基于生成學(xué)習(xí)模型的小學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)方法教學(xué)研究

基于生成學(xué)習(xí)模型的小學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)方法教學(xué)研究

在世紀(jì)交替之際，中共中央總委員會(huì)舉行了改革開放以來第三次全國教育工作會(huì)議，通過了深化教育改革全面推進(jìn)人才培養(yǎng)的決定。課程中的教育改革和社會(huì)教育已經(jīng)列入議程，他們深刻認(rèn)識(shí)到這與21世紀(jì)中國的競爭地位有關(guān)。在學(xué)科教育中如何實(shí)施素質(zhì)教育,這無疑是教育改革基本的環(huán)節(jié),意義深遠(yuǎn)。在物理教育中,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法教育是素質(zhì)教育很重要的一個(gè)方面,而物理理想化模型又是一種非常典型的科學(xué)方法,因此探討理想模型的教學(xué)策略就具有十分重要的意義。20世紀(jì)70年代,維特羅克認(rèn)為“學(xué)習(xí)的生成過程就是學(xué)習(xí)者從原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與從環(huán)境中接受的感覺信息相結(jié)合,主動(dòng)選擇注意信息以及生動(dòng)地構(gòu)建信息的意義過程?！泵绹逃龑W(xué)家布魯納特別重視教與學(xué)之間的結(jié)構(gòu)、序列、形式和方法的相互適應(yīng),他認(rèn)為“教學(xué)必須詳細(xì)規(guī)定將大量的知識(shí)組織起來的方式,從而使學(xué)習(xí)者易于掌握”,主張教學(xué)過程要適應(yīng)學(xué)生具有“探索活動(dòng)"這一心理傾向。依據(jù)學(xué)習(xí)的心理過程及教與學(xué)相適應(yīng)的教學(xué)觀點(diǎn),我們認(rèn)為進(jìn)行理想模型的教學(xué)過程必須要和學(xué)生獲得模型的心理過程相適應(yīng),只有這樣才能發(fā)揮出學(xué)生的主體作用,體現(xiàn)教師在教學(xué)過程中的組織、指導(dǎo)作用,促進(jìn)學(xué)生知識(shí)和能力的同步、協(xié)調(diào)發(fā)展。據(jù)此提出理想化模型教學(xué)的系列策略。一、動(dòng)機(jī)引導(dǎo),激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)教學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),首先要使系統(tǒng)起動(dòng)即激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),動(dòng)機(jī)具有將有機(jī)體的行為引向某一特定目標(biāo)的指向功能。教師只有激發(fā)學(xué)生內(nèi)在希望與追求,啟發(fā)了他們的自我教育和自我管理的自覺性以后……才能真正發(fā)揮出最優(yōu)效能。因此,只有激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),才能使學(xué)生把自己的行為指向?qū)W習(xí),教學(xué)活動(dòng)才能由此展開?？鬃右苍f過:“不憤不啟、不悱不發(fā)”,宋代朱熹釋為“憤者,心求通而未得之意。悱者,口欲言而未能之貌"。憤悱作為啟發(fā)式教學(xué)的起點(diǎn),突出了‘動(dòng)機(jī)’這一非認(rèn)知因素,教學(xué)過程的展開就是認(rèn)知與非認(rèn)知的統(tǒng)一。看來動(dòng)機(jī)是教學(xué)活動(dòng)的起點(diǎn)。那么在模型教學(xué)伊始又如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)呢?根據(jù)動(dòng)機(jī)理論,認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力要求理解的需要,要求掌握知識(shí)的需要,以及系統(tǒng)地闡述問題并解決問題的需要,是動(dòng)機(jī)主要組成部分,可見,主體的需要、目的是主體選擇客體的內(nèi)在動(dòng)力,是主體產(chǎn)生認(rèn)識(shí)的前提之一。