在解決真實問題中實現思維的進階展

1、在解決真實問題中實現思維的進階發(fā)展以初中科學地球繞日運動教學為例浙江省臺州市路橋區(qū)教育局教研室 韓月紅 刊中學地理教學參考2014.4摘 要 學生在各學段學習同一主題下的概念時，思維發(fā)展有著內在連貫性。初中科學教學應關注學生的原有經驗和學習起點，最大程度地接近學生的真實思維。在教學設計中，教師努力尋求學科邏輯順序與學生心理順序的溝通，重整教學內容，圍繞真實問題的解決展開教學，促進學生思維的進階發(fā)展。關鍵詞 真實問題 發(fā)展思維 整體視野 在構建知識體系和模型的過程中發(fā)展思維，是初中科學學習的重要目標。有關研究表明，學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，而是一系列復雜程度逐次

2、增加的類似螺旋式的過程。學生在各學段學習同一主題下的概念時所遵循的連貫的、典型的學習路徑的描述稱為學習進階。學生思維進階發(fā)展的規(guī)律提示我們，只有符合學生認知發(fā)展并充分調動其生活和學習經驗的課程才可能構建對重要概念的深入理解。1這一認識不僅對課程標準的編制和教材的編寫有著深遠的意義，而且對于教學實踐有著十分重要的指導作用。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，以親身經歷的地球繞日運動的教學為例，探討教學中如何圍繞真實問題的解決，促使學生在概念建構中實現思維的進階發(fā)展。一、問題與分析科學知識體系和模型的建構一般都是圍繞概念進行的。從某種意義上說，初中科學學習就是一個把科學事實概念化以

3、及學生前概念的豐富和重建過程。但是，在有些重要概念的教學中，如果忽視學生的心理順序而沿著學科邏輯順序進行，可能會遭遇相當大的困難。1課堂上的困境在初中科學教科書中，“地球繞日運動”一節(jié)的內容分“地球的公轉”、“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，先介紹地球公轉的有關知識，再討論正午太陽高度的變化。在第一部分中，借助小學的基礎，學習似乎進行得相當順利。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象，很多學生的思維開始跟不上了，教學變成了教師的自說自話。面

4、對學生的狀態(tài)，有青年教師情急之下脫口而出：“剛才都好好的，現在怎么都不響了呢？”我們發(fā)現，凡按照上述思路進行本課教學的，大多會陷入類似的困境。2學生的認知起點七年級學生已經能夠籠統(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，限于小學階段的空間想象能力以及知識基礎，絕大多數學生并未真正明白，地球繞太陽公轉何以就能形成四季交替現象。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，可以作為本課學習的良好起點。此外，初中學生對自己真正想搞清的問題會非常投入。因此，基于學生經驗且有適度挑戰(zhàn)性的問題更容易引發(fā)他們積極參與其中。3學科邏

5、輯順序與學生心理順序的矛盾 受線性和還原思維的影響，為體現嚴謹的學科邏輯體系、清晰而有序地呈現知識的需要，在理科教材中，各單元的知識基本上依據學科本身的系統(tǒng)和內在的聯系、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生矛盾。學生對自然界及其背后蘊藏的科學知識的認知常常是從真實世界的問題開始的，如為什么每天會天黑，為什么有四季輪轉等等。這種認知順序與人類早年對自然的認識有著驚人的相似。人類為了解釋這些現象，開始尋找因果關系，并在此過程中建立科學概念體系，也即學科專家建立科學邏輯體系也是始于現象和問題的。但是，在成人設計教材和教學序列的過程中，為了體現學科內在邏輯關系，常常忽略了孩子

6、們的認知需求和發(fā)展路徑，把專家們取得的各種結論加以濃縮提煉，讓學生從系列的定義開始學習。這是把內行專家的終點當成初學者的起點。 2因而構成了矛盾。本課中，雖然由于有小學的基礎，教材的第一部分“地球的公轉”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、跟他們的生活和經驗有何關系。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，還要在此基礎上搞清一年中晝夜長短的輪轉問題。他們可能會想：為什么非要討論好象跟我無關的正午太陽高度？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，是嚴謹和準確的，但是，嚴格的邏輯形式是學科專家和內行者在長期的研究中所得到的結論，與七年級學生的原有經驗脫節(jié)，與他們的心理順序間存在著矛盾。如果學生感覺不到學習任務的個人意義，要讓他深度投入并理解所學的內容會十分困難。這種情況下的學習結果很可能只是一堆沒有生命活力和靈性的文字符號。學生不僅未能很好地在初中實現應有的發(fā)展，對今后高中階段這方面知識的進一步學習也是十分不利的。二、 教學改進的思路與定位在本課的教學設計中，需要根據學習者的身心發(fā)展規(guī)律以及他們的興趣、愛好、需要、經驗背景等來安排學習內容，努力溝通學科邏輯順序與學

8、生心理順序。1圍繞真實問題的解決展開教學當前，科學課堂教學常常根據教科書的編排順序，通過教師講解進行。至于講解的問題是不是學生的真正需要，是不是教在最需要之處，有利于他們的進階發(fā)展，卻常常被忽視了。而圍繞學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。真實問題一般是學生在日常生活中可能面臨的或者在前面學習中產生的迫切想解決的，常常與學生的原有經驗密切聯系，位于最近發(fā)展區(qū)。在本課的設計中，我們面臨著兩個選擇：以學科教學專家抽象概括了的學科知識為切入點組織教學，讓實際問題為科學知識服務；還是直接從真實的問題入手來組織教學，科學知識

