促成高中物理教師教學設計能力提升的策略與途徑

蔡千斌

摘 要：促成高中物理教師教學設計能力提升的策略是提升教師“理解物理教材”“理解學習困惑”和“理解物理教學”的能力；促成高中物理教師教學設計能力提升的途徑是開展高中物理說課活動和開展撰寫高中物理教學故事.

關鍵詞：高中物理教師；教學設計能力；提升策略；提升途徑

一、促成高中物理教師教學設計能力提升的策略

當前高中物理教師的教學設計能力略顯不足。而影響高中物理教師教學設計能力的因素主要有三個：理解物理教材的能力、理解學生學習困惑的能力和理解物理教學的能力.下面，筆者從這三個方面來談促成高中物理教師教學設計能力提升的策略。

（一）提升“理解物理教材”的能力

1. 凸顯物理教學的重點難點

一些高中物理教師由于講得過多，結果“沖淡了教學的重點，淹沒了教學的難點”.教師只有在深刻理解教材的基礎上修剪無關的枝節，提取精要的內容，才能凸顯教學的重點難點.比如，高中“重力 基本相互作用”一節的教學，學生在初中就已學習過力的概念、力的作用效果、力大小的測量、力的單位、力的三要素、力的圖示、重力的概念、重力大小的計算、重力的方向等，高中要學習的新知識是重心的概念、物體的重心與何有關、四種基本相互作用.力的圖示在后續“探究求合力的方法”實驗中要用到，力的示意圖是后續受力分析的基礎，四種基本相互作用是了解性知識，因此教學中就要突出“力的圖示和力的示意圖的畫法”、“重心概念”與“影響重心位置因素”的教學.力的圖示、物體的重心與何有關是教學的難點.抓住高中物理教學的重難點，也就把握了高中物理教學設計的正確方向.

2. 遵循知識發生的邏輯循序

高中物理教師如能按照物理知識發生的邏輯順序來設計教學，就會加寬學生的思維順序.某教師教“重力 基本相互作用”時，以一個“錐體爬坡”的實驗引入課題，指出在學了本節課后能解釋這一現象，接著就另起話題講力的概念、力的作用效果、力的圖示、力的示意圖、重力、重心、重心與何有關，然后再解釋“錐體爬坡”的實驗現象.“錐體爬坡”實驗在引課中除了起激發興趣作用外，沒有多大的效果，反而使學生學習的邏輯順序發生了中斷.不如將“錐體爬坡”的實驗放到“重心”學習之后再來演示，然后讓學生解釋這一現象.經過這樣的調整，知識的發生才變得有序.

（二）提升“理解學習困惑”的能力

1. 理解學生是怎么學習物理的

知道了學生是怎么學習物理的，才能有針對性地“為學生的學習而設計物理教學”.比如慣性大小的教學.“慣性是物體本身固有的屬性，慣性的大小與速度無關與質量有關，物體的質量越大慣性越大.”學生往往先記住這個結論，然后利用這個結論去判斷物理現象.實際上，即使學生將結論背得滾瓜爛熟，但慣性的大小為什么與質量有關而與速度無關，在他們的心中還是沒有搞清楚.一到關鍵時刻，“速度大慣性大”的念頭仍會不由自主地冒出來.

2. 于學習中的障礙處設計教學

奧蘇伯爾指出：“影響學習的唯一最重要的因素，就是學習者已經知道了什么.要探明這一點，并應據此進行教學.”[1]高中物理教師在了解學生知道什么的基礎上，判斷學生學習路徑中的障礙，然后根據這一學習障礙選定解決的辦法，幫助學生排除學習障礙.仍以慣性大小的教學為例來說明.教學內容是：“慣性是物體本身固有的屬性，慣性的大小由物體的質量決定與物體的速度無關.”分析學生的學習障礙：教學中從“屬性”一下跳到“大小”，學生的思維發生了中斷.解決的辦法：在“屬性”（性質）與“大小”之間建立一個中間地帶——“本領”，即“慣性是物體抵抗運動狀態變化的本領”.理由是“屬性”無法跟“大小”直接聯系起來，而本領有“大小”，本領的大小能跟慣性的大小聯系起來.因此教師將精力集中到“本領”這個中間地帶上，才能突破教學的難點.教學中首先明確“慣性是物體固有的屬性”、“慣性是物體抵抗運動狀態變化的本領”、“慣性的大小就是物體抵抗運動狀態變化本領的大小，因此慣性大小與速度大小無關”，然后設置情境：兩輛相同型號的卡車，一輛空載，一輛滿載，在相同大小的牽引力作用下，都由靜止開始加速至100km/h.問：哪一輛卡車啟動快？學生憑生活經驗可知，空載的卡車啟動快，運動狀態變化快，說明空載卡車抵抗運動狀態變化的本領小；滿載卡車啟動慢，運動狀態變化慢，說明滿載卡車抵抗運動狀態變化的本領大.由此可知，物體抵抗運動狀態變化本領的大小與質量有關，由質量決定，即慣性的大小由質量決定.

