、跟他們的生活和經(jīng)驗有何關(guān)系。接著，又要討論正午的太陽高度如何變以及為什么會這樣變，還要在此基礎(chǔ)上搞清一年中晝夜長短的輪轉(zhuǎn)問題。他們可能會想：為什么非要討論好象跟我無關(guān)的正午太陽高度？它變或不變、怎么變、為什么

7、變有這么重要嗎？從學(xué)科邏輯的角度來看，以正午太陽高度的變化切入問題的討論，是嚴(yán)謹(jǐn)和準(zhǔn)確的，但是，嚴(yán)格的邏輯形式是學(xué)科專家和內(nèi)行者在長期的研究中所得到的結(jié)論，與七年級學(xué)生的原有經(jīng)驗脫節(jié)，與他們的心理順序間存在著矛盾。如果學(xué)生感覺不到學(xué)習(xí)任務(wù)的個人意義，要讓他深度投入并理解所學(xué)的內(nèi)容會十分困難。這種情況下的學(xué)習(xí)結(jié)果很可能只是一堆沒有生命活力和靈性的文字符號。學(xué)生不僅未能很好地在初中實現(xiàn)應(yīng)有的發(fā)展，對今后高中階段這方面知識的進(jìn)一步學(xué)習(xí)也是十分不利的。二、 教學(xué)改進(jìn)的思路與定位在本課的教學(xué)設(shè)計中，需要根據(jù)學(xué)習(xí)者的身心發(fā)展規(guī)律以及他們的興趣、愛好、需要、經(jīng)驗背景等來安排學(xué)習(xí)內(nèi)容，努力溝通學(xué)科邏輯順序與學(xué)

8、生心理順序。1圍繞真實問題的解決展開教學(xué)當(dāng)前，科學(xué)課堂教學(xué)常常根據(jù)教科書的編排順序，通過教師講解進(jìn)行。至于講解的問題是不是學(xué)生的真正需要，是不是教在最需要之處，有利于他們的進(jìn)階發(fā)展，卻常常被忽視了。而圍繞學(xué)生真正想解決的問題，課堂的情形就不一樣了。因為真正的問題是學(xué)生不懂甚至深感疑惑的，且常常需要教師或同伴幫助解決的。真實問題一般是學(xué)生在日常生活中可能面臨的或者在前面學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的迫切想解決的，常常與學(xué)生的原有經(jīng)驗密切聯(lián)系，位于最近發(fā)展區(qū)。在本課的設(shè)計中，我們面臨著兩個選擇：以學(xué)科教學(xué)專家抽象概括了的學(xué)科知識為切入點(diǎn)組織教學(xué)，讓實際問題為科學(xué)知識服務(wù)；還是直接從真實的問題入手來組織教學(xué)，科學(xué)知識

9、服務(wù)于解決實際問題。我們的選擇是后者。這不僅基于對前述矛盾的分析，并且，將知識隱含在解決真實問題的過程中，而非直奔它而去，十分有利于學(xué)生將新知與已有經(jīng)驗相連接。而當(dāng)知識為問題解決服務(wù)時, 它是活的。這些都會促使學(xué)生積極主動地投入學(xué)習(xí)。形成一年中四季交替的直接原因是正午太陽高度的變化。但是，若以這個角度切入，學(xué)生會因為體會不到學(xué)習(xí)的意義而缺乏內(nèi)在動機(jī)。而事實上，一年四季正午太陽高度的變化恰恰就是由于地球“側(cè)著身子”繞太陽公轉(zhuǎn)引起的。因此，地球繞太陽的公轉(zhuǎn)與正午太陽高度變化，有著密切的內(nèi)在相關(guān)性，何不把二者整合成一個問題！我們可以從學(xué)生司空見慣的四季輪轉(zhuǎn)現(xiàn)象切入，讓他們親自去尋找背后的原因？至于太

10、陽高度這一概念，盡管在地理知識體系中是一個重要概念，但在初中這節(jié)課中，它不過是中介和橋梁，可把它看成僅僅是為解決問題服務(wù)的。2在單元視野下整體安排學(xué)習(xí)進(jìn)程“不謀萬世者不足謀一時，不謀全局者不足謀一域”。系統(tǒng)論也告訴我們，整體大于局部之和。教材中的章或單元一般都是以同一主題整合科學(xué)知識的結(jié)果，有著相對的完整性。在單元教學(xué)設(shè)計中，應(yīng)在研究學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和內(nèi)在需求，統(tǒng)籌安排學(xué)習(xí)進(jìn)程，整體設(shè)計，分節(jié)實施。對于學(xué)生學(xué)習(xí)困難較大的內(nèi)容，尤應(yīng)如此。 在教材中，地球的自轉(zhuǎn)和地球的繞日運(yùn)動兩節(jié)組成了以“地球的運(yùn)動和意義”為主題的小單元。在地球繞日運(yùn)動中，要真正解決四季輪轉(zhuǎn)的問題，太陽高度及其與桿影關(guān)系、直射點(diǎn)等

