基于“三序合一”理論的初中物理教學設計

費志明 陳懋

摘 要：一節好課要講究知識序、認知序以及教學序的有機組合.以“重力”教學為例，通過畫結構圖，理清知識序，通過科學交流，把握思維序，通過問題導引，設計教學序，進而達到“三序合一”，讓學生真正成為課堂的主人，課堂能充滿活力，發展學生的科學思維.

關鍵詞：三序合一，初中物理，科學思維

文章編號：1008-4134（2020）08-0045 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

一節課中學生學習知識是解決“去哪兒”的問題，知識序解決的是學生要“準備什么”的問題，認知序解決的是學生現在“在哪兒”的問題，教學序解決的是如何讓學生“高高興興地走”，而又不錯過沿途的風景且能達到終點的問題.教師要尊重學生的情感，理清知識序、把握認知序、設計教學序，進而達到“三序合一”，課堂才能充滿活力，才能達到教學的高效，發展學生的思維品質，讓學生真正成為課堂的主人[1].本文以浙教版初中科學“重力”教學設計為例，以期拋磚引玉.

1 畫結構圖，理清知識序

所謂知識序，是指科學知識本身內在的邏輯順序.任何一個知識點都不是孤立的，它必然處于某一知識體系當中，有相應的下位知識，也有上位知識，三者構成了一個知識序列.有序的知識序是課堂教學的骨架和支撐，如果沒有，課堂就會顯得雜亂無章.如何找一個知識點所需要的下位知識呢？一個簡單的方法就是畫“魚骨圖”， 從學生認知視角，不斷稚化追問下去，把知識點寫到魚的脊梁骨上，每一個需要的下位知識寫在魚刺上.

本節課的核心內容是重力的概念，包括重力的方向、大小和重力的作用點，探究物體受到的重力與質量大小關系.重力的方向“總是豎直向下”中“總是”的意義，即無論物體是靜止的還是運動的，無論物體是做什么運動，無論外界條件如何變化，物體受到的重力的方向始終保持豎直向下，“總是豎直向下”中“豎直向下”的意義，即重力的方向與水平面垂直，水平面也可以認為是地平線.對重力而言，它的知識序如圖1所示. ? 2 科學交流，把握認知序

所謂認知序是指學習者學習活動內在的認知規律.心理學研究證明，要有效地開展教學活動，學習者對學習內容的認識興趣與智力積極性是一個首要的條件，而這種認識興趣與智力積極性只有當教學活動同學習者原有的經驗、知識、能力聯系起來時，才能在最大程度上得到誘發.而且學習者認知的發展也有內在的序列性，如從已知到未知、從感知到理解、從鞏固到應用、從具體到抽象等.因此教師在進行教學設計時，必須考慮學習者現有的智能水平和個性傾向等心理特征，并按照認知發展的程序來進行.

如何找到學生“在哪兒”的教學設計基點呢？教師可以通過科學交流，包括對話、導學案、任務單以及小測試等，在本節前，可以設置三個問題：（1）假如沒有重力，我們的生活會變得怎樣？（2）標出圖2中每棵蘋果樹上蘋果落地的方向.（3）一只西瓜要比一只蘋果重，一桶水要比一杯水重，為什么？通過三個問題，學生的前概念基本都能被激活.

有些學生由于受其生活經驗的影響，覺得重力的方向應該是垂直地面向下或與接觸面相垂直，有的學生受到放在斜面上的物體將會沿斜面下滑的影響，認為重力的方向是沿斜面向下的，也有學生在生活中聽說“重量”一詞，以為“重量”“質量”“重力”是一回事，手拿物體克服的是重力還是質量也分不清，教師需要在課堂上有效轉化學生的這些前概念，通過科學表達，讓學生真正理解重力的概念.

