在解决真实问题中实现思维的进阶发展

1、在解决真实问题中实现思维的进阶发展以初中科学地球绕日运动教学为例浙江省台州市路桥区教育局教研室 韩月红 刊中学地理教学参考2014.4摘 要 学生在各学段学习同一主题下的概念时，思维发展有着内在连贯性。初中科学教学应关注学生的原有经验和学习起点，最大程度地接近学生的真实思维。在教学设计中，教师努力寻求学科逻辑顺序与学生心理顺序的沟通，重整教学内容，围绕真实问题的解决展开教学，促进学生思维的进阶发展。关键词 真实问题 发展思维 整体视野 在构建知识体系和模型的过程中发展思维，是初中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

2、增加的类似螺旋式的过程。学生在各学段学习同一主题下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并充分调动其生活和学习经验的课程才可能构建对重要概念的深入理解。1这一认识不仅对课程标准的编制和教材的编写有着深远的意义，而且对于教学实践有着十分重要的指导作用。本着师生是课程的创生者的思想，本文以一线教师的视角，以亲身经历的地球绕日运动的教学为例，探讨教学中如何围绕真实问题的解决，促使学生在概念建构中实现思维的进阶发展。一、问题与分析科学知识体系和模型的建构一般都是围绕概念进行的。从某种意义上说，初中科学学习就是一个把科学事实概念化以

3、及学生前概念的丰富和重建过程。但是，在有些重要概念的教学中，如果忽视学生的心理顺序而沿着学科逻辑顺序进行，可能会遭遇相当大的困难。1课堂上的困境在初中科学教科书中，“地球绕日运动”一节的内容分“地球的公转”、“正午太阳高度变化”、“昼夜长短变化”三部分展开。笔者曾连续观察多位教师执教该课。他们基本上都沿着教材的思路，先介绍地球公转的有关知识，再讨论正午太阳高度的变化。在第一部分中，借助小学的基础，学习似乎进行得相当顺利。但到了“正午太阳高度变化”部分，教师先给出太阳高度概念，然后讨论为什么太阳高度会变化，再讨论太阳高度变化引起的若干现象，很多学生的思维开始跟不上了，教学变成了教师的自说自话。面

4、对学生的状态，有青年教师情急之下脱口而出：“刚才都好好的，现在怎么都不响了呢？”我们发现，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学生的认知起点七年级学生已经能够笼统地解释一年四季的成因，也能说出春分、夏至、秋分、冬至四个节气的名称，但是，限于小学阶段的空间想象能力以及知识基础，绝大多数学生并未真正明白，地球绕太阳公转何以就能形成四季交替现象。对于夏季和冬季的正午太阳位置的差别，他们在生活中有了初步的体验，如果以合适的方式给予激活，可以作为本课学习的良好起点。此外，初中学生对自己真正想搞清的问题会非常投入。因此，基于学生经验且有适度挑战性的问题更容易引发他们积极参与其中。3学科逻

5、辑顺序与学生心理顺序的矛盾 受线性和还原思维的影响，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的联系、沿着线性的路径编排。这常常会与刚开始入门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，如为什么每天会天黑，为什么有四季轮转等等。这种认知顺序与人类早年对自然的认识有着惊人的相似。人类为了解释这些现象，开始寻找因果关系，并在此过程中建立科学概念体系，也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，在成人设计教材和教学序列的过程中，为了体现学科内在逻辑关系，常常忽略了孩子

6、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。这是把内行专家的终点当成初学者的起点。 2因而构成了矛盾。本课中，虽然由于有小学的基础，教材的第一部分“地球的公转”貌似觉得比较顺利，但是，到了第二部分“正午太阳高度变化”，学生就困难重重。首先，“太阳高度”这一在地理专业人员眼中十分重要的概念，对学生来说却如同空降，他们不知道它有什么用、为什么要引入、跟他们的生活和经验有何关系。接着，又要讨论正午的太阳高度如何变以及为什么会这样变，还要在此基础上搞清一年中昼夜长短的轮转问题。他们可能会想：为什么非要讨论好象跟我无关的正午太阳高度？它变或不变、怎么变、为什么

7、变有这么重要吗？从学科逻辑的角度来看，以正午太阳高度的变化切入问题的讨论，是严谨和准确的，但是，严格的逻辑形式是学科专家和内行者在长期的研究中所得到的结论，与七年级学生的原有经验脱节，与他们的心理顺序间存在着矛盾。如果学生感觉不到学习任务的个人意义，要让他深度投入并理解所学的内容会十分困难。这种情况下的学习结果很可能只是一堆没有生命活力和灵性的文字符号。学生不仅未能很好地在初中实现应有的发展，对今后高中阶段这方面知识的进一步学习也是十分不利的。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