為此,在模型教學(xué)中我們可以通過創(chuàng)造情景,提出需要解決的問題,即明確建立模型的目的,激發(fā)學(xué)生的需要,增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)機(jī)。同時(shí),目標(biāo)使“教"和“學(xué)"有了方向性,可以克服盲目性,有利于教師在教學(xué)過程中通過反饋、調(diào)整、控制教學(xué)進(jìn)程,使學(xué)生更好地發(fā)揮主體作用。在獲得知識(shí)的同時(shí),提高學(xué)習(xí)能力。例如在“質(zhì)點(diǎn)”模型教學(xué)時(shí),我們可以創(chuàng)設(shè)以下情景:一列客車徐徐駛?cè)胲囌?如何表示它的位置呢?平常我們所說的地月距離,又是指從地球哪一點(diǎn)到月球何處的距離呢?……有了問題,才能引起學(xué)生的思考,并產(chǎn)生試圖解決問題的心理傾向,從而激活教學(xué)系統(tǒng)。二、積極探索解矛盾的途徑要解決問題,首先需要全面地了解問題,掌握問題的特點(diǎn),突出問題的關(guān)鍵,顯化問題的矛盾所在。在教學(xué)中之所以會(huì)發(fā)生那些變化、變動(dòng),是因?yàn)榻虒W(xué)過程中不斷地克服矛盾的緣故,所以形成一步步展開的教學(xué)。宋代朱熹強(qiáng)調(diào)“學(xué)貴有疑"里的“疑”,也可認(rèn)為是矛盾。教學(xué)過程就是以這種認(rèn)知上的疑及困惑狀態(tài)為邏輯起點(diǎn),不斷解疑的過程?？梢娡怀雒芎?才能誘發(fā)師生共同參與解決矛盾的活動(dòng),積極探索化解矛盾的途徑,有利于學(xué)生主體作用和教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮。因此在模型教學(xué)中突出現(xiàn)實(shí)矛盾,在教師指導(dǎo)下,師生一起探索解決矛盾的途徑是非常重要的。例如,要研究兩個(gè)帶電體之間的作用力,討論作用力與距離之間的關(guān)系,在這里,首先要使學(xué)生認(rèn)識(shí)到帶電體本身有一定的大小和形狀,電荷在其上有一定的分布狀態(tài)。而且分布狀態(tài)不同,即使距離相同,其間作用力也不同。這樣,兩帶電體之間的作用力又從何算起?要考慮各方面因素,這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題,在此要突出矛盾——帶電體本身有大小,電荷又有不同的分布狀態(tài),兩帶電體間的距離如何確定?這是建立點(diǎn)電荷模型的原因之一。然后通過師生的共同探討,在教師的啟發(fā)下,使學(xué)生認(rèn)識(shí)到當(dāng)兩帶電體間的距離遠(yuǎn)大于帶電體的線度時(shí),帶電體的形狀可以忽略,并且電荷的分布情況對(duì)兩電荷之間作用力的影響也已微乎其微,分布趨于穩(wěn)定(明確了點(diǎn)電荷模型的條件)。這時(shí)帶電體的形狀及其電荷分布已是矛盾的次要方面。完全可以看作一個(gè)帶電的點(diǎn),(點(diǎn)電荷模型已建立),再引入點(diǎn)電荷概念,問題得以解決。通過這一過程,學(xué)生既明確了“點(diǎn)電荷"模型引入的必要性及意義,同時(shí)也掌握了其約束條件,這樣就初步建立起模型的概念。三、“類化”的運(yùn)用需要把握的問題根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的接受——構(gòu)建說,學(xué)生的學(xué)習(xí)是接受學(xué)習(xí),接受學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)是經(jīng)驗(yàn)的構(gòu)建,即心理結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程,而且只有形成了概括性知識(shí)結(jié)構(gòu)才具有穩(wěn)定的、清晰的觀念才有利于知識(shí)的遷移,從而促使學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。