以思维为中心的浮力课堂复习进阶设计

摘 要：利用学习进阶理念，以思维为中心，把“称重法测浮力进阶”“浮力法测密度进阶”转化为思维导图.以实验图像为一级节点，以图像类比、模型类比、运动状态类比为分支要点，设计浮力复习进阶思维导图.以思维导图显示的进阶为载体，实现思维可视化，应用于九年级浮力复习教学，提高学生对进阶的自我管理水平，最终达到学生有效地实现知识的意义建构.

关键词：学习进阶;浮力;思维导图;复习;设计;类比

文章编号：1008-4134（2019）14-0029中图分类号：G633.7文献标识码：B

基金项目：浙江省教科院2017年度规划课题“学习进阶在初中科学复习教学中的应用研究”（项目编号：2017sc291）.

作者简介：颜伟云（1966-），男，浙江温岭人，本科，中学高级教师，中学特级教师，研究方向：初中科学课堂教学.

思维是一种基于某种目的而进行的有意识的探索行为[1].在复习教学中，以思维为中心的教学，强调学生是认知的主体，是知识意义的主动建构者，通过对具有活动性的科学问题的解决，在问题的解决中帮助和促进学生思维的生成，最终达到使学生有效地实现知识的意义建构的目的[2].这种“具有活动性的科学问题”，可以是“思维导图显示的进阶”.因为思维导图的核心目标是呈现合理自然的知识结构，思维导图的核心工作是理顺基本的思维过程，确定基本顺序思想，这与复习中学生实现知识有效建构的目标是一致的.

1 原有知识思维导图化

无论是为了知识结构，还是思维过程，复习都应从学生自身原有知识图式、新的知识结构和新旧知识联结方式三个方面去考虑，形成知识的自然结构.与一般的科学知识结构相似，浮力内容也包括概念、原理（产生原因）、规律（阿基米德原理）、条件（浮沉条件）、应用，不同的学生，思维受阻的内容节点不同，思维受激发的进阶节点也有差异.根据2011年——2017年间的实践调查及2015年来的班集体复习经验，“称重法测浮力进阶”“浮力法测密度进阶”应该是学生集体学习中重要的原有知识，以思维为中心的复习，应以这些原有知识图式为基础，努力让学生内在个体的思维过程外显为共享的思维过程.

1.1 称重法测浮力进阶的思维导图

“称重法测浮力进阶”有条目式、思维导图式二个版本.条目式的人人都已习惯，而思维导图式的（如图1右），在班集体里，只有部分优秀学生心中有这个图式，能完整描述其中清晰的“阶”.对大部分学生而言，卻是一种新的知识结构，需要引导与学习.

思维导图是一种以可视化手段支持思维激发和思维整理的工具，但它并没有提供“如何激发”和“如何整理”的思维框架.不同的人使用思维导图的效果不一样，就是因为不同人的思维模式不同[3].如图1所示的思维导图，作为新旧知识的联结方式，可以是课前预发、课堂交流、个性修正，也可以课堂中媒体呈现，引导学生快速回忆.

需要说明的是，这种有引导的“懂”，对部分学习困难的学生，可能是假懂.思维导图的发散相当于路径，其节点相当于路标，它提示一种思维整理的可能，而无论做多少习题，也许还是看不清这种路标的存在，这就是它特殊的价值.有路标会走道，并不表示自己能识途，脱离思维导图，学生又会迷失的.仅有了路标与路径，并不足以提供学生认知发展的支撑，只有找到学生每一次进步的“脚踏台阶”，才能帮助学习者发展和完善原有的认知结构，顺利构建有意义的认知.所以，“‘阶是建立在进阶变量基础上的、学生认知发展的‘脚踏点”[4].

1.2 浮力法测密度进阶的思维导图

“浮力法测密度进阶”也有二个版本，条目式与思维导图式.在班集体复习中使用“浮力法测密度进阶”，我们引导学生按科学探究的基本要求，从原理、

数据测量、数据处理、结论及外界环境等一级节点开始思考，在集体中互动交流，共同构建思维导图（如图2所示）.

针对九年级学生设计的一个复习进阶，要考虑它的提分点在哪？提能点在哪？核心素养又在哪？用思维导图，把零散的点状知识，整理成新的图式，使新旧知识之间建立更多的沟通.

