基于模型建構(gòu)視角的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)比較研究

肖祥清 羅華權(quán)

摘 ? 要：站在模型建構(gòu)的視角，以“探究連接體問(wèn)題”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，對(duì)遞進(jìn)和發(fā)散兩種設(shè)計(jì)方式進(jìn)行對(duì)比，嘗試從教學(xué)設(shè)計(jì)思想、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)流程以及教學(xué)重難點(diǎn)突破等方面進(jìn)行對(duì)比研究，挖掘兩種方式教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和價(jià)值，探索新形勢(shì)下高中物理教師在日常教學(xué)中有效進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的思路，促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)真正落地。

關(guān)鍵詞：模型建構(gòu);教學(xué)設(shè)計(jì);遞進(jìn);發(fā)散

模型建構(gòu)是以科學(xué)事實(shí)為依據(jù)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化、理想化等方式對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象概括處理的科學(xué)方法，是高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“科學(xué)思維”的要素之一 [ 1 ]。在新課程改革的新形勢(shì)下，如何在物理課堂教學(xué)中落實(shí)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)目標(biāo)？如何在日常教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成？下面以“探究連接體問(wèn)題”為課題的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，嘗試了兩種不同的設(shè)計(jì)思路。

1 ?教學(xué)設(shè)計(jì)思想對(duì)比

兩種教學(xué)設(shè)計(jì)（分別為甲、乙）的設(shè)計(jì)思想對(duì)比分析如表1所示。

從表1可以看出，教學(xué)設(shè)計(jì)甲從生活實(shí)例的認(rèn)知中建立概念，實(shí)現(xiàn)模型建構(gòu)，再按照三種類型的順序引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“線”式學(xué)習(xí)的過(guò)程，不斷向縱深方向探索，逐步完善，層層遞進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)連接體問(wèn)題的探究。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)具有遞進(jìn)的特征，故稱為遞進(jìn)式教學(xué)設(shè)計(jì)。

相比之下，教學(xué)設(shè)計(jì)乙則從演示實(shí)驗(yàn)出發(fā)，教師引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“錯(cuò)誤”——“正確”的探究過(guò)程，制造認(rèn)知沖突，形成概念，接著進(jìn)行“正”、“反”、“變”三種并列的探究活動(dòng)，帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷“面”式學(xué)習(xí)的過(guò)程，學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程不斷沿橫向拓展，層層發(fā)散，鋪展開(kāi)來(lái)，最終達(dá)成對(duì)連接體問(wèn)題的探究目標(biāo)。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)具有發(fā)散的特征，故稱為發(fā)散式教學(xué)設(shè)計(jì)。

作為課堂教學(xué)的“總工程師”，教師在進(jìn)行這兩種思維方式相反的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要堅(jiān)守相同的精神內(nèi)涵，那就是聚焦科學(xué)思維的培養(yǎng)，基于模型建構(gòu)的視角，以多種形式的教學(xué)活動(dòng)，努力建構(gòu)教師的教與學(xué)生的學(xué)之間的相互交融的關(guān)系，以教學(xué)相長(zhǎng)為根本指導(dǎo)思想。

2 ?教學(xué)目標(biāo)對(duì)比

從上述分析可見(jiàn)，兩種教學(xué)設(shè)計(jì)思想既相互區(qū)別又相互兼容，因此，教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)也同樣存在差異與兼容并存的特點(diǎn)。（如表2所示）

3 ?教學(xué)流程對(duì)比

教學(xué)目標(biāo)的差異性決定了教學(xué)流程的多樣性。教學(xué)流程的合理性直接影響課堂教學(xué)的成敗?；谀Ｐ徒?gòu)視角的教學(xué)流程設(shè)計(jì)需要教師圍繞模型建構(gòu)這一核心思維方法，站在學(xué)生的立場(chǎng)思考問(wèn)題，設(shè)置科學(xué)合理的教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)方式?；诖?，分別進(jìn)行了如下的流程設(shè)計(jì)。