9、服務于解決實際問題。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，十分有利于學生將新知與已有經驗相連接。而當知識為問題解決服務時, 它是活的。這些都會促使學生積極主動地投入學習。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，學生會因為體會不到學習的意義而缺乏內在動機。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“側著身子”繞太陽公轉引起的。因此，地球繞太陽的公轉與正午太陽高度變化，有著密切的內在相關性，何不把二者整合成一個問題！我們可以從學生司空見慣的四季輪轉現象切入，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的。2在單元視野下整體安排學習進程“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知識的結果，有著相對的完整性。在單元教學設計中，應在研究學生的認知規(guī)律和內在需求，統(tǒng)籌安排學習進程，整體設計，分節(jié)實施。對于學生學習困難較大的內容，尤應如此。 在教材中，地球的自轉和地球的繞日運動兩節(jié)組成了以“地球的運動和意義”為主題的小單元。在地球繞日運動中，要真正解決四季輪轉的問題，太陽高度及其與桿影關系、直射點等

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，并要求學生靈活應用它，則會導致學生無所適從。因而，我們及早籌劃，在單元的整體視野下考慮“節(jié)”的教學，讓學生在地球的自轉一課前即觀測并記錄一天中桿影的變化，并推測導致桿影作如此變化的原因。此任務的作用是，地球的自轉一課中，以真實情境中的觀測和思考為起點，模擬實驗不僅僅是人為設計的“虛假的”活動，而被賦予了新的意義；更重要的是，在學生經歷真實情境觀測的基礎上，教師可以在地球的自轉一課的開頭引導他們討論“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。由此還可以進一步討論高度角與桿影長的關系，發(fā)

12、及陽光直射的意義。這樣，為后續(xù)地球繞日運動一課提供了必備的認知階梯，難點得以分散。三、地球繞日運動的學習進程1前置任務在本單元的第一節(jié)結束、地球的繞日運動開始前，筆者布置了如下任務：（一）太陽高度與一天中氣溫的關系（1）結合你的生活經驗和有關知識推測，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系？或者，桿影的長度與當地受到的太陽輻射有什么關系？（2）右邊示意圖可能有利于你解釋上面的推測結果。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，根據生活經驗判

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行的軌跡如右上圖。請根據你的生活經驗，在圖中添畫冬季太陽一天運行的軌跡。（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課堂教學過程（1）現象引發(fā)思考課堂教學從討論課前任務開始。繼短暫的小組交流后，進入班級討論。通過找直射點確定氣溫最高處等操作要點，在討論中達成共識。教師讓學生說說最想問的問題。學生的問題是：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水推舟，讓學生解釋為什么會有一年四季的輪轉，很多同學自信滿滿，大聲說：因為地球繞著太陽轉！這時，大屏幕出現了地球在繞著太陽公轉的軌道，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。突然，有人叫起來：“錯了，地軸應該是傾斜的！”教師說：“如果當初造物主安排地球就是以這樣的姿勢公轉的呢？”哦，如果真的是這樣，那么赤道附近永遠是夏季，我們的家鄉(xiāng)將永遠是春季（3）作圖推測大屏幕打出了正確的地球繞太陽公轉的示意圖。同學們在“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，經過一番思維碰撞，大家基本上都能作出比較準確的判斷。（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線粘有三個玩具人。教室中間的強光源代表太陽。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)，并預測將會觀察到的現象。大型模擬實驗的現象非常令人震撼，當光線越過學生的頭頂射依次射向四個地球儀時，學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)樽约簻蚀_的預測而歡呼。繼之，教師作重復演示，特別突出陽光直射點的往復移動，春分、夏至、秋分、冬至四個節(jié)氣的名稱從學生的口中說出。第三次的重復

16、演示則關注這四個特殊位置以外的情形，幫助學生建立動態(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確定北半球的季節(jié)和節(jié)氣。（5）拓展與回歸小結時，有學生說，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，科學課解決了為什么”的感嘆。最后回歸本課的主干問題。他們認識到，原來都是傾斜惹的禍！但是，教師又指出，是否又可說成“都是傾斜捎的福”呢？四、關于幾項操作性策略的反思本課的學習過程是圍繞“四季輪轉現象的成因是什么”這一真實問題展

17、開的。但是，要順利達成預期目標存在著幾個障礙。首先，學生自以為已經明了成因，真實問題難以暴露；其次，七年級學生解決這一真實問題存在著認知和思維的斷層；兩者，即使解決學生的真實問題，如果教師過度介入甚至包辦代替，還是難以收到預期效果的。本課以下列幾項操作性策略助推目標的達成。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生的真實思維。但是，小學時形成的對四季成因的淺層次理解已令學生沒有了問題感，他們以為，知道“因為地球繞太陽公轉”就足以解釋四季成因。因此，必須打破他們原有的認知平衡，才可能揭開遮蔽事物真相的面紗，暴露真實問題。本課中，教師有意順著學生想當然的習慣制造混亂和

18、無序，在大屏幕上展示地球繞日公轉的示意圖地軸與黃道面卻是垂直的，迫使他們陷入認知困境。原來，即使地球繞著太陽公轉，也不一定會產生四季輪轉現象！矛盾被激化了。此時，適度的焦慮恰恰成了努力求解的內在動力，直接而深刻地把學生卷入其中。課堂上，為解決自身疑惑的學生表現出了相當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，需要讓學生具備一些準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)判斷問題轉換成可操作的“尋找太陽直射點”。本課的前置任務中，第一大題為本課

19、的學習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生理解太陽高度與氣溫的關系。在課堂任務交流時，教師有意識地引導學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有力的武器。任務的第二大題中，前兩個小題激活學生的生活經驗，助其進入真實情境。第（3）小題則直接觸及本課的核心。精心設計的前置任務引導學生在課前激活經驗，先行思考，有如廚師為盛宴準備了原生態(tài)的食物原料；并且，“有備而來”的學生有了與教師“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”，讓學生親歷問題解決過程當有著思