首要教學(xué)原理視角下的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

摘 要：本文嘗試在首要教學(xué)原理視角下研究初中物理的教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂實(shí)施.依照物理學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)浙教版“機(jī)械能”一節(jié)的復(fù)習(xí)課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，并在實(shí)施過程中提出幾條實(shí)踐策略：在課堂上激活學(xué)生舊知時(shí)注意改變表征形式;在講授新知過程中強(qiáng)調(diào)知識(shí)細(xì)節(jié)的刻畫;在遷移鞏固過程中嘗試不同的操練類型;在最后總結(jié)全課時(shí)要進(jìn)行融會(huì)貫通.

關(guān)鍵詞：首要教學(xué)原理;初中物理;教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）04-0056-03

作者簡介：葛元鐘（1975-），男，浙江杭州人，碩士，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：“任務(wù)中心”課堂教學(xué)設(shè)計(jì).

教育教學(xué)改革的一個(gè)重要目標(biāo)是提高教育質(zhì)量和教學(xué)效率.梅瑞爾教授多年來致力于課堂有效教學(xué)的研究[1]，并于2002年正式提出了首要教學(xué)原理.梅瑞爾教授指出：該原理是有效教學(xué)的各種處方，有利于確保教學(xué)產(chǎn)品的教學(xué)效能[2].

首要教學(xué)原理對(duì)有效教學(xué)具有很大的參考意義.本文嘗試在首要教學(xué)原理的指導(dǎo)下進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以浙教版“機(jī)械能”復(fù)習(xí)教學(xué)的幾個(gè)片段為例，應(yīng)用原理優(yōu)化設(shè)計(jì)以促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí).

1 “機(jī)械能”復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

梅瑞爾將教學(xué)分為四個(gè)步驟：激活舊知、探尋新知、嘗試應(yīng)用、融會(huì)貫通.這四個(gè)步驟是學(xué)生對(duì)知識(shí)逐步內(nèi)化的過程，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.他認(rèn)為“學(xué)習(xí)只有在學(xué)習(xí)者從事解決真實(shí)世界里發(fā)生的問題時(shí)，只有當(dāng)學(xué)習(xí)者能夠通過論證或應(yīng)用而激活已知知識(shí)并將其作為理解新知識(shí)的基礎(chǔ)時(shí)，新知識(shí)才會(huì)被整合到學(xué)習(xí)者的世界當(dāng)中”[3].

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包含“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面[4].本研究據(jù)此制定了浙教版“機(jī)械能”復(fù)習(xí)課的教學(xué)目標(biāo)，且依據(jù)首要教學(xué)原理制定了解決方案見表1.

2 “機(jī)械能”復(fù)習(xí)課堂教學(xué)

梅瑞爾提出：聚焦的“問題”應(yīng)具有復(fù)雜性.比如，我們要給問題創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)思維沖突.在本課，我們從“蹦極過程中，游客在哪一點(diǎn)的速度最快”這一簡單問題入手，循序漸進(jìn)，逐步深入展開教學(xué).將研究蹦極過程作為復(fù)習(xí)的情境明線，將機(jī)械能作為復(fù)習(xí)的知識(shí)明線.

2.1 改變表征形式，激活學(xué)生舊知

為了更好地激活學(xué)生舊知，梅瑞爾提出了“圖式激活”和“動(dòng)態(tài)圖式結(jié)構(gòu)”等促進(jìn)學(xué)生組織新內(nèi)容的方法.教材利用運(yùn)動(dòng)員射箭和網(wǎng)球拍變形兩個(gè)例子說明彈性勢(shì)能的大小與彈性形變有關(guān)：彈性形變?cè)酱螅瑥椥詣?shì)能就越大.在復(fù)習(xí)課中可進(jìn)一步利用圖式激活和動(dòng)態(tài)圖式結(jié)構(gòu)的方法說明動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化（如圖1所示）.

圖1中的甲是拉開的弓和箭，如果一開始就將弓和箭作為整體進(jìn)行分析，學(xué)生的思維只能停留在表面;如果要進(jìn)行深入研究，則要用分割法對(duì)弓和箭展開逐個(gè)分析;并且要將射箭的過程進(jìn)行分段，以便更好地研究.分析時(shí)可以將甲分成乙和丁.此時(shí)，乙具有彈性勢(shì)能，丁還沒有動(dòng)能.