8、生心理顺序。1围绕真实问题的解决展开教学当前，科学课堂教学常常根据教科书的编排顺序，通过教师讲解进行。至于讲解的问题是不是学生的真正需要，是不是教在最需要之处，有利于他们的进阶发展，却常常被忽视了。而围绕学生真正想解决的问题，课堂的情形就不一样了。因为真正的问题是学生不懂甚至深感疑惑的，且常常需要教师或同伴帮助解决的。真实问题一般是学生在日常生活中可能面临的或者在前面学习中产生的迫切想解决的，常常与学生的原有经验密切联系，位于最近发展区。在本课的设计中，我们面临着两个选择：以学科教学专家抽象概括了的学科知识为切入点组织教学，让实际问题为科学知识服务；还是直接从真实的问题入手来组织教学，科学知识

9、服务于解决实际问题。我们的选择是后者。这不仅基于对前述矛盾的分析，并且，将知识隐含在解决真实问题的过程中，而非直奔它而去，十分有利于学生将新知与已有经验相连接。而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入学习。形成一年中四季交替的直接原因是正午太阳高度的变化。但是，若以这个角度切入，学生会因为体会不到学习的意义而缺乏内在动机。而事实上，一年四季正午太阳高度的变化恰恰就是由于地球“侧着身子”绕太阳公转引起的。因此，地球绕太阳的公转与正午太阳高度变化，有着密切的内在相关性，何不把二者整合成一个问题！我们可以从学生司空见惯的四季轮转现象切入，让他们亲自去寻找背后的原因？至于太

10、阳高度这一概念，尽管在地理知识体系中是一个重要概念，但在初中这节课中，它不过是中介和桥梁，可把它看成仅仅是为解决问题服务的。2在单元视野下整体安排学习进程“不谋万世者不足谋一时，不谋全局者不足谋一域”。系统论也告诉我们，整体大于局部之和。教材中的章或单元一般都是以同一主题整合科学知识的结果，有着相对的完整性。在单元教学设计中，应在研究学生的认知规律和内在需求，统筹安排学习进程，整体设计，分节实施。对于学生学习困难较大的内容，尤应如此。 在教材中，地球的自转和地球的绕日运动两节组成了以“地球的运动和意义”为主题的小单元。在地球绕日运动中，要真正解决四季轮转的问题，太阳高度及其与杆影关系、直射点等

11、概念还是绕不过去的。但是，如果按照教材的安排，让这些新名词在一节课中出现，并要求学生灵活应用它，则会导致学生无所适从。因而，我们及早筹划，在单元的整体视野下考虑“节”的教学，让学生在地球的自转一课前即观测并记录一天中杆影的变化，并推测导致杆影作如此变化的原因。此任务的作用是，地球的自转一课中，以真实情境中的观测和思考为起点，模拟实验不仅仅是人为设计的“虚假的”活动，而被赋予了新的意义；更重要的是，在学生经历真实情境观测的基础上，教师可以在地球的自转一课的开头引导他们讨论“为什么一天中早晨和傍晚气温低，中午气温高”，让高度角概念在师生讨论中自然形成了。由此还可以进一步讨论高度角与杆影长的关系，发

12、及阳光直射的意义。这样，为后续地球绕日运动一课提供了必备的认知阶梯，难点得以分散。三、地球绕日运动的学习进程1前置任务在本单元的第一节结束、地球的绕日运动开始前，笔者布置了如下任务：（一）太阳高度与一天中气温的关系（1）结合你的生活经验和有关知识推测，某地某时的太阳高度角与地面受到的太阳辐射有怎样的关系？或者，杆影的长度与当地受到的太阳辐射有什么关系？（2）右边示意图可能有利于你解释上面的推测结果。手电筒发出的光柱直照或斜照到地面，相同面积的地面上所受的热辐射哪个大？（3）现在，你能解释为什么一天中中午比早上和傍晚热吗？_天正午 _天正午北南（二）不同季节的太阳高度（1）如右图，根据生活经验判

13、断，哪是夏天的正午，哪是冬天的正午。（2）在我们居住的地方，夏季观察到的太阳一天中运行的轨迹如右上图。请根据你的生活经验，在图中添画冬季太阳一天运行的轨迹。（图略）（3）在冬季的正午，太阳高度角比夏季大还是小？你能用太阳高度角的变化解释为什么冬季比夏季冷吗？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。通过找直射点确定气温最高处等操作要点，在讨论中达成共识。教师让学生说说最想问的问题。学生的问题是：为什么夏天这么热，冬天这么冷？四季是怎样形成的？为什么夏天高度角比冬天高？一年四季的高度角为什么这样变化？他们的思维逐渐聚焦到本课的核心问题上。（2）

