澳大利亞初中物理課堂教學的典型案例分析

陳 嫻 劉炳昇

（南京師范大學教師教育學院，江蘇 南京 210097）

TIMSS是“國際數學與科學教育發展趨勢”的英文簡稱，是由國際教育成就評價協會發起和組織的機構.2003年以來，美國、澳大利亞、日本、荷蘭和捷克等5國的小學和初中科學課堂的教學視頻發布在該機構的網站上［1］，這為世界各國中小學科學教育工作者相互學習提供了寶貴的資源.

本文從TIMSS網站上選取澳大利亞初二物理課堂教學的視頻.與視頻內容一致的還有詳細的教師和學生課堂交流的英文文字記錄.該視頻選自“力與運動”單元中的摩擦力，授課對象是初二年級的學生，共27人，在一間科學實驗室進行，視頻時間為62min.

這堂物理課主要分為兩個部分：前一部分24min，是教師和學生一起討論力與運動的問題，引出摩擦力.后一部分38min，是教師指導下的學生實驗.

1 視頻基本內容的介紹

1.1 教師與學生的討論

教師：今天我們一起討論一個問題，我不會直接告訴你們問題的答案.討論中你們可以向我提出問題.任何物體的自然狀態是什么？這個問題幾百年來一直是哲學家們思考的問題.

學生：物體是什么意思呢？

教師：我是物體，你是物體，鋼筆是物體……

學生：物體在這里之前，它們來自哪兒呢？

教師：我們不討論物體從哪里來.只討論物體的自然狀態.

學生：巖石是物體嗎？

教師：是.

……

教師：我用一個小實驗來提示你們.（教師輕輕地推著桌面上的一個物體）問到：物體發生了什么情況呢？

學生：運動.

教師：當我不推物體時，它還運動嗎？

學生：不.

教師：物體自然狀態的趨勢是什么？

學生：停止.

教師：一切物體都是這樣么？

學生：是的.

教師：小車是這樣么？小球是這樣么？發射的子彈也是這樣么？發射的火箭也是這樣么？

學生：是的.

教師：那么火箭進入太空呢？

學生1：它漂浮起來了.

學生2：沒有重力拉它，使它停下來.

教師：它離開地球，就不會停下來了？

學生1：是的.

學生2：不是的.

教師：是么？

學生：遇到其他物體后才會停止，例如行星.

……

教師：哲學家們常常思考：物體的自然狀態是什么？是趨于靜止？是靜止？還是保持運動？

教師：你們還有其他看法嗎？

學生1：趨于停止.

……

教師：如何使物體停止？（教師推動小車，它在桌面上運動）

學生：把手放在車子前面.

教師：手放在車前說明了什么？

學生：有一個力的作用.

……

教師：但是火箭在太空飛行時，為何關閉發動機后還能運動呢？

教師：物體必須有力的作用才運動，誰同意這個觀點？誰不同意這個觀點？

教師：不同意的請舉手，好的，（教師看見有些學生舉手）我喜歡持不同意見者.

教師：說一說你的看法.

學生：我不同意上面的觀點，但是我不知道原因.

……

學生：有摩擦力使它停止.

學生：有重力……

……

教師：幾百年來人們就一直思考：物體的自然狀態是靜止，如同我們中有一個同學這么認為.

教師：可是又有另外一種看法：摩擦力的存在和效果.

教師：摩擦力對我們生活重要嗎？

學生：哦，是的.

教師：我的意思是把一支鉛筆拿在手上，它受到摩擦力作用嗎？為什么？在哪里有摩擦力？

……

教師：火箭升空時有力的作用，之后就沒有力的作用了.

……

教師：誰開始同意這個看法，現在又改變看法了？

……

教師：摩擦力是什么，大小由哪些因素決定？

教師：什么情況下需要的摩擦力最大？什么情況下需要的摩擦力最小？請大家舉幾個例子

學生1：賽車拐彎需要摩擦力.

學生2：使汽車停下來需要摩擦力.

學生3：剎車.

……

教師：如何減小摩擦力？

學生：水……潮濕……潤滑劑.教師：摩擦力的大小如何確定？學生：牛頓可以確定.

教師：牛頓確實發現了一些定律和重力的作用，但是在摩擦力方面他沒有貢獻.

……

學生1：表面對摩擦力有影響.

學生2：物體的重量可能有影響.（教師用小車演示，改變小車的自重）

……

教師：摩擦力在真空中存在嗎？沒有重力的情況下存在嗎？

……

教師：接下來我們要根據“實驗說明單”上的內容進行實驗.首先，要測量數據，用數據支持你的想法.你是怎么想的？

1.2 教師指導下的學生實驗

（1）實驗目的.