分析張弓、拉弦、放手這個(gè)動(dòng)作：弓從圖中的乙轉(zhuǎn)變成了丙，弓的彈性勢(shì)能減少，弦快速恢復(fù)到原來的位置，且弦在丙階段速度最大.

分析張弓、搭箭、拉弦、放手這個(gè)動(dòng)作：弓從圖中的甲轉(zhuǎn)變成了丙和丁，弓的一部分彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化成弦的動(dòng)能，一部分彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化成箭的動(dòng)能.

又如在新課教學(xué)講解衛(wèi)星能量變化時(shí)，我們會(huì)放一張衛(wèi)星繞地球的圖片如圖2甲所示.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，教師會(huì)講解如何判斷“離地面的高度”，但是學(xué)生對(duì)于圖甲中遠(yuǎn)地點(diǎn)的高度理解起來略感吃力.關(guān)于動(dòng)能與重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化，學(xué)生在圖式上仍停留在豎直上拋模型.針對(duì)這一學(xué)情，教師在上復(fù)習(xí)課的時(shí)候，可以考慮先用圖式進(jìn)行舊知激活，再用動(dòng)態(tài)圖式轉(zhuǎn)化表征方法.把甲圖進(jìn)行倒置（如圖2乙所示），這時(shí)，學(xué)生用豎直上拋模型也能理解衛(wèi)星從近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)地點(diǎn)的過程中，距離地面的高度變大，重力勢(shì)能增加.

2.2 分析蹦極過程，強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)刻畫

梅瑞爾教授指出知識(shí)處于兩種水平：信息和細(xì)節(jié)刻畫.若能在教學(xué)中采用細(xì)節(jié)刻畫，則學(xué)習(xí)者更容易記住和應(yīng)用信息，教學(xué)也更加有效.在蹦極過程中，當(dāng)人體落到離地面一定距離時(shí)，橡皮繩會(huì)被拉開、繃緊，阻止人體繼續(xù)下落，到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)橡皮繩再次彈起.

先分析蹦極過程中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，如圖3所示.

O點(diǎn)：蹦極的起跳點(diǎn);

A點(diǎn)：繩子發(fā)生形變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，OA表示繩子的原長;

B點(diǎn)：平衡點(diǎn)，繩子由于形變產(chǎn)生的拉力大小與游客的重力相等，二力平衡;

C點(diǎn)：最低點(diǎn)，也是繩子形變最大點(diǎn)，拉力最大點(diǎn).OC即表示運(yùn)動(dòng)過程中人距離出發(fā)點(diǎn)的最長距離.

為了更好地研究物體的受力情況，在課堂上用一個(gè)砝碼和一根有彈性的繩子來模擬蹦極過程，并在繩子的一端接上拉力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄.當(dāng)砝碼下落一定距離時(shí)，橡皮繩被拉開、繃緊，拉力傳感器開始計(jì)數(shù);當(dāng)?shù)竭_(dá)最低點(diǎn)時(shí)砝碼再次彈起，隨后又落下，這樣反復(fù)多次的拉力情況通過傳感器在電腦中形成了一條力隨時(shí)間變化的曲線.筆者通過分析，在線上標(biāo)出了這一運(yùn)動(dòng)過程中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)A、B、C，如圖4所示.

A點(diǎn)為形變起始點(diǎn)，A到B的過程中，拉力逐漸變大，在B點(diǎn)拉力為0.41N等于鉤碼重力，AB階段拉力始終小于重力，鉤碼處于加速階段.

從B點(diǎn)開始到C點(diǎn)的過程中，拉力開始大于重力0.41N，鉤碼處于減速階段，直到C點(diǎn)速度減小到零;C點(diǎn)為形變最大點(diǎn)，彈性勢(shì)能最大.隨著振動(dòng)次數(shù)增加，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最大拉力從0.82N開始逐漸變小.