3 問題導引，設計教學序

教學序就是課堂教學的流程，就是先學什么，后學什么.事實上，每節課要學習的知識已經決定了它所需要的知識序和認知序，已經搭建起了一節課的基本框架.但具體的操作方案仍面臨諸多選擇.如在某一環節使用多媒體素材，文本、圖形、圖像以及動畫哪種效果最好？這需要我們進行比較、抉擇，優中選優，即通常所說的“優化過程”.在具體的選擇過程中，就要兼顧素材和方法，遵守優化過程的三條原則：一是有吸引力，學生感興趣，二是簡潔，學生容易理解，三是高效，能促進學生有效思維.

本節通過對比實驗激起學生的認知沖突，設置與學生認知不同或匹配的問題情境，培養學生質疑意識和思維能力，通過觀察現象、邏輯推理以及實驗探究，最后上升為理論認識.整節課分為兩部分，重力的方向、重力的大小.通過探究“重力的大小與物體質量的關系”，讓學生充分經歷猜想、實驗數據分析的過程，再通過質疑、對比分析等環節，得出結論.

3.1 環節1：重力的效果

地面上的物體都受到重力的作用，重力產生的最直接的效果是使物體下落.（1）認識重力的存在.播放太空視頻實驗：太空中的單擺運動，T形支架上，細繩拴一顆小鋼珠，宇航員把小球拉升到一定高度后放手，小球懸停在了半空中.再演示地面實驗：單擺運動，對比視頻實驗與演示實驗，為什么相同的實驗在地面和太空會出現完全不一樣的結果呢？學生討論分析得出：地球對近地面的物體會產生吸引而使單擺受到一個向下的力，太空中沒有這樣的力.（2）物體從運動狀態上，分靜止的物體和運動的物體，從物質狀態上，分固體、氣體、液體，為了讓學生認識這些現象具有普遍性，可分別列舉相關、具體事例，如靜止的物體，蘋果樹上的蘋果，運動的物體，上拋的石塊，可借助頻閃照相機的圖片說明，如圖3所示，下雪（冰雹）、下雨、塵埃落地，然后歸納這些現象的共同原因：物體受到地球向下的吸引.再讓學生列舉生活中的其它現象驗證，從而得出：物體由于地球的吸引而受到的力叫做重力.

【設計意圖】通過太空實驗與地面實驗對比，讓學生直觀地感受到重力的存在，再通過列舉各種事例和頻閃照片，認識這種現象的普遍性，拉近學生與所學知識的距離，激發興趣.

3.2 環節2：重力的方向

對重力的方向，教師可以利用如圖4所示的實驗，圖4甲，球靜止時線向下，與水平面垂直，我們把這個方向叫做豎直向下，圖4乙，鐵架臺傾斜的過程中，球靜止時線的方向不變，與水平面始終垂直，說明重力的方向始終豎直向下.這句話表明兩個方面：重力的方向不變，重力的方向豎直向下.

但學生對豎直向下不理解，只認可“向下”，往往把豎直向下與垂直向下混淆，學生對重力的方向始終不變也惑疑，因為這只是靜止物體的狀態，如果物體從斜面滾下，它的重力方向是否改變，學生存在疑惑.對此，采用任務驅動，幫助學生理解科學概念.

任務1：如圖5所示，畫出物體受到的重力方向，并說明理由.

任務2：豎直向下與垂直向下一樣嗎？學生畫圖表示，如圖6所示，豎直向下是與水平面垂直向下，垂直向下是垂直于物體表面，無論什么物體只要是向著物體垂直于物體表面的都叫垂直向下.豎直向下和垂直向下是兩個不同的概念.

任務3：請畫出每個人的重力的方向.如圖7所示，我們平常所說的“向下”，到底指的是什么方向？引導學生畫出每個人的水平面，然后重力的方向是與水平面垂直，學生很快就知道重力的方向都是指向地球地心.

任務4：作圖，畫出圖8中空中運動足球的重力方向.引導學生畫出水平面，重力的方向是垂直水平面向下，學生發現運動物體的重力也是豎直向下.

【設計意圖】學生對重力的方向的認識是模糊的、片面的.通過實驗活動，清楚了豎直與垂直的區別，讓學生根據自己的判斷猜一猜并畫一畫，以暴露學生的前概念，突破難點.