3.1 ?遞進(jìn)式教學(xué)流程

遞進(jìn)式教學(xué)流程意在激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生一步步向前探索未知世界，在一系列層次鮮明的探究活動(dòng)中逐步完善對(duì)連接體模型的認(rèn)知，進(jìn)而走向課后延伸，有利于拓寬學(xué)生認(rèn)知視野。教學(xué)流程圖如圖1所示。

3.2 ?發(fā)散式教學(xué)流程

相比于遞進(jìn)式教學(xué)流程，發(fā)散式的教學(xué)流程顯得較為跌宕起伏，由于認(rèn)知沖突的存在，該方式的教學(xué)過(guò)程勢(shì)必具有一定的挑戰(zhàn)性，發(fā)散式的探究歷程不斷豐富學(xué)生的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，有利于形成正確認(rèn)知。教學(xué)流程圖如圖2所示。

4 ?教學(xué)重難點(diǎn)突破對(duì)比

4.1 ?教學(xué)重難點(diǎn)及突破策略對(duì)比

連接體問(wèn)題作為高中物理的難點(diǎn)內(nèi)容之一，對(duì)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)提出較高的要求。因此，在進(jìn)行教學(xué)策略的選擇與優(yōu)化時(shí)，教師需要進(jìn)行學(xué)生角色扮演，推敲學(xué)生可能遇到的困難和困惑。表3為兩種方式的教學(xué)重難點(diǎn)及突破策略。

由表3可知，在突破重難點(diǎn)的學(xué)習(xí)要求方面，發(fā)散式教學(xué)設(shè)計(jì)高于遞進(jìn)式，這就決定了突破重難點(diǎn)策略上的差異。盡管如此，兩種方式的重難點(diǎn)突破設(shè)計(jì)還是存在以下三個(gè)相同點(diǎn)：圍繞一個(gè)核心——通過(guò)教學(xué)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)建構(gòu)連接體模型;實(shí)現(xiàn)多樣化——多種媒介載體、多樣活動(dòng)相互交融，形成一體;達(dá)成相同意圖——構(gòu)建“師——生學(xué)習(xí)共同體”。

4.2 ?教學(xué)重難點(diǎn)突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)

4.2.1 ?基于遞進(jìn)式教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)重難點(diǎn)突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)例析

遞進(jìn)式教學(xué)設(shè)計(jì)重在突破學(xué)生由已知到未知的認(rèn)知難點(diǎn)，其最大的亮點(diǎn)在于側(cè)重啟發(fā)學(xué)生走向橫向的深度學(xué)習(xí)，按照同向運(yùn)動(dòng)型連接體——反向運(yùn)動(dòng)型連接體——不共線方向運(yùn)動(dòng)型連接體三種類型展開(kāi)。

4.2.1.1 ?案例1——模型構(gòu)建環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

課件展示：火車和牛犁地圖片。

問(wèn)題1：生活中經(jīng)?？梢?jiàn)奔馳著的火車、牛犁地等場(chǎng)景，如果我們要從物理角度去描述這些場(chǎng)景，往往需要建立物理模型。那么，我們?cè)撊绾谓⑽锢砟Ｐ?？在建立物理模型時(shí)，要注意哪些問(wèn)題？（師生互動(dòng)后，展示模型建構(gòu)成果，如圖3所示）

學(xué)生活動(dòng)1：學(xué)生觀察火車、牛犁地圖片，通過(guò)小組討論得出相應(yīng)的物理模型。

設(shè)計(jì)意圖：在情境導(dǎo)入的基礎(chǔ)上，選擇典型的實(shí)例，以圖片形式創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)小組合作的形式完成模型建構(gòu)的體驗(yàn)，為后續(xù)的探究學(xué)習(xí)做鋪墊。

4.2.1.2 ?案例2——反向運(yùn)動(dòng)型連接體模型創(chuàng)設(shè)情境環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

課件展示：阿特伍德機(jī)（如圖4所示），介紹阿特伍德機(jī)物理學(xué)史材料。

學(xué)生活動(dòng)3：了解阿特伍德機(jī)物理學(xué)史，自主完成模型建構(gòu)。

設(shè)計(jì)意圖：以物理學(xué)史為媒介，鼓勵(lì)學(xué)生自主體驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?gòu)過(guò)程，提升學(xué)習(xí)效果，引出對(duì)反向運(yùn)動(dòng)型連接體模型的探究。