（三）提升“理解物理教學”的能力

理解高中物理教學主要指理解以下四點：（1）為什么教；（2）教什么；（3）怎么教；（4）教得怎么樣.“為什么教”是高中物理教學的價值所在；“教什么”是指高中物理的教學內容；“怎么教”是指高中物理的教學方法問題；“教得怎么樣”是對高中物理教學效果的評價.比如牛頓第三定律的教學.（1）明確教這節課的價值.在此之前，我們研究的都是單個物體，從牛頓第三定律開始我們研究的是兩個物體.牛頓第三定律這節課是我們從研究單個物體到研究兩個物體的一個分界線.（2）清楚這節課要教的重難點內容.關鍵是講清定律中“總是”兩字.“總是”體現在“靜止物體之間”、“運動物體之間”（包括做“勻速直線運動”、“變速直線運動”和“曲線運動”的物體之間）.“總是”體現在“固—固”、“固—液”、“固—氣”物體之間的相互作用.“總是”體現在接觸力這樣、非接觸力也這樣的物理現象中.（3）知道提升學生科學素養的方法.教師分析了“用手背敲桌面，手感到痛”、“人游泳時手和腳要往后劃水，人才能往前游”兩個例子，然后指出：第一個例子是固體與固體之間的相互作用，第二個例子是固體與液體之間的相互作用，再啟發學生，“你覺得生活中還有什么樣的例子能說明其他種類物體之間的相互作用呢？”學生提出：“直升機停在空中時，直升機的螺旋槳將空氣往下推，對空氣有往下的作用力，被往下推的空氣對直升機有向上的反作用力，使直升機停在空中.這是固體與氣體之間的相互作用.”學生在教師所舉例子的基礎上說出直升機的例子，說明所學的知識發生了內化.通過這個教學過程提升了學生的科學素養——對生活現象的物理學反思.（4）評價這節課的教學效果.教師問：“馬拉車勻速前進時，馬對車的拉力等于車對馬的拉力；馬拉車加速前進時，馬對車的拉力大于車對馬的拉力.這種說法對嗎，請說明理由.”目的是檢測學生的學習效果.

二、促成高中物理教師教學設計能力提升的途徑

促成高中物理教師教學設計能力提升的途徑主要有兩個，開展高中物理說課活動和撰寫高中物理教學故事.兩者各有側重，互為補充，相輔相成.前者是一種依賴于教學同伴的合作活動，需通過教學同伴的合作研究才能展開，如有專家的參與指導，就能迅速地提升高中物理教師的教學設計能力.這是一項針對某一節完整教學內容所開展的研究活動.后者是一種依賴于教師自身個體的反思活動，需用教學理論拷問教學事件，經教學分析，形成個性化的教學主張.這是一項針對教學內容某一局部細節或整體架構所開展的研究活動.

（一）開展高中物理說課活動

說課是一項要求說課者說清教什么、怎么教、為什么這么教的教研活動.如果在高中物理說課中能說清楚這些要素，那么上述“理解物理教學”的策略就落到了實處.它能有效地促成高中物理教師教學設計能力的提升.比如“自由落體運動”一節的說課.（1）討論輕、重物體誰下落得快.教師演示一顆粉筆頭和一張白紙在等高處釋放誰先下落的實驗，提出問題：是否重的物體一定比輕的物體下落快？教師讓學生在提供的粉筆頭、一張白紙、半張白紙這三樣東西中選擇合適的器材來證明自己的觀點.目的是激發學生的求異思維，培養學生的質疑能力.學生將揉成一團的半張白紙與平鋪的一張白紙在等高處釋放，得出輕的物體下落快.學生將揉成一團的半張白紙與揉成一團的一張白紙在等高處釋放，得出輕的物體與重的物體下落一樣快.在不同條件下得出了三個不同的結論.為了追求科學規律的簡潔性，我們循著歷史的足跡探詢物理的基本規律.教師介紹伽利略的“落體悖論”思想，否定了亞里士多德“重的物體比輕的物體下落快”的結論.目的是讓學生經歷物理思辨的邏輯推理過程，感受物理思維的偉大力量.然后提出伽利略的結論同剛才學生實驗所得出的結論不一致，到底是什么原因干擾了我們對落體運動的研究？再利用“牛頓管”實驗來驗證伽利略的想法.比較牛頓管在“抽掉少許空氣”、“抽掉較多空氣”、“盡可能多地抽掉空氣”的不同條件下金屬片、羽毛下落快慢的實驗，推想在真空環境下的實驗現象，再播放月球上宇航員的落體實驗.讓學生經歷“問題→實驗→推理→牛頓管實驗→月球上的實驗”這一過程，充分感受到邏輯推理與實驗完美結合的美妙之處.進一步明確了在不考慮空氣阻力，只考慮所受重力的情況下，重的物體與輕的物體下落得一樣快.由此建立了自由落體運動的理想模型.目的是讓學生體驗到物理模型的建立過程.（2）自由落體運動的性質.通過模型的建立，得出自由落體運動的定義，明確自由落體運動的條件.提出問題：自由落體運動是一種什么樣的加速直線運動，是勻加速直線運動還是變加速直線運動？怎么證明？在學生提出方案的基礎上教師做自由落體運動的創新實驗.教師將“能發出紫外線的頻率可調的LED頻閃光源球（如頻率調至50Hz）”靜止釋放，利用小球發出的紫外線使貼在黑板上的涂有熒光物質的光影畫布感光.在光影畫布上鋪一張透明塑料膜，當光影畫布感光后，用記號筆在塑料膜上做下記號，就可利用塑料膜來研究小球做自由落體運動的規律，求出下落加速度的大小.目的是通過創新的實驗達到頻閃照相的效果，以方便地研究落體運動的性質和求出落體加速度的大小.再用PPT展示一張排列雜亂的不同緯度處重力加速度值的表格，讓學生尋找g的規律.目的是打亂書上表格按緯度增大g增大的排列順序，避免一眼就能看出結果、缺少思維含量的做法.（3）自由落體運動的規律和應用.讓學生通過回憶初速為零勻加速直線運動的規律來推導出自由落體運動的規律.通過破解“時間尺”測量同學反應時間的秘密達到學以致用，靈活運用物理規律的目的.

