设计学习支架，改进课堂教学——《大气压强》课堂教学（案例）

1设计学习支架，改进课堂教学——《大气压强》课堂教学（案例）川沙中学华夏西校朱又元一、问题的提出“大气压的测定”是《大气压强》这节内容中的重点和难点。虽然大气压强与已学过的固体压强、液体压强都属压强但毕竟有区别，尤其是大气压强的测量方法与前面学习的方法有很大的不同。托里拆里实验又不能在课堂里演示，仅凭实验原理图讲实验，再用科学推理的方法推断出：大气压强的值可以用它能支撑住76厘米高的水银柱的事实。尽管笔者尽力讲清实验的过程，运用帕斯卡定律和连通器原理分析推理出外加在槽内水银面上的大气压强与玻璃管内水银柱的压强在数值上是相等的。但学生对这一事实其实并不十分清楚。初二学生的科学推理能力本来就不强，单调的讲解激发不起学生的浓厚兴趣和好奇心，学生学习时显的很吃力。学生在将信将疑、似懂非懂状态下学习效果自然就差。二、尝试改进分析以往教学效果差的主要原因是：一、单凭托里拆利实验原理图进行讲实验，显得单调、枯燥、乏味，不符合初中学生好奇、好动的心理特点，很难调动学生学习上的主动性和积极性。二、即便能在课堂上演示托里拆利实验，也还需要学生运用科学的方法，从已学过的帕斯卡定律，连通器原理推断出大气压强的值等于76厘米汞柱的压强值，更何况学生并没有眼见为实，中学生演绎推理能力相当薄弱，一时很难听懂，难于理解，正如专家指出的那样“儿童的演绎推理能力受到其心理发展的限制，因为儿童在短时记忆要保持相关信息比较困难，并且不能理解用于表达关系的语言。”专家还指出：“科学思考是理科教学的主要目标，它象科学概念、原理一样，完全可以通过教学训练授给学生。”由此可见，本节内容的改进首先要从学生心理特点出发，吸引学生的注意力，提高学习的主动性和积极性，其次是帮助学生在学习过程中学会科学推理的方法。这就需要教师为学生提供有效的、适时的支持和帮助，这种支持和帮助就是学习支架。三、对学习支架的理解“支架”也称“脚手架”，其本意是建筑行业中使用的支撑系统。建筑施工中少了脚手架将一事无成。把“支架”的概念用于教学时间，既形象又贴切。不难看出，教师能否在教学过程中为学生设计并适时提供有效的、合适的学习支架以组合成强有力的支持系统来提高教学效率是至关重要的。加涅认为，教学是为有效学习创设适当条件——必要条件和支持性条件。体现在课堂教学中，就是教师要从学生现有的实际发展水平出发，创设适当条件，以支持和帮助学生获得新的发展，这些适当条件实际上就是学习支架。从这意义出发，学生可被看作是站在脚手架上正在构建心目中知识大厦的施工者，而教师则是工程师和管理者，每当施工者在构建大厦过程中遇到障碍或需要纵向攀升或横向移动时，能给予及时的，有力的支持，帮助他们越过障碍或攀升到更高层次，脚手架的作用是显而易见的。而在以往的教学中，我们常常是自觉或不自觉的直接充当施工者，包办代替，这种角色错位结果就是扼杀了学生学习上的自主性，积极性和创造性。“学习支架”不应该是形式化、简单化、单一化的支撑，应如建筑支架那样，由各种支撑组合成强有力的支持系统。学习支架应该是多维度、多层次的，在设计学习支架时，应视不同的教学内容，不同的教学对象选用不同的支架。如情景、问题，例题，实验，科学推理，课件等多种形式的学习支架。只有精心设计，巧妙组合，使学习支架成为学生学习的有效支持系统，课堂教学才能取得更好的效果。四、设计学习支架要为学生设计和提供适时适当的学习支架，必须对教学任务进行详细的分析，尤其对学生的学情即实际的发展水平和潜在的发展水平作出准确的分析评估，对学生在学习过程中可2能在什么细节会碰到哪些困难要有充分的预测，这是设计提供学习支架的依据。（一）学情分析：学习本节内容时，学生已掌握了固体压强、液体压强、帕斯卡定律和液压传动原理等知识，但是学生在回答用麦管喝饮料时，是大气压把饮料压进嘴里的还是吸进嘴里的？这样的问题时，不少学生仍然认为是吸进嘴里的，显示了学生对大气压作用的认识是肤浅的，模糊不清的，甚至是错误的。在这种状况下，再讲解托里拆利实验的原理，从而让学生推断出大气压值等于管内水银柱的压强值，困难是显而易见的。针对上述存在的问题，本节课设计了如下几个学习支架。（二）设计并提供学习支架：学习支架一：创设情景，用活塞式抽水机源源不断地把水抽上来，用麦管轻松的喝着饮料。熟悉而又生动的音像画面，让物理学自然地走进学生生活，立刻引起了学生的注意，激发了学生的好奇心和求知欲，并意识到学后会有用处。