可見,無論從知識(shí)的掌握還是從能力的培養(yǎng)來講,在模型教學(xué)中,類化模型方法(即建立模型知識(shí)結(jié)構(gòu))是十分必要的。因此在模型教學(xué)中,不能僅限于對(duì)一個(gè)具體模型的理解,而應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生掌握理想模型這種思想方法,形成認(rèn)知結(jié)構(gòu),只有這樣對(duì)模型的認(rèn)識(shí)才會(huì)更全面,更深刻,有利于用模型去解決問題。所謂模型方法,即抓住事物的主要矛盾,忽略次要矛盾,從而抓住了事物的本質(zhì)的思想方法,這是解決問題的一種有效方法。只有這樣,才能化繁為簡,化難為易。在模型教學(xué)中,必須讓學(xué)生對(duì)此有深刻體驗(yàn),從而達(dá)到對(duì)模型的“類化”,促進(jìn)知識(shí)和能力的同步發(fā)展。要“類化”模型方法,還必須明確以下幾個(gè)問題:(1)引入模型是為了化繁為簡,透過現(xiàn)象抓本質(zhì),有效地解決實(shí)際問題。例如,不引入“理想氣體”,氣體性質(zhì)幾乎無法研究,不引入“簡諧振動(dòng)"振動(dòng)問題也就會(huì)“望而興嘆"。(2)任何模型都有其約束條件,“理想"二字決不等于憑空想象,任意“純化",它是在一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過科學(xué)的概括與抽象,在一定條件下引入的,若不明確這一點(diǎn),必將造成錯(cuò)誤的應(yīng)用。如“質(zhì)點(diǎn)”只有在物體的線度對(duì)其位移不造成較大影響時(shí),才能引入。只有在溫度不太低,壓強(qiáng)不太大時(shí)實(shí)際氣體才能被看作“理想氣體"……理想模型的建立主要受到以下幾個(gè)方面的約束:(1)研究問題的制約,如研究汽車的運(yùn)動(dòng),可以把汽車視為質(zhì)點(diǎn),但若要求研究車輪的轉(zhuǎn)動(dòng),則車輪就不能視為質(zhì)點(diǎn)了。(2)物理過程的制約,即建立的物理模型不能違反客觀物理過程。如圖1用3條等長的細(xì)線懸掛三個(gè)完全相同的鐵球(可視為質(zhì)點(diǎn))。若把A球拉至如圖1所示位置釋放,發(fā)生彈性碰撞,A球與B球碰前速度為V,則碰后3球速度各為多少?若把BC兩球看做一個(gè)整體,則A球以V/3反彈回去,BC以2V/3向右運(yùn)動(dòng),就與實(shí)際物理過程:A、B靜止,C向右以V運(yùn)動(dòng)矛盾?？梢姲袯C看成一個(gè)整體模型是錯(cuò)誤的。(3)客觀實(shí)際的制約,雖然允許模型與實(shí)物之間有差別,但也必須近似符合客觀現(xiàn)實(shí)。通常從以上三個(gè)方面去理解模型的約束條件,才能克服盲目性。3。還要理解“模型"是發(fā)展、變化的。一個(gè)模型往往只能反映入們在一定時(shí)間,一定條件下對(duì)事物一定的認(rèn)識(shí)層次,它決不是一成不變的,隨著人們認(rèn)識(shí)的不斷深化,必將提出更加符合客觀實(shí)際的模型。正如人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),經(jīng)歷了“棗糕模型"、“核式模型"、“玻爾模型"、“坂田模型"、“夸克模型"等。每一個(gè)模型都使人們的認(rèn)識(shí)提高了一步,可以預(yù)見,隨著人們認(rèn)識(shí)的深入,必將提出更接近實(shí)際的原子模型。四、模型運(yùn)用于教學(xué)過程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐——理論——再實(shí)踐是人們認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律,教學(xué)活動(dòng)也不例外?！皞鹘y(tǒng)的教學(xué)論,只強(qiáng)調(diào)從具體到抽象化教學(xué)過程階段,這是不完全的,學(xué)生要達(dá)到對(duì)知識(shí)的真正領(lǐng)會(huì)和理解,還必須通過從抽象上升到具體的認(rèn)識(shí)過程”,這不僅是形成科學(xué)概念,達(dá)到理論思維的高級(jí)階段,也是檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)的過程。