認識摩擦力

實驗器材：彈簧秤（兩種規格量程）、長方體木塊（表面光滑程度不同的兩種）、小物塊若干（可以放在木塊上，增加木塊的重量）、細繩（系在木塊和彈簧秤之間）、剪刀.

（2）實驗內容.

測量物體從靜止到即將運動瞬間彈簧秤的拉力，5次取平均值；

測量物體勻速直線運動時彈簧秤的拉力，5次取平均值；

改變物體間接觸面的粗糙程度，測量其勻速運動時彈簧秤的拉力，5次取平均值；

改變物體與桌面的接觸面積，測量其勻速運動時彈簧秤的拉力，5次取平均值；

改變物體的重量，測量其勻速運動時彈簧秤的拉力，5次取平均值.

本節課只完成前面兩個內容，下節課再完成其余3個實驗內容.

（3）實驗過程.

教師在桌面上向學生示范如何做實驗.

首先，把細線的一端系在木塊上，另一端系在彈簧秤上.其次，用彈簧秤緩慢地拉木塊，在其剛剛啟動時，讀取彈簧秤的示數，告訴學生這就是這節課要測量的一個力.然后，教師再示范用彈簧秤勻速拉動木塊時，讀取其指針的示數，告訴學生這是本節課要測量的另一個力.教師不使用“靜摩擦力”和“滑動摩擦力”這兩個物理概念.

接著學生開始自己動手實驗.教師在教室里按照順序不停地巡視學生做實驗.這個過程大致可以分為幾個環節：了解學生是否閱讀了實驗說明；是否知道實驗要做什么；發現學生做實驗存在的問題；給學生示范怎么做實驗；與個別實驗完成得比較好的討論問題并表揚學生.

教師大部分時間是發現學生實驗出現的問題，并逐一加以指導和糾正.

① 選擇實驗器材.

教師在巡視學生做實驗時，發現學生選擇的彈簧秤不對時就給予指出，讓學生重新去換器材.大約有一半的小組學生彈簧秤拿的都不對，其中有一組學生與教師的一段對話如下：

教師：為什么你拿了這個彈簧秤？為什么你不選擇更精確的，因為你看，它的刻度不能更小.

學生：哦，好像我的不對.

教師：是的，這個彈簧秤的讀數可以到100，對吧，可你現在測量的值不到50.

教師：你理解為什么我所說的原因了嗎？

學生：哦，那你為什么把這個彈簧秤拿出來讓我們使用呢？

教師：因為在后面的實驗中增加物體的重量時，測量摩擦力就需要量程比較大的彈簧秤.

學生：那你應該把不同的彈簧秤分開放置并且告訴我們選用哪種.

教師：我把各種彈簧秤歸類放在一起，目的是希望你們先思考，然后再選擇使用哪一個.

另外一組學生在進行測量的過程中，被教師發現使用的彈簧秤不合適并建議更換，學生對為何更換產生興趣，于是，教師解釋不同的測量工具產生的誤差大小不同.

還有幾個小組的學生對為何要更換彈簧秤沒有異議，那么，教師也就不解釋原因.

雖然全班近一半的人選擇的彈簧秤不對，但是教師沒有統一講解如何選擇彈簧秤，而是分別針對不同的學生進行不同的解釋.

教師還發現一組學生選擇的木塊不對，其表面更為光滑，是后面的實驗需要用到的，所以，要求學生去器材展臺上更換木塊.

教師告知一個小組的學生，要注意木塊的紋理，每次實驗時應該是同一個方向的，還要注意桌面的清潔、光滑，不能出現小顆粒等.

② 測量數據.

在學生實驗進行了一段時間后，教師開始關注學生的測量數據.

有一組學生用彈簧秤拉木塊發現，剛啟動時的拉力大一些，一旦木塊動起來，彈簧秤的示數就變小了，學生不知道應該記錄哪個數值.教師告訴學生應該讀取數值大的那個值.

有一組學生實驗做得比較馬虎，拉動木塊的速度比較快，因此，根本沒有發現剛啟動時和啟動后彈簧秤的拉力示數是有區別.針對這類學生，教師就給他們逐一示范，強調要緩慢移動木塊，讓他們看清楚兩種情況下的示數是不同的，告訴他們讀取和記錄示數大的那個值.

有一組男生較好地完成了實驗，教師就提出問題讓他們思考.

教師：你們的實驗結果說明了什么？

木塊剛啟動時彈簧秤的拉力大，還是勻速運動時的拉力大？為什么？

學生1：應該是剛啟動時的拉力大.

學生2：兩種情況應該一樣大.

教師：這個問題不容易哦，我們以后會討論的.

教師：你們正在做科學實驗，做得非常漂亮！

學生：你再大聲說一遍.（很興奮）

③ 記錄數據.