学生很快进入积极的学习状态，学习兴趣的提高，促进了学习效率的提高，情景支架的主要作用是为学生提供学习上的支持性条件。加涅认为支持性条件是学习产生加速或减速作用的条件，缺少了支持性条件，学习不一定不能发生，但其效率不高，威特罗克指出：“知识的生成不是始于信息的感知，而是始于对信息的注意，只有被注意了的信息，才有可能进入信息加工过程中。”在学习过程中，教师适时并适当地为学生提供情景支架，对提高学习效率的作用是肯定的。学习支架二：演示实验1：在三角大烧瓶中灌满水，把插有玻璃管的橡皮塞（不能漏气）盖紧瓶口，用橡皮管连接玻璃导管和抽气机，请一位学生帮助抽气，结果怎么也无法把瓶中的水抽出来。是什么原因呢？经过共同分析得出，其原因是装满水并用橡皮塞盖紧的水面上没有空气，没有空气就没有大气压的作用，也就无法抽出水来。学习支架三：演示实验2：拔出装满水的烧瓶上的橡皮塞，让玻璃导管直接插入水中，用一个空烧瓶（如图1所示）和导管把抽气机和装满水的烧瓶连接起来，就能清楚地观察到，抽气机抽去的是空瓶中的空气，水却源源不断地流入空瓶中，与前一个实验比较，学生不难发现，拔去橡皮塞后水面上就有了大气压的作用，当抽气机抽去空瓶中的一部分空气后，瓶中气压降低，水面上的大气压就把水压进了空瓶，以上两个实验的事实终于使学生恍然大悟：原来用麦管喝饮料也一样，当用力吸麦管时，麦管中的空气被吸出的同时，气压下降，饮料面上的大气压便把饮料压到嘴里了。抽水机抽出的水实质也是大气压把水压上来的。学习支架四：分组学生实验，用仅1米长左右二端开口的玻璃管插入水槽里，能观察到管内外水面相平，是因为管内外水面上同时作用着大气压。接着用橡皮管把玻璃管与抽气机连接起来，开始抽气（如图2所示）。能观察到随着不断抽气，管内水面不断上升，这是大气压作用的结果，此时引导学生运用连通器原理进行分析得出管内水柱产生的压强P水柱和管内空气的压强P空气之和等于作用在玻璃管外水面上的大气压强P0,即P0=P水柱+P空气。若抽气机不断抽气，P空气不断减小，满足等式关系，则有P水柱不断增大。实验现象证实了这一推断。假设，当管内抽成真空，即P空气＝0时，则有P0=P水柱。实验显示，由于水的密度太小，用长仅1米左右的玻璃管和水要完成这一实验是困难的，因为P0=P水柱＝ρ水gh水柱则h水柱＝gP水0，式图1图23中P0在测量时可认为是定值，那么液体柱的高与液体的密度成反比关系，从中可以进一步得到取用的液体的密度越大，那么管内液体柱的高度就越小，经过这样的分析推理，学生不难想到用水银替代水来做这个实验才能成功（如图3所示）将抽成真空的玻璃管上部开口封闭，其实就是托里拆利实验。（如图4）在此基础上，讲述托里拆利实验原理就顺理成章了。学习支架2、3、4成梯状的支架组合的提供，既训练了学生的科学推理能力，又搬掉了理解上的障碍，学生理解托里拆利实验判定：大气压强值可以用它能支持住76厘米高的水银柱这一事实来表示的难度大大降低。显然学习支架2、3、4支持和帮助学生感悟了托里拆利实验测量大气值的原理和科学的推理方法，使学生顺利地完成了对所学新知识的意义建构，同时也纠正了学生日常生活中已形成的错误概念。实验推理支架的主要作用是为学习者提供学习上的必要条件。加涅认为“必要条件是学习中不可缺少的条件，缺少必要条件，相应的学习便不能出现。”在物理学习中，当初中学生对真实世界中物理事件的观念与学校所教的观念相冲突，或他的学习能力滞后于学习要求时，常常会面临种种困惑，这种种困惑往往阻碍了学习的出现，此时，合适的学习支架的及时提供，帮助学生越过学习障碍，推开了学习大门，学生在对知识的意义建构中不断消除学习中的困惑，不断纠正原有已形成的错误概念，新知识的习得就变得容易了。五、比较与评价完成本节内容教学后，我对所教的实行“支架式学习”（称实验班）和传统式学习（称对照班）的二个平行班进行效果比较，检验运用学习支架改进课堂教学的成效。比较评估从二方面着手：（1）教研组其他教师参加听课观察，为了使观察更客观，还聘请其他学科教师共同参与，重点观察学生在学习过程中的注意力、态度和参与程度。通过交流，听课教师一致认为实验班学生表现出注意力的高度指向性，在观察实验现象、分析推断实验结果活动中的主动性、积极性和参与度都明显高于对照班。（2）在课堂反馈练习中，对用大气压强有关的知识解释一些相关现象，对托里拆利实验原理的理解进行了测试，实验班全对率88.9％，对照班全对率69.1％，差异十分明显，说明了运用学习支架改进课堂教学效果是肯定的。图3图4