可見在模型教學(xué)中,應(yīng)用模型解決實(shí)際問題的具體認(rèn)識(shí)過程是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。作為人們認(rèn)識(shí)事物的完整的過程,從理論再回到實(shí)踐的應(yīng)用過程具有更重要的意義,它實(shí)現(xiàn)了認(rèn)識(shí)的“第二次飛躍”。對(duì)于理想模型的教學(xué)過程。僅僅理解了模型的意義看來是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,能否應(yīng)用模型分析解決實(shí)際問題更為重要。通過應(yīng)用,不僅可以加深對(duì)模型的理解,而且通過應(yīng)用,還可以對(duì)教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢驗(yàn),獲得反饋信息,從而調(diào)整教學(xué)方法、學(xué)習(xí)方法,控制教學(xué)系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)化。因此在模型教學(xué)中,教師必須為學(xué)生創(chuàng)造應(yīng)用模型的機(jī)會(huì),指導(dǎo)學(xué)生練習(xí),促進(jìn)對(duì)模型的掌握,促進(jìn)分析、解決問題的能力的提高。模型的應(yīng)用據(jù)思維層次可分為二種:第一,直接應(yīng)用,即應(yīng)用模型對(duì)一個(gè)具體情景直接作出判斷,現(xiàn)象比較直觀。如學(xué)習(xí)了“質(zhì)點(diǎn)”模型后,提問學(xué)生開門的時(shí)候的門能否當(dāng)作“質(zhì)點(diǎn)”?學(xué)習(xí)了“點(diǎn)電荷”模型后,提問兩個(gè)半徑為R的帶電球,相距6R時(shí),其間庫侖力多大?……這都屬于直接應(yīng)用;第二,變換應(yīng)用。即物理情景有所變化,物理過程也迥然不同,但物理本質(zhì)上相同或相似,通過模型的變換,使問題得以解決。常用的變換方法就是等效法,即將題中所給模型與熟悉模型相比較,若它們物理本質(zhì)上相同,則只要找出其同本質(zhì),用熟悉的模型代替,從而使問題得以解決的方法。如圖,有一半徑R=1米的光滑圓弧軌道(如圖2),將軌道固定在豎直平面內(nèi),在其最低點(diǎn)O靜止一小球,現(xiàn)將小球拉離O點(diǎn)到附近的A點(diǎn),自由釋放,試求小球從A點(diǎn)回到O點(diǎn)的時(shí)間?小球顯然做了一個(gè)變速圓周運(yùn)動(dòng),要用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律來計(jì)算這段運(yùn)動(dòng)時(shí)間,在中學(xué)范圍內(nèi)是無法求解的,怎么辦?通過受力分析,小球只受重力和彈力,此彈力始終與速度垂直指向圓心,類似單擺的受力情況,如圖3,兩者受力及運(yùn)動(dòng)本質(zhì)相同,從而用“單擺”模型代替這一運(yùn)動(dòng),使問題得以解決。五、大數(shù)據(jù)空間學(xué)習(xí)為了掌握知識(shí)的本質(zhì),并促其簡約化,活化和系統(tǒng)化,將知識(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為認(rèn)知結(jié)構(gòu),還需提供更為廣闊的背景,通過在這些新穎情景中應(yīng)用知識(shí),往往會(huì)使知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)更加豐富和完善,促其簡約化、系統(tǒng)化。這就需要在模型教學(xué)中“向?qū)W生提供更廣闊的材料,以襯托模型,突出模型,發(fā)展模型,對(duì)之進(jìn)行拓展”。通過模型拓展,對(duì)于知識(shí)的遷移,對(duì)于學(xué)生能力的培養(yǎng)是十分有益的。例如,對(duì)于“單擺”模型的教學(xué)在進(jìn)行基本應(yīng)用練習(xí)后,可以進(jìn)一步提出下列問題:當(dāng)把一擺長為L,周期為T的單擺放在一加速度為a的勻加速上升的電梯中,其單擺周期會(huì)變?yōu)槎嗌?