基于目標(biāo)矩陣法的新課標(biāo)物理實(shí)驗(yàn)教材實(shí)例分析

熊小麗 劉志娟 謝偉

1 廣西師范學(xué)院 南寧 530023

2 南寧市第四十一中學(xué) 南寧 530200

1 前言

《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》[1]指出：課程標(biāo)準(zhǔn)是教科書編寫、教學(xué)、評估和考試命題的依據(jù)。2012年秋季，廣西實(shí)施《廣西普通高中課程改革實(shí)施方案》，拉開廣西課程改革的帷幕。高中物理新課程旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，要求從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生，為學(xué)生終身發(fā)展、應(yīng)對現(xiàn)代社會和未來發(fā)展的挑戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。教材分析是教學(xué)活動(dòng)的開端，也是教師進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)設(shè)定的前提。因此，教師如何對教材正確把握和分析無疑是新課改下教師面臨的一大挑戰(zhàn)。教材分析的方法有很多種，目標(biāo)矩陣法是一種系統(tǒng)分析的方法，用其來分析教材，可以使得教材內(nèi)容層次化和簡潔化，有助于教師對物理教材的分析和把握，進(jìn)而進(jìn)行有效教學(xué)。

2 目標(biāo)矩陣

在用ISM法分析教材時(shí)，為了決定要素間的層級關(guān)系，需要進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，當(dāng)教材中要素太多時(shí)計(jì)算量太大，這給教師帶來很大的困難。目標(biāo)矩陣法與ISM法具有相同的原理，但是避免了許多復(fù)雜的計(jì)算，僅以一些簡單的操作就能達(dá)到ISM法的效果。這種方法在學(xué)校教學(xué)中具有很好的使用效果[2]。用目標(biāo)矩陣法進(jìn)行教材分析的步驟：1）制定教學(xué)目標(biāo)；2）決定具有形成關(guān)系的直接低級目標(biāo)；3）目標(biāo)矩陣；4）按目標(biāo)水平分類；5）形成關(guān)系圖。

3 目標(biāo)矩陣法實(shí)例分析

本文選取的教材是人教版高中物理新教材（必修1）。此教材是由人民教育出版社按照《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》的要求編寫出版的，在我國使用范圍大、影響廣，是我國目前各種同類教材中的典型代表，也是廣西新課改首選的教材。牛頓第二定律是連接運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的橋梁，掌握和理解這節(jié)的知識點(diǎn)對學(xué)生來說至關(guān)重要。鑒于此，筆者認(rèn)為對牛頓第二定律進(jìn)行教材分析具有很好的代表性。

3.1 制定教學(xué)目標(biāo)

“牛頓第二定律”學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)G：能準(zhǔn)確表述牛頓第二定律，理解牛頓第二定律是連接運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的橋梁；能運(yùn)用牛頓第二定律分析和處理簡單的生活問題。

基于給定的教學(xué)目標(biāo)，考慮到學(xué)習(xí)的前提知識和學(xué)習(xí)課題的引入方法。前提知識：R1，三角形定則；R2，平行四邊形定則；R3，依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定研究對象；R4，能根據(jù)y=ax的函數(shù)，繪制正比例函數(shù)圖像；R5，能根據(jù)y=1/x的函數(shù)，繪制反比例函數(shù)圖像。

與給定目標(biāo)具有形成關(guān)系的低級目標(biāo)：1）依據(jù)研究對象采取控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；2）依據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)表格記錄數(shù)據(jù)；3）能根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn)，并用光滑的曲線進(jìn)行連接；4）能指出F、m、a三個(gè)量中F和a為矢量，m為標(biāo)量；5）能根據(jù)a-F圖像判斷加速度和力成正比；6）能根據(jù)a-m圖像判斷加速度和質(zhì)量成反比；7）依據(jù)大量實(shí)驗(yàn)和觀察到的事實(shí)總結(jié)一般性規(guī)律即牛頓第二定律F=kma；8）在F=kma式子中，F(xiàn)指的是物體所受的合力；9）在國際單位制中k=1，即牛頓第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式為F=ma。

表1 直接低級目標(biāo)

3.2 決定具有形成關(guān)系的直接低級目標(biāo)

如果教師認(rèn)為學(xué)生在對知識點(diǎn)A進(jìn)行學(xué)習(xí)之前必須先掌握知識點(diǎn)A1，則稱A與A1之間具有“直接關(guān)系”，并稱A1為A的直接子知識點(diǎn)。以這種方法得出“牛頓第二定律”課題中各目標(biāo)的直接低級目標(biāo)如表1所示。