（二）撰寫高中物理教學故事

高中物理教學故事是通過教師親身經歷的教學事件，包括教師自己教學中發生的教學事件和觀課中發現的教學事件，運用教學理論進行教學分析，由此產生個性化教學主張的一種敘事形式.高中物理教師可采用“一則自身親歷的教學事件+教學分析+由此產生的教學主張”的寫法撰寫教學故事，通過分析形成自己的教學主張來提升教學設計的能力.它具有親身經歷、短小精煉、啟迪教學智慧、便于改進教學設計的鮮明特征.當積累的高中物理教學故事多了后，還可將某幾則相關聯的教學故事組成一個“教學故事串”，提煉出新的教學主張.比如關于彈力的教學故事串.

教學故事1：教師先展示一副動漫圖片：（如圖1所示）一顆橡皮子彈擊中動漫人物路飛的大肚.然后解說，路飛的大肚將橡皮子彈反彈回去，說明路飛的大肚對子彈有彈力的作用.

教學分析1：第一，高一學生中不識路飛為何人的有很多，只有平時喜愛動漫的同學才熟悉.教學中引用路飛的例子并不適宜.第二，一副肚皮畫得這么夸張而又是靜態的圖片離現實生活太過遙遠，且在現實生活中一顆高速飛行的玩具子彈擊中人的肚皮也是一件相當危險的事情，物理教學中不宜宣揚這種危險的事情.第三，人的肚皮是柔軟的，不可能將高速飛行的橡皮子彈反彈回去，這與動漫情境截然不同.第四，完全可用一個真實的簡單的實驗來說明彈力的產生過程.比如，被壓縮的彈簧一端固定，另一端與小車接觸，放手后被壓縮的彈簧在恢復原長的過程中將與之接觸的小車彈出去，說明被壓縮的彈簧對與之接觸的小車產生了彈力的作用.

教學主張1：拒絕虛構的漫畫，采用真實的實驗.

教學故事2：上課所用的黑板能在水平方向上沿黑板槽靈活推動.教師在黑板槽的底部放置一面平面鏡，在黑板前方一兩米處的桌面上安放一支亮著的激光筆，激光筆發出的光經平面鏡反射后照到天花板上，然后請一位學生上臺沿垂直黑板面的方向推黑板，結果天花板上的激光亮點發生了明顯的移動.教師總結說，這個實驗利用了“光杠桿”放大微小形變的設計思想，天花板上激光亮點的移動說明黑板受力時發生了微小的形變.

教學分析2：由于黑板槽縫隙的影響，黑板受學生推力時在可移動槽內的移動距離要遠大于黑板受壓發生的微小形變.因此天花板上光點的明顯移動主要是由于黑板在可移動槽內的偏移引起的.因此這個演示實驗是一個偽實驗.

教學主張2：要真實驗不要偽實驗.在利用“放大法”觀看微小形變的實驗中，既經典巧妙又易做的當數按壓扁玻璃瓶的實驗，只要將一個帶有細管瓶塞塞入盛滿紅墨水的扁玻璃瓶中，就可操作.這個實驗儀器易得，操作簡單，現象明顯.可惜上課教師沒有采用這個簡易實驗.

將教學故事1與教學故事2組成一個教學故事串，可以形成新的教學主張.

新的教學主張：高中物理的“實驗教學觀”——實驗教學要多做、巧做、真做.多做實驗指對于可以做出的實驗就不要用圖片，應多做實驗用實驗來說理.巧做實驗指實驗體現了巧妙的物理思維方法.如上述玻璃瓶實驗就運用了物理學中的“放大”思想.真做實驗指要拒絕虛假的實驗做真實的實驗.

總之，高中物理教師在開展教學設計時如始終堅持將提升“理解物理教材”的能力、“理解學習困惑”的能力和“理解物理教學”的能力放在首位，在教學反思中以“開展高中物理說課活動”和“撰寫高中物理教學故事”為載體，必將迎來自身教學設計能力的進一步提升.

參考文獻：

[1] D. P.奧蘇伯爾，等.教育心理學——認知觀點[M]. 北京：人民教育出版社，1994.