3.3 環節3：重力的大小

根據力有大小、物體有輕重，學生不難知道重力也有大小.根據力可以用彈簧測力計測量，學生自然也會想到重力可以用彈簧測力計測量.先探究重力大小究竟跟哪個因素有關，再探究重力的大小跟質量存在怎樣的關系.對于重力的大小跟哪些因素有關，要充分利用學生的前概念，引導學生根據自己生活經驗提出合理的假設，如：（1）重力跟物體的質量有關，（2）重力跟物體的體積有關，等等.在這個基礎上，利用實驗檢驗假設的真偽，確定重力的大小只跟物體的質量有關，跟物體的體積無直接關系.

檢驗假設（1）：將體積相同的鋁塊和銅塊分別放在天平的兩個托盤上，銅塊的質量較.用彈簧測力計測得銅塊受到的重力較.

檢驗假設（2）：用天平測得質量相同的木塊和銅塊，木塊的體積較.用彈簧測力計測得兩者受到的重力（填“相同”或“不同”）. 以上實驗表明，重力的大小跟物體的質量（填“有關”或 “無關”），跟物體的體積（填“有關”或“無關”）.

這時，我們可以提出一個新的問題：重力的大小與質量之間究竟存在怎樣的關系？請用以下實驗步驟探究這個問題.（1）每小組準備 1個彈簧測力計、4個質量均為100克的鉤碼，（2）用彈簧測力計依次測出 1～4個鉤碼受到的重力，把測量結果記錄在表1中.

以質量為橫坐標，重力為縱坐標，建立如圖9所示的直角坐標系.根據表格中的數據，在坐標系上描點，連接這些點，看看重力和質量有什么關系.分析數據，找多組學生出示實驗記錄，讓學生自己得出正確結論，教師適當補充說明，引導學生根據實驗數據畫出對應的圖像，并利用實物投影展示學生所畫的圖像.得出結論：物體所受的重力與質量成正比.

得出重力大小的相關因素后，還要幫助學生解開思想上的疙瘩：為什么生活經驗中，一桶水比一杯水重？這是因為對同一種物質來說，體積大的物體質量也大，體積小的物體質量也小的緣故.而實際上，在這里，體積是影響重力大小的非本質因素，質量才是影響重力大小的本質因素.

【設計意圖】引導學生先暴露前概念，然后讓學生自己去探究，分析數據得出結論，比值法在科學中經常采用，通過動手、動腦的表格處理、圖像處理，發展學生的思維品質.

3.4 環節4：重力的應用

在重力的方向學習時，為了使學生了解重力的方向總是豎直向下這一原理的應用，教科書介紹了重錘線，這是建筑工人用來檢查墻壁是否豎直的工具.為了培養學生的技術設計能力，筆者讓學生用重錘線制作水平儀，通過自己畫圖和討論，提出自己的方案，還鼓勵學生課外查找資料，設計創新作品，學生首先展示重錘線，如圖10a所示，然后教師展示等腰三角尺和量角器，學生設計的作品如下：取等腰直角三角尺，在頂角處懸一重錘線，在底邊的中心刻度處作一標記，即成一簡單的水平儀，如圖10b所示，在量角器中心位置懸一重錘線，錘尖指向量角器的90°刻度線，即成一個簡單的測傾斜儀，如圖10c.當學生展示自己的作品，發現自己的產品比別人的更有創意，他們的創新思維被點燃.

【設計意圖】引導學生技術設計，讓學生通過自己畫圖和討論，提出自己的方案，培養學生的創造力，明確重力的方向總是豎直向下，學以致用，培養應用所學知識解決問題能力.

4 結語

一節好課要講究知識序、認知序、教學序的有機組合[2].我們應該以建構合理的教學邏輯為抓手，蹲下身子，從學生的邏輯起點出發，順應學生思維序，注重教學內容的結構層次，耦合課堂教學序，設計基于真實情景的問題解決任務，符合學習知識序，使學生在解決問題的活動中逐步發展學科核心素養.

參考文獻：

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（收稿日期：2020-01-08）