2 以思维为中心的浮力复习课进阶设计

“学习进阶”是对学生在各学段学习同一主题的概念时所遵循连贯的、典型的学习路径描述，一般呈现为围绕核心概念展开的一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列[5].这种概念序列可以用思维导图展示出来.“以思维为中心的浮力课堂复习进阶”，以实验为基础，按图a称重法测浮力、图b浮力法测密度与坐标、图c浮力产生的原因、图d浮沉条件与应用等4个一级节点为概念序列，发散展开，呈现合理自然的知识结构，理顺基本的思维过程，确定基本顺序思想.（如图3所示）

2.1 浮力复习课的进阶变量

复习承载着“回顾与整理、沟通与生长”的独特功能，“要整理和积累原有知识图式中的一些常用模式，要确定好新知识结构中关键词的层次和类别，要用最为简单、最为明显的放射方式绘制思维导图”，有了图1、图2的常用模式，还需要围绕核心概念、关键能力，分解成最简单、最明显的“阶”，绘制思维导图.

2.2.1 对核心概念、关键能力构建学习进阶

浮力复习课的核心概念自然是力，以浮力为点，联系二力平衡、重力、压力、压强、密度等，完善力学体系.从力的三要素出发，重点讨论浮力大小的进阶，如影响浮力大小的因素探究，及相关的数据处理方式，从重力与浮力的联系角度，解决浮沉等现实应用问题，与生产、生活联系.

2.2.2 构建基于学生视角且清晰的“阶”

基于学生视角且清晰的“阶”，要重人文积淀、人文情怀，根据学生的“痛点”设计学习进阶.如图3中的“图d浮沉条件与应用”一级节点下的展开，把“状态”节点分解为“平衡状态”与“变速过程”2个子节点，再细分为漂浮、悬浮、匀速下沉、匀速上浮、沉底、拉压静止和上浮、下沉等8种状态，并配之以相应的公式选择.这种思维广度的细分，源于学生的学习经验：浮力其实很简单，只要搞清楚物体是漂浮、悬浮还是沉底就好.分清“状态”就好，这是很重要的思维习惯.当然，作为原理的使用条件，还得提示F浮=ρ液gV排在任何状态下都适用.

基于学生视角且清晰的学习进阶，必然指向明确的学习目标.“教学目标的确立既要考虑进阶终端，也要考虑进阶始端.学习进阶的始端即认知的起点，而终端则是认知的终点，即科学概念层次.”图3思维导图预设的学习目标是：对浮力概念的了解，阿基米德原理的分析计算、浮沉条件的分析，实验设计、图像类比、坐标模型类比及数据处理能力.具体到一节课中，学生不可能完成由始端到终端的全部任务，而往往是完成从始端到终端的某个或某几个阶.因此，要针对不同的学生，侦测其经验概念层级在整个学习进阶中的位置，并据此落实学习目标.

基于学生视角且清晰的学习进阶，丰富核心知识的表象积累，培养学生解题的直觉能力.在图3的学习进阶中，表象积累分以下六类：一是對浮力测量、影响要素的表象积累;二是对阿基米德定律实验的表象积累;三是从图a节点展开的浮力关键实验的图像对比、从图b节点展开的坐标模型对比分析策略的表象积累;四是对浮力概念、浮力产生原因等抽象核心概念的表象积累;五是从图d节点展开的各种运动状态及相关公式描述的表象积累，有学生把这一部分内容当“字典”来查;六是隐藏的“浮力与密度”推理表象，图a、图b中分别隐藏着“称重法测浮力进阶”与“浮力法测密度进阶”.