11、概念還是繞不過去的。但是，如果按照教材的安排，讓這些新名詞在一節(jié)課中出現(xiàn)，并要求學(xué)生靈活應(yīng)用它，則會導(dǎo)致學(xué)生無所適從。因而，我們及早籌劃，在單元的整體視野下考慮“節(jié)”的教學(xué)，讓學(xué)生在地球的自轉(zhuǎn)一課前即觀測并記錄一天中桿影的變化，并推測導(dǎo)致桿影作如此變化的原因。此任務(wù)的作用是，地球的自轉(zhuǎn)一課中，以真實情境中的觀測和思考為起點(diǎn)，模擬實驗不僅僅是人為設(shè)計的“虛假的”活動，而被賦予了新的意義；更重要的是，在學(xué)生經(jīng)歷真實情境觀測的基礎(chǔ)上，教師可以在地球的自轉(zhuǎn)一課的開頭引導(dǎo)他們討論“為什么一天中早晨和傍晚氣溫低，中午氣溫高”，讓高度角概念在師生討論中自然形成了。由此還可以進(jìn)一步討論高度角與桿影長的關(guān)系，發(fā)

12、及陽光直射的意義。這樣，為后續(xù)地球繞日運(yùn)動一課提供了必備的認(rèn)知階梯，難點(diǎn)得以分散。三、地球繞日運(yùn)動的學(xué)習(xí)進(jìn)程1前置任務(wù)在本單元的第一節(jié)結(jié)束、地球的繞日運(yùn)動開始前，筆者布置了如下任務(wù)：（一）太陽高度與一天中氣溫的關(guān)系（1）結(jié)合你的生活經(jīng)驗和有關(guān)知識推測，某地某時的太陽高度角與地面受到的太陽輻射有怎樣的關(guān)系？或者，桿影的長度與當(dāng)?shù)厥艿降奶栞椛溆惺裁搓P(guān)系？（2）右邊示意圖可能有利于你解釋上面的推測結(jié)果。手電筒發(fā)出的光柱直照或斜照到地面，相同面積的地面上所受的熱輻射哪個大？（3）現(xiàn)在，你能解釋為什么一天中中午比早上和傍晚熱嗎？_天正午 _天正午北南（二）不同季節(jié)的太陽高度（1）如右圖，根據(jù)生活經(jīng)驗判

13、斷，哪是夏天的正午，哪是冬天的正午。（2）在我們居住的地方，夏季觀察到的太陽一天中運(yùn)行的軌跡如右上圖。請根據(jù)你的生活經(jīng)驗，在圖中添畫冬季太陽一天運(yùn)行的軌跡。（圖略）（3）在冬季的正午，太陽高度角比夏季大還是??？你能用太陽高度角的變化解釋為什么冬季比夏季冷嗎？2課堂教學(xué)過程（1）現(xiàn)象引發(fā)思考課堂教學(xué)從討論課前任務(wù)開始。繼短暫的小組交流后，進(jìn)入班級討論。通過找直射點(diǎn)確定氣溫最高處等操作要點(diǎn)，在討論中達(dá)成共識。教師讓學(xué)生說說最想問的問題。學(xué)生的問題是：為什么夏天這么熱，冬天這么冷？四季是怎樣形成的？為什么夏天高度角比冬天高？一年四季的高度角為什么這樣變化？他們的思維逐漸聚焦到本課的核心問題上。（2）

14、暴露真實問題教師順?biāo)浦?，讓學(xué)生解釋為什么會有一年四季的輪轉(zhuǎn)，很多同學(xué)自信滿滿，大聲說：因為地球繞著太陽轉(zhuǎn)！這時，大屏幕出現(xiàn)了地球在繞著太陽公轉(zhuǎn)的軌道，而軌道上的四個位置的地軸均垂直于黃道面。教師說，請據(jù)圖推測，地球處于哪個位置時我們的家鄉(xiāng)是冬季，哪個位置時是夏季。課堂一片沉默，大家在找各個位置地球上的陽光直射點(diǎn)。突然，有人叫起來：“錯了，地軸應(yīng)該是傾斜的！”教師說：“如果當(dāng)初造物主安排地球就是以這樣的姿勢公轉(zhuǎn)的呢？”哦，如果真的是這樣，那么赤道附近永遠(yuǎn)是夏季，我們的家鄉(xiāng)將永遠(yuǎn)是春季（3）作圖推測大屏幕打出了正確的地球繞太陽公轉(zhuǎn)的示意圖。同學(xué)們在“課堂活動單”上通過作圖來判斷地球處于圖中四位置