14、暴露真实问题教师顺水推舟，让学生解释为什么会有一年四季的轮转，很多同学自信满满，大声说：因为地球绕着太阳转！这时，大屏幕出现了地球在绕着太阳公转的轨道，而轨道上的四个位置的地轴均垂直于黄道面。教师说，请据图推测，地球处于哪个位置时我们的家乡是冬季，哪个位置时是夏季。课堂一片沉默，大家在找各个位置地球上的阳光直射点。突然，有人叫起来：“错了，地轴应该是倾斜的！”教师说：“如果当初造物主安排地球就是以这样的姿势公转的呢？”哦，如果真的是这样，那么赤道附近永远是夏季，我们的家乡将永远是春季（3）作图推测大屏幕打出了正确的地球绕太阳公转的示意图。同学们在“课堂活动单”上通过作图来判断地球处于图中四位置

15、时北半球的季节。在随后的班级交流中，经过一番思维碰撞，大家基本上都能作出比较准确的判断。（4）模拟实验见证教师在教室的四个方位摆上大地球仪，各地球仪的赤道、“我的家乡”和北（或南）回归线上沿同一条经线粘有三个玩具人。教室中间的强光源代表太阳。演示前，教师请各组先判断这四个位置上的北半球所处季节，并预测将会观察到的现象。大型模拟实验的现象非常令人震撼，当光线越过学生的头顶射依次射向四个地球仪时，学生亲眼见证了玩具人的影子几乎消失的情形，惊叹声不时响起，他们为自己准确的预测而欢呼。继之，教师作重复演示，特别突出阳光直射点的往复移动，春分、夏至、秋分、冬至四个节气的名称从学生的口中说出。第三次的重复

16、演示则关注这四个特殊位置以外的情形，帮助学生建立动态的图景。大家还指出了“今天”地球所处的位置。接着，各小组分头动手做小型模拟实验。实验器具为四个小地球仪、两片穿插直立在桌上的硬纸板，纸板上的带箭头的平行线代表太阳光。大家亲身体验通过寻找直射点确定北半球的季节和节气。（5）拓展与回归小结时，有学生说，历史与社会中说的回归线原来是这样来的！因而有了“社会课告诉了我们是什么，科学课解决了为什么”的感叹。最后回归本课的主干问题。他们认识到，原来都是倾斜惹的祸！但是，教师又指出，是否又可说成“都是倾斜捎的福”呢？四、关于几项操作性策略的反思本课的学习过程是围绕“四季轮转现象的成因是什么”这一真实问题展

17、开的。但是，要顺利达成预期目标存在着几个障碍。首先，学生自以为已经明了成因，真实问题难以暴露；其次，七年级学生解决这一真实问题存在着认知和思维的断层；两者，即使解决学生的真实问题，如果教师过度介入甚至包办代替，还是难以收到预期效果的。本课以下列几项操作性策略助推目标的达成。1激化矛盾，揭开遮蔽真实问题的面纱一个有张力的课堂必然最大程度地接近学生的真实思维。但是，小学时形成的对四季成因的浅层次理解已令学生没有了问题感，他们以为，知道“因为地球绕太阳公转”就足以解释四季成因。因此，必须打破他们原有的认知平衡，才可能揭开遮蔽事物真相的面纱，暴露真实问题。本课中，教师有意顺着学生想当然的习惯制造混乱和

18、无序，在大屏幕上展示地球绕日公转的示意图地轴与黄道面却是垂直的，迫使他们陷入认知困境。原来，即使地球绕着太阳公转，也不一定会产生四季轮转现象！矛盾被激化了。此时，适度的焦虑恰恰成了努力求解的内在动力，直接而深刻地把学生卷入其中。课堂上，为解决自身疑惑的学生表现出了相当高的求知热情并全身心投入，正如“鞋合脚时，脚就被忘记了”。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，比如激活在上节课已初步了解的太阳高度概念，又如把季节判断问题转换成可操作的“寻找太阳直射点”。本课的前置任务中，第一大题为本课的学习提供了必要的思维拐杖：太阳高度不易观测，以杆影长度变化来判断气温的高低；光柱直射和斜射的模拟图便于学生理解太阳高度与气温的关系。在课堂任务交流时，教师有意识地引导学生讨论阳光直射这一特殊情形，又给后面的问题解决提供了强有力的武器。任务的第二大题中，前两个小题激活学生的生活经验，助其进入真实情境。第（3）小题则直接触及本课的核心。精心设计的前置任务引导学生在课前激活经验，先行思考，有如厨师为盛宴准备了原生态的食物原料；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作推理、做判断，甚至指出教师的“错误”。因此，课堂成为思维的盛宴成为可能。3