關于實驗數據的記錄，教師也一一查看學生的實驗報告單.教師發現有的學生數據記錄的地方不對，例如，有的學生將啟動時的拉力數據記錄到另外一個實驗數據表中，即張冠李戴.有的學生實驗報告上只有數字沒有物理單位，有的學生數據的平均值計算得不對，有的學生5個數據之間的誤差太大等.針對每一種情況教師都進行指導，要求學生改進.

2 視頻基本內容的分析

2.1 教學內容與設計的自主性

這節課包含兩個主題：一是“物體的自然狀態是什么？”即運動是否需要力來維持；二是摩擦力.前者是一個具有哲學性的需要深入思考的主題；后者是比較具體的需要通過實驗歸納得出結論的內容.把這兩個主題放在一節60min的課中進行，這可能反映了西方國家教師自主安排教學計劃權力較大的特點.不同的學校或同一所學校不同的教師的教學方案往往有較大的差別，教師根據自己對課程標準和教材內容的理解，進行教學設計，具有顯著的個性特點.因此，課堂教學比較強調自主性.

2.2 注重激發學生的認知沖突

在討論物體的自然狀態是什么時，教師不斷與學生進行平等的交流，語氣充滿鼓勵和肯定，學生敢于暴露自己的真實想法，因此，學生之間或學生前后的思維過程就會發生沖突，但由于學生的認知水平限制，基本上沒有解決問題.盡管如此，教師力求把學生思維的原始狀態暴露出來，這一點值得物理教師們學習的.

在我們的教學中，學生的“自學”往往顯得太超前，在課題引入時，幾乎所有的學生都會說亞里士多德的觀點是錯誤的.這位澳大利亞的教師巧妙地換了另一種問法：任何物體的自然狀態是什么？用一個小實驗誘導學生暴露“停止是自然狀態的趨勢”，然后再讓學生列舉更多的實例，從而出現不能解釋的問題.師生對話中呈現出學生處于一種真實、自然的狀態，而教師則根據學生的實際反映，不斷地提問引導，激發認知沖突，從而幫助學生建立正確的認識.

2.3 重視對學生實驗技能的培養

實驗技能是科學探究過程中必不可少的本領.傳統的物理教學中是比較重視實驗技能培養的，在加強科學探究教學的理念下，不應當削弱實驗技能的培養.在這節課的視頻中，可以發現教師是非常重視實驗技術細節的，給學生充裕的時間進行動手，以提高他們的實驗技能.通過視頻可以看到，讓學生根據實驗說明自己去選擇、拿取所需的器材，實驗結束后再由學生自己歸放原處.不少學生隨便拿取彈簧測力計，結果量程不合適，或者根本不知道在什么情況下用什么量程，教師給予學生犯錯誤的機會，然后，再去啟發學生，這樣學生就會印象深刻、養成良好的實驗習慣.對于學生實驗操作中出現的各種問題、數據記錄中出現的問題等，教師都在巡視中不斷發現，逐一給予指出和糾正.

2.4面向全體學生并關注個體差異

在學生實驗的過程中，教師針對每個小組出現的問題分別給予指導.雖然全班有約一半的學生拿錯彈簧測力計，教師也沒有在全班統一講解，而是針對每組學生的不同情況分別解釋.對于一些好的學生教師會從誤差的大小進行定量的分析，對于一般的學生教師只是告訴他們會影響準確程度，不對全班學生做統一的要求.如果有的學生完成實驗的情況比較好，教師就會提出更深入的問題，要求他們思考，且不馬上給出答案；如果有些學生實驗的基本要求不能完成，教師會發現問題所在，耐心講解、親自示范，幫助學生理解相關內容并掌握實驗技能；如果有些同學態度不夠認真、馬馬虎虎地完成實驗，教師就嚴格要求，指出問題，讓學生重新進行測量和記錄.這些都體現了關注學生個體差異，使每個學生學習科學的潛能都不同程度的得到發展的教學理念.

3 啟示

世界各國將培養學生的科學素養作為科學教育的總目標.因此，借鑒其他國家物理課堂教學的典型案例，有助于反思我國中學物理教學的現狀，并思考如下的關系：

（1）教師教學設計的自主性和統一性之間的合理關系，本案例更強調教師的自主性.

（2）學生思維能力培養與知識獲取之間的滲透關系，本案例更突出對學生思維能力的培養.

（3）學生實驗技能與科學探究能力之間的平衡關系，本案例更重視學生實驗技能的掌握.

（4）面向全體學生和關注個體差異之間的辯證關系，本案例更關注學生的個體差異.

1 http：//timssvideo.com/videos/Science

2 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準［M］.北京：北京師范大學出版社，2011.

3 Douglas M.Lapp，Properties of Matter［M］.Burlington：Carolina Supply Company，2000：33.