15、時北半球的季節(jié)。在隨后的班級交流中，經(jīng)過一番思維碰撞，大家基本上都能作出比較準(zhǔn)確的判斷。（4）模擬實驗見證教師在教室的四個方位擺上大地球儀，各地球儀的赤道、“我的家鄉(xiāng)”和北（或南）回歸線上沿同一條經(jīng)線粘有三個玩具人。教室中間的強(qiáng)光源代表太陽。演示前，教師請各組先判斷這四個位置上的北半球所處季節(jié)，并預(yù)測將會觀察到的現(xiàn)象。大型模擬實驗的現(xiàn)象非常令人震撼，當(dāng)光線越過學(xué)生的頭頂射依次射向四個地球儀時，學(xué)生親眼見證了玩具人的影子幾乎消失的情形，驚嘆聲不時響起，他們?yōu)樽约簻?zhǔn)確的預(yù)測而歡呼。繼之，教師作重復(fù)演示，特別突出陽光直射點(diǎn)的往復(fù)移動，春分、夏至、秋分、冬至四個節(jié)氣的名稱從學(xué)生的口中說出。第三次的重復(fù)

16、演示則關(guān)注這四個特殊位置以外的情形，幫助學(xué)生建立動態(tài)的圖景。大家還指出了“今天”地球所處的位置。接著，各小組分頭動手做小型模擬實驗。實驗器具為四個小地球儀、兩片穿插直立在桌上的硬紙板，紙板上的帶箭頭的平行線代表太陽光。大家親身體驗通過尋找直射點(diǎn)確定北半球的季節(jié)和節(jié)氣。（5）拓展與回歸小結(jié)時，有學(xué)生說，歷史與社會中說的回歸線原來是這樣來的！因而有了“社會課告訴了我們是什么，科學(xué)課解決了為什么”的感嘆。最后回歸本課的主干問題。他們認(rèn)識到，原來都是傾斜惹的禍！但是，教師又指出，是否又可說成“都是傾斜捎的?！蹦兀克?、關(guān)于幾項操作性策略的反思本課的學(xué)習(xí)過程是圍繞“四季輪轉(zhuǎn)現(xiàn)象的成因是什么”這一真實問題展

17、開的。但是，要順利達(dá)成預(yù)期目標(biāo)存在著幾個障礙。首先，學(xué)生自以為已經(jīng)明了成因，真實問題難以暴露；其次，七年級學(xué)生解決這一真實問題存在著認(rèn)知和思維的斷層；兩者，即使解決學(xué)生的真實問題，如果教師過度介入甚至包辦代替，還是難以收到預(yù)期效果的。本課以下列幾項操作性策略助推目標(biāo)的達(dá)成。1激化矛盾，揭開遮蔽真實問題的面紗一個有張力的課堂必然最大程度地接近學(xué)生的真實思維。但是，小學(xué)時形成的對四季成因的淺層次理解已令學(xué)生沒有了問題感，他們以為，知道“因為地球繞太陽公轉(zhuǎn)”就足以解釋四季成因。因此，必須打破他們原有的認(rèn)知平衡，才可能揭開遮蔽事物真相的面紗，暴露真實問題。本課中，教師有意順著學(xué)生想當(dāng)然的習(xí)慣制造混亂和

18、無序，在大屏幕上展示地球繞日公轉(zhuǎn)的示意圖地軸與黃道面卻是垂直的，迫使他們陷入認(rèn)知困境。原來，即使地球繞著太陽公轉(zhuǎn)，也不一定會產(chǎn)生四季輪轉(zhuǎn)現(xiàn)象！矛盾被激化了。此時，適度的焦慮恰恰成了努力求解的內(nèi)在動力，直接而深刻地把學(xué)生卷入其中。課堂上，為解決自身疑惑的學(xué)生表現(xiàn)出了相當(dāng)高的求知熱情并全身心投入，正如“鞋合腳時，腳就被忘記了”。2任務(wù)前置，給問題解決提供思維工具 面對真實問題，知識的斷層和思維方法的欠缺使問題解決變得困難重重。因此，需要讓學(xué)生具備一些準(zhǔn)備性的知識和思維工具，比如激活在上節(jié)課已初步了解的太陽高度概念，又如把季節(jié)判斷問題轉(zhuǎn)換成可操作的“尋找太陽直射點(diǎn)”。本課的前置任務(wù)中，第一大題為本課

19、的學(xué)習(xí)提供了必要的思維拐杖：太陽高度不易觀測，以桿影長度變化來判斷氣溫的高低；光柱直射和斜射的模擬圖便于學(xué)生理解太陽高度與氣溫的關(guān)系。在課堂任務(wù)交流時，教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生討論陽光直射這一特殊情形，又給后面的問題解決提供了強(qiáng)有力的武器。任務(wù)的第二大題中，前兩個小題激活學(xué)生的生活經(jīng)驗，助其進(jìn)入真實情境。第（3）小題則直接觸及本課的核心。精心設(shè)計的前置任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生在課前激活經(jīng)驗，先行思考，有如廚師為盛宴準(zhǔn)備了原生態(tài)的食物原料；并且，“有備而來”的學(xué)生有了與教師“平起平坐”的底氣，他們將在課堂上自己作推理、做判斷，甚至指出教師的“錯誤”。因此，課堂成為思維的盛宴成為可能。3、適時“隱退”，讓學(xué)生親歷問題解決過程當(dāng)有著思