在整個(gè)曲線中，B點(diǎn)不止一個(gè)，曲線上拉力等于0.41N的點(diǎn)都是B點(diǎn).最后，鉤碼也停留在B點(diǎn).

2.3 嘗試分析蹦床，遷移應(yīng)用提升

梅瑞爾指出對(duì)于不同的教學(xué)目標(biāo)，應(yīng)該對(duì)應(yīng)不同的呈現(xiàn)方式和學(xué)習(xí)指導(dǎo)方式，也應(yīng)該有不同的操練類型.因此，筆者在這堂課中還設(shè)計(jì)了一個(gè)蹦床的內(nèi)容，用來練習(xí)和應(yīng)用學(xué)生剛剛理解的知識(shí).雖然蹦床和蹦極有一些區(qū)別，但在受力分析的方法上卻是相通的.

蹦床是借助彈力床的彈力將人體彈向空中的.我們嘗試用類比的方法對(duì)蹦床過程進(jìn)行分析，對(duì)這一過程中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)已標(biāo)紅，如圖5所示.

通過受力分析發(fā)現(xiàn)，蹦極和蹦床在B點(diǎn)和C點(diǎn)二者之間的受力情況高度相似，因此，通過對(duì)蹦床的研究可以對(duì)蹦極中出現(xiàn)的知識(shí)和能力有一個(gè)很好的鞏固，如圖6所示.

2.4 分析探究過程，進(jìn)行融會(huì)貫通

融會(huì)貫通主張學(xué)生在討論、反思、鞏固、應(yīng)用新知的時(shí)候能夠促進(jìn)學(xué)習(xí);同時(shí)，反思學(xué)習(xí)效果、檢查復(fù)習(xí)等做法也都能夠提高學(xué)習(xí)效能的水平，這種活動(dòng)為知識(shí)的糾正和知識(shí)的遷移以及記憶的保持提供了機(jī)會(huì)[5].

通過對(duì)蹦極和蹦床的二次研究，大部分學(xué)生已經(jīng)對(duì)研究過程有了一些體會(huì)和心得，這時(shí)，需要有人幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通.因此，在課堂教學(xué)過程中，教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生嘗試歸納分析物體能量轉(zhuǎn)化的步驟：首先要確定研究對(duì)象，還要明確研究過程的起點(diǎn)、終點(diǎn)以及關(guān)鍵點(diǎn);其次，要能夠準(zhǔn)確地對(duì)物體進(jìn)行受力分析，結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，推斷能量的轉(zhuǎn)化和速度的大小;最后，推斷研究對(duì)象的能量變化[6].

通過研究發(fā)現(xiàn)：學(xué)生通過對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行不同角度的思考辨析，融會(huì)貫通，能很好地將知識(shí)整合到自身的知識(shí)架構(gòu)中.

3 總結(jié)反思

首要教學(xué)原理是梅瑞爾在學(xué)習(xí)了加涅的教學(xué)理論后提出的教學(xué)理論，相關(guān)實(shí)踐證明在該原理指導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)是有效果的，首要教學(xué)原理對(duì)物理教學(xué)是有意義的.之前的實(shí)踐過程中，我們建立了一些效果好、效率高、參與度大的課堂.此后，我們還應(yīng)該針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容靈活應(yīng)用首要教學(xué)原理，提升學(xué)生的應(yīng)用能力以及課堂教學(xué)效果.

參考文獻(xiàn)：

[1]秦丹，魏曉玲.3E教學(xué)的探索之路——M.David Merrill學(xué)術(shù)思想研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2009，19（05）：5-8+16.

[2]張艷平.首要教學(xué)原理支撐下的有效教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2016.

[3]孫林偉，高卿.首要教學(xué)原理在物理教學(xué)中的應(yīng)用--以"力的合成"教學(xué)為例[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2019，36（04）：8-10.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版） [M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]何立娟.首要教學(xué)原理視角下的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2019.

[6]丁麗娟.問題鏈引導(dǎo)下的推理能力的培養(yǎng)——以“探究機(jī)械能守恒定律”為例[J].中學(xué)物理，2020，38（07）：32-36.

（收稿日期：2020-11-13）