基于学生视角且清晰的学习进阶，以思维为中心，思维可视化.在图3中，从“图a称重法测浮力”节点展开的“图1-1探究阿基米德定律”（弹簧测力计出现4次）、“图1-2研究浮力大小与液体密度”（弹簧测力计出现3次）、“图1-3研究浮力大小与浸没深度”（弹簧测力计出现2次）及“图b浮力法测密度与坐标”节点（弹簧测力计出现1次），依弹簧测力计出现次数“4、3、2、1”递减排列.这种排列不是浮力探究中使用弹簧测力计的本质.在浮力探究中，通常有三测，测物体重力、测物体在液体中的拉力、测排开液体所受的重力，常用的变式也是把“重力”改成测“质量”或“体积”等.而学生为什么偏偏喜欢、认同按“4、3、2、1”呈现的图式呢？原因可能是，没有哪一种图式比“4、3、2、1”更熟悉的了，更容易被同化，也因此，“4、3、2、1”成为最为简单、最为明显的放射方式，从“弹簧测力计出现次数”中，学生可以推理出实验原理、研究目的、操作方法等，所以，学习很有实效，这种图像类比串联起了浮力的主要实验，使整个实验体系思维可视化.另外，“图b浮力法测密度与坐标”节点展开的三个图像，分别为“图2-1拉力变化”“图2-2浮力变化”“图2-3拉力与浮力合一”，是以坐标模型对比分析策略为主的展开.图c、图d节点是两个相关的乒乓球实验情境，依次进阶，由此引出的基于“状态”分析为主的判断、应用及关联的题型变式等.

基于学生视角且清晰的学习进阶，关注方法提炼.在图3中，一级节点各产生一个主分支，四个主分支按模型类比为主的要求，各自从上而下展开，代表思维的深度，思维导图中每个下拉的层次，是进阶水平层次的一种递进.四个分支，都是以实验为基础展开，图a为教材实验，图b实为图a实验加数据（坐标）的推理，图c为浮力本质实验，图d为模拟水箱冲水问题情境实验，指向浮沉状态分析与应用.选定图a、图b、图c、图d变式作为进阶的基本模型，从简单到复杂呈现问题连续体，按水平层次递进分支，在解决问题的过程中，归纳、抽象、发散思维得到锻炼.

基于学生视角且清晰的学习进阶，关注中考真题的使用与改编.中考真题能部分代表概念学习的阶段进阶终端.如图5中的图1-2受宁波中考真题的启发，但从设计特点来看，不是中考真题的分类练习、专题设计，也不是典型难题汇编，而是从问题情境的复杂性递增入手，利用思维导图的技术优势，分层、分类展示典型问题的特性，推理中考真题可能的实验基础与思维来源，引导学生自主推理出可能的变式，结合自身特点分析需要依赖专题弥补之所在，从而把握变化的规律，总结图像类比、模型类比在实验探究中的分析策略，达到事半功倍的效果.这种思路，也与学习进阶关注方法提炼、以思维为中心相呼应.

基于学生视角且清晰的学习进阶，方便学生的自我管理、自主发展.信心源于对知识的自我管理，学生可以在图X基础上结合自身的学习能力，对分支作必要的删削述正、查条补目.

2.2 浮力复习课“阶”的设计与使用

“阶”的设计与使用，要充分考虑学生前期学习水平，关注共同的思维难点，以学生的原有图式为基础，关联新旧知识间的联结方式.

2.2.1 构建区分学生水平层次的量规

水平1的设计与解释.在复习阶段，图3中“图a称重法测浮力”节点，是水平1的起点.图a作为水平1是合理的，实验本身就是教材中的浮力启蒙，每位同学都能以此测出浮力.在此基础上，其展开包括“探究浮力大小的相关因素”[9]等实验，是一条典型实验系列，体现复习“以实验为基础”的观点.科学强调以实验为基础，我们认为，实验也应该是学习进阶的基础.在习题选择上，当然以教材实验为主，如阿基米德实验的过程与操作注意事项等，而类似于“图1-2研究浮力大小与液体密度”，可以在方法层面上拓展到方程组意识，如“已知两液体密度，仅用图1-2中的乙、丙两图数据，求物体的密度”.

水平2的设计与解释.图b是水平2的起点，表象上就是图a的简化版，即用图b可以完成图a的操作，但增加了数据的图像处理.从任务角度来说，习题选择主要有两个方向，一是浮力法测密度的原理，二是数据与坐标.“图2-3拉力与浮力合一”源于某年杭州市中考题，真题中问题：“在沉入过程中，其下表面到水面的距离为h，随着h的增大，钢丝绳拉力F、物体所受浮力F浮的变化如图所示.图中反映F随h变化的图线是①（填序号）.”这是一个水平2的要求.在课堂上，教师追问“此时，物体是否处于悬浮状态？”学生集体回答“是”，回答的响度至少让师生都误以为“这是铁定无疑的正确答案”.学生为什么会集体“掉坑里了”呢？毕竟图2-3的外形很容易使人联想到“两者趋于平衡”，由“平衡”发散到“悬浮”，还是很符合浮力学习情境的.可见，在图b分支的模型类比中，虽然有明显相同的特性，但有的模型是形异而质同，有的模型是形同而质异，如不加分析，会引起负迁移.