3.3 目標(biāo)矩陣

目標(biāo)矩陣是基于低級目標(biāo)（表1）做出的。將各種水平的低級目標(biāo)在橫軸與縱軸上進(jìn)行排列，排列的順序沒有特殊的要求。以位于橫軸上的目標(biāo)為高級目標(biāo)，若位于縱軸上的某一目標(biāo)是橫軸上某目標(biāo)的直接低級目標(biāo)，則在二者交點(diǎn)的位置處置1。例如，位于橫軸上的8是以R1和R2作為直接低級目標(biāo)的，因此在這兩個(gè)目標(biāo)的交點(diǎn)位置處置1，如圖1所示。依此法，對應(yīng)于橫軸上的各個(gè)高級目標(biāo)，按照表1中給出知識點(diǎn)之間的關(guān)系，分別在相應(yīng)的交點(diǎn)位置處置1。由此可得到圖1這樣的目標(biāo)矩陣I。

3.4 按目標(biāo)水平分類

根據(jù)目標(biāo)的水平不同，可對目標(biāo)進(jìn)行分類。目標(biāo)分類可通過對目標(biāo)矩陣的一定操作而得到。這種操作可按從低到高的方向進(jìn)行[2]。首先觀察目標(biāo)矩陣I（圖1）的橫軸。對應(yīng)于R1、R2、R3、R4、R5等5個(gè)低級目標(biāo)所在的列均無“1”出現(xiàn)，這表示R1～R5這些知識點(diǎn)不存在直接低級知識點(diǎn)，所以，它們是目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)中的底層。實(shí)際上，這些知識是作為課程學(xué)習(xí)的前提知識，所以，它們作為目標(biāo)體系的底層是容易理解的。位于底層的低級目標(biāo)是一種水平最低的低級目標(biāo)，根據(jù)實(shí)際的目標(biāo)分類情況，稱之為第10類目標(biāo)。

圖1 目標(biāo)矩陣（I）

圖2 目標(biāo)矩陣（II）

圖3 目標(biāo)矩陣（III）

觀察目標(biāo)矩陣的縱軸，將第10類目標(biāo)與目標(biāo)R1～R5所在行上的1全部置為空白，由此構(gòu)成目標(biāo)矩陣Ⅱ，如圖2所示。在圖2中，觀察橫軸上各低位目標(biāo)所在的列，除第1層目標(biāo)R1～R5對應(yīng)的列外，1、4、8所在的列全部為空白（不存在“1”）。這類目標(biāo)被列為第9類目標(biāo)。

同樣，將縱軸上的目標(biāo)1、4、8所在行上的“1”全部置空，由此得到圖3所示目標(biāo)矩陣（III）。

除第10類目標(biāo)和第9類目標(biāo)所在列全部為空白外，目標(biāo)2和目標(biāo)9所在的列也全部為空白，目標(biāo)2和目標(biāo)9列為第8類目標(biāo)，得到圖4所示目標(biāo)矩陣（IIII）。

如此類推，可得到低級目標(biāo)按不同水平的分類表（表2）。

?

基于上述的實(shí)際分類情況，各級目標(biāo)的水平隨分類號的數(shù)值增加而下降，第一類目標(biāo)為給定的教學(xué)目標(biāo)，是目標(biāo)體系中級別最高的教學(xué)目標(biāo)。

3.5 形成關(guān)系圖

根據(jù)目標(biāo)水平，將同一水平的目標(biāo)排在同一水平線上，第7類低級目標(biāo)位于最底層，第一類位于最高層，并將各級目標(biāo)的形成關(guān)系以箭頭表示，由此得到圖5形成關(guān)系圖。

3.6 根據(jù)關(guān)系圖進(jìn)行分析與研討

從圖5可知，在進(jìn)行牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律的教學(xué)時(shí)，第一層是最低級的目標(biāo)，也就是學(xué)生學(xué)習(xí)的前提知識；第二層就是要學(xué)生知道學(xué)習(xí)這節(jié)時(shí)是采取控制實(shí)驗(yàn)變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在F=ma中3個(gè)量代表是矢量還是標(biāo)量，同時(shí)也要知道F是合力；接下來到第三層就是要指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)表格記錄數(shù)據(jù)和引入k；到第四層就要求學(xué)生根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)軸上描點(diǎn)；第五層就是根據(jù)a-F和a-m圖像判斷加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系；到第六層就根據(jù)實(shí)驗(yàn)和觀察得到的事實(shí)和k=1得出F=ma，即本節(jié)最終要學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)牛頓第二定律。這樣教學(xué)邏輯就非常緊密，教學(xué)思路也一目了然。同時(shí)研討之后，教師在教學(xué)中還應(yīng)注重對學(xué)生思想觀念和心理的影響，聯(lián)系實(shí)際生活，即讓學(xué)生感受到物理學(xué)在認(rèn)識自然上的本質(zhì)性、深刻性、有效性。另外，在教學(xué)過程中特別是實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行必要的討論。

4 啟示

物理學(xué)是科學(xué)課程的一部分，其知識點(diǎn)是具有內(nèi)在邏輯的零散知識，看似零散但又具有內(nèi)在的聯(lián)系。

對教材知識點(diǎn)的邏輯分析對于教師來說至關(guān)重要，同時(shí)作為課堂教學(xué)活動(dòng)的組織者、領(lǐng)導(dǎo)者，教師在新課程改革的前提下更應(yīng)該科學(xué)地使用好高中物理新教材，有效地進(jìn)行課堂教學(xué)，使學(xué)生學(xué)到物理科學(xué)知識的同時(shí)，提高科學(xué)素養(yǎng)，真正達(dá)到新課改的教學(xué)目標(biāo)。通過這個(gè)實(shí)例的分析，筆者得出幾點(diǎn)啟示。

4.1 落實(shí)教學(xué)目標(biāo)，善用教材分析法準(zhǔn)確分析教材

《廣西普通高中課程改革實(shí)施方案》[3]指出，高中物理新課程旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，要求從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生，為學(xué)生終身發(fā)展、應(yīng)對現(xiàn)代社會和未來發(fā)展的挑戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。物理學(xué)本身就是科學(xué)知識、科學(xué)過程與思維方法和科學(xué)價(jià)值觀的統(tǒng)一體。三維目標(biāo)乃是物理學(xué)的本質(zhì)在物理課程中的反應(yīng)。而利用目標(biāo)矩陣方法進(jìn)行教材分析，可以使得知識點(diǎn)的邏輯性更加清晰明了，同時(shí)又提高了教材分析的效率。也可以從深層次解釋各要素之間的關(guān)系和結(jié)構(gòu)。在分析教材中結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求，把握各個(gè)知識要素的前后關(guān)系，組織科學(xué)有效的教學(xué)活動(dòng)，對于物理教學(xué)具有非常大的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

圖4 目標(biāo)矩陣（IIII）

4.2 重視科學(xué)探究，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式的多樣化

教學(xué)是教師與學(xué)生相互活動(dòng)的過程，教師在新課程改革的前提下應(yīng)盡可能地創(chuàng)造多樣化的問題情境，通過探究性學(xué)習(xí)、參與性學(xué)習(xí)、體驗(yàn)性學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生從被動(dòng)的接受者轉(zhuǎn)變成學(xué)習(xí)的主體。教師不能剝奪學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的權(quán)利，應(yīng)該相信學(xué)生，放手讓學(xué)生去探索去發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生能夠主動(dòng)地得到發(fā)展。學(xué)生先通過分析思考，自己得出結(jié)論，之后在與他人的交流中逐步完善修正自己的觀點(diǎn)[4]。這樣才能激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，使學(xué)生在獲得知識與技能的過程中學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會研究，形成積極的情感態(tài)度與價(jià)值觀，提高科學(xué)素養(yǎng)。

圖5 形成關(guān)系圖

4.3 教學(xué)緊密聯(lián)系生活實(shí)際，實(shí)現(xiàn)“書本是科學(xué)的世界”

在使用目標(biāo)矩陣法得出教材的層級關(guān)系后，經(jīng)過探討，物理教學(xué)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從身邊熟悉的自然現(xiàn)象和生活現(xiàn)象出發(fā)，探索和認(rèn)識物理規(guī)律，聯(lián)系生活實(shí)際，分析學(xué)生的心理特點(diǎn)，讓他們體會到物理學(xué)在社會進(jìn)步中的作用，真正懂得“從生活走向物理，從物理走向社會”。

5 結(jié)論

教材分析的方法很多，目標(biāo)矩陣法是一種高效簡單的教材分析法。特別是對物理學(xué)這樣的科學(xué)課程，通過使用目標(biāo)矩陣法，可以很好地理清教材各知識點(diǎn)的邏輯聯(lián)系和層級關(guān)系。新課改教材也有了很大的改編，做好教材分析是每個(gè)高中物理教師的必修課，也是做好教學(xué)設(shè)計(jì)的前提。使用目標(biāo)矩陣法分析教材無疑是教師的首選。然而在用目標(biāo)矩陣法分析教材時(shí)，雖然運(yùn)用了比較精準(zhǔn)的矩陣分析，但前提是教師要根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)分析出每個(gè)環(huán)節(jié)所涉及的知識點(diǎn)以及前提知識，所以教師更應(yīng)該具備豐富的知識，讓目標(biāo)矩陣這個(gè)教材分析法的效果最大化。

[1]基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）[EB/OL].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2002/content_61386.htm.

[2]傅德榮,章慧敏.教育信息處理[M].北京：北京師范大學(xué)出版社,2006：80-82.

[3]廣西普通高中新課程物理學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見（試行）[EB/OL].http：//www.gxedu.gov.cn/Item/8843.aspx.

[4]孔德剛.高中新教材的幾點(diǎn)教學(xué)建議[J].觀察視角,2012(5)：156.