水平3的设计与解释.图c是水平3的起点，“图c浮力产生原因”是理解难点，所以，直接用实验设计图来引导，配之以“图3-1浮力产生原因推理图解”这一先行组织者，讨论浮力“影响因素推理与实验设计”，然后结合题型变式讨论：如逆向思维，从把“物体浸入水中”到把“物体提出水面”，从“杯子里先有水”，到“往有物体的杯子里倒水”，还可以是漂浮物下压、固液转换、测力变式、浮力秤与物体浸没高度h等，可视学情分类列举、专题设计，进一步展开.

水平4的设计与解释.图d是水平4的起点，“图d浮沉条件与应用”，是一个实验情境，但以“状态”子节点为关键词，一是直接描述物体的运动状态;二是浮沉条件判断与应用，其实质也是对某一“状态”的判断与应用.如密度计、轮船、气艇，就是漂浮状态的应用，潜艇是漂浮、悬浮、上浮或下沉状态的应用;三是状态变化的分析，可以直接关联“题型变式”.在学习进阶中建立“状态”节点并细分，只要搞清楚“物体是漂浮、悬浮还是下沉就好”.

2.2.2 促进学生学习进阶的教学

图3进阶在班集体复习教学中运用，要考虑学生原有的基础知识，尤其是“浮力法测密度进阶”“浮力法测密度进阶”的自我管理与掌握水平.

课前，根据学情、结合课型考虑图3的分支展开层次，预发学生.学生对其删削述正、查条补目，并在相关课题学习中反复互动展示，以思维导图显示的进阶为载体，揭示思维痕迹，坚信所有的学生都愿意学习并具备基本的分析综合、比较等学习潜能.同时预发“浮力产生原因”阅读材料，作为先行组织者.

课中，以思维导图显示的进阶为载体.用图c、图d的相关实验，呼应先行组织者，视学情，重点引导到相关的节点，如“图1-1探究阿基米德定律”等子节点.图a、图b节点的教学，凭借思维导图，学生可以个人展示或小组讨论，列举呈现可能的变式.图a、图b还可以在图像类比、模型类比的基础上，汇编学生认为最需要帮助的问题或题型，或者教师结合具体的学情精选体现进阶要求的习题，作为测量的量规.

课中或课后的量规要简练、有针对性，改编自中考真题的一个体现水平2、水平3、水平4的量规.作为一种学习进阶，图3的思维导图可在不同的学习时期，反复展示、折叠、展开，在巩固定向思维的基础上作必要的发散、关联.

基于以实验为基础、以思维为中心的学习进阶设计，无论是八年级上册的“称重法测浮力进阶”“浮力法测密度进阶”，还是图3的结合思维导图的课堂复习教学学习进阶设计，从课堂实施来看，都有以下特点：结合教材，同步衔接;要求具体，便于自测;落点明确，持续渐进;辨析事实，运用规律;量规细致，方便反馈;梯度上升，层层递进.

参考文献：

[1][英]爱德华·德·波诺，汪凯、李迪译.比知识还多[M].北京：企业管理出版社，2004.

[2]颜伟云.科学教学新探索：课堂活动教学[M].浙江：浙江大学出版社，2013，7.

[3]赵国庆.概念图、思维导图教学应用若干重要问题的探讨[J].电化教育研究，2012（5）：80.

[4]翟小铭，郭玉英，李敏. 构建学习进阶：本质问题与教学实践策略[J].教育科学，2015（2）： 47-51.

[5]刘晟，刘恩山：“学习进阶”：关注学生认知发展和生活经验[J]. 教育学报，2012，8（4）：81-86.

[6]杨昌周，范蔚.试析思维导图的伪放射”和“乱放射”[J].中国电化教育，2011（9）：110-116.

[7]翟小铭，郭玉英，李敏. 构建学习进阶：本质问题与教学实践策略[J].教育科学，2015（2）： 47-51.

[8]朱清自.義务教育教科书·科学·八年级上册[M].杭州：浙江教育出版社，2013.