4.2.2 ?基于發(fā)散式教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)重難點(diǎn)突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)例析

相比之下，發(fā)散式教學(xué)設(shè)計(jì)則側(cè)重啟發(fā)學(xué)生走向橫向的深度學(xué)習(xí)，以認(rèn)知沖突作為思維起點(diǎn)和發(fā)散點(diǎn)。以實(shí)驗(yàn)演示現(xiàn)象為中心點(diǎn)向外發(fā)散，內(nèi)在邏輯上按照“‘正’式探究”——“‘反’式探究”——“‘變’式探究”三個(gè)環(huán)節(jié)逐步推進(jìn)。

4.2.2.1 ?案例3——“正”式探究環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

課件展示：如圖5所示的裝置中，一質(zhì)量為M的小車置于傾角為θ的粗糙傾斜長(zhǎng)木板上，長(zhǎng)木板底端固定一輕滑輪，質(zhì)量為m的鉤碼通過(guò)細(xì)繩繞過(guò)定滑輪系于小車，細(xì)繩方向平行于長(zhǎng)木板斜面。已知重力加速度為g，小車所受阻力大小恒定且滿足f=Mgsinθ，不計(jì)輕繩與滑輪之間的摩擦，現(xiàn)在由靜止釋放小車，請(qǐng)嘗試解決下列問(wèn)題：

（1）畫(huà)出小車、鉤碼的受力分析示意圖;

（2）求小車運(yùn)動(dòng)加速度a的大小;

（3）細(xì)繩對(duì)小車?yán)的大小;

（4）畫(huà)出-M圖象;

學(xué)生活動(dòng)2：基于學(xué)案中本題答題情況進(jìn)行小組討論，解決4個(gè)問(wèn)題;利用實(shí)物投影儀進(jìn)行學(xué)習(xí)成果展示。

設(shè)計(jì)意圖：題圖實(shí)際上是實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化處理得到的模型圖，本題以學(xué)生熟悉的實(shí)驗(yàn)情境為背景，引導(dǎo)學(xué)生在模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，考查學(xué)生對(duì)物理觀念的掌握水平。

4.2.2.2案例4——“反”式探究環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

課件展示：如圖6所示，啟發(fā)學(xué)生思考此時(shí)小車和鉤碼運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的差異。

學(xué)生活動(dòng)3：在教師的引導(dǎo)下分析此時(shí)小車和鉤碼的運(yùn)動(dòng)速度大小關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖：在分析小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受力發(fā)生變化的同時(shí)，利用分析推理的方式引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)小車和鉤碼的運(yùn)動(dòng)速度存在關(guān)聯(lián)問(wèn)題。

5 ?感悟與啟發(fā)

基于上述的分析發(fā)現(xiàn)，從模型建構(gòu)的視角審視“探究連接體問(wèn)題”的教學(xué)設(shè)計(jì)，遞進(jìn)式與發(fā)散式各有特色。由此得出以下的啟示：

首先，教師要樹(shù)立教學(xué)平衡的教學(xué)觀。新形勢(shì)下的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)把握好教與學(xué)兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)。在比較研究中，兼顧教與學(xué)的課堂教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)有利于師生之間在課堂教學(xué)活動(dòng)中充分成長(zhǎng)，有利于構(gòu)建靈動(dòng)而高效的物理課堂，有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

其次，教師要樹(shù)立以學(xué)生為本的學(xué)生觀。通過(guò)比較分析，不同的設(shè)計(jì)思路之間具有差異性與兼容性并存的特點(diǎn)，要讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)在物理課堂中真正落地，教師還需要深入研究學(xué)生，從學(xué)情實(shí)際出發(fā)，從學(xué)生的實(shí)際需要出發(fā)，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，讓教師的教學(xué)設(shè)計(jì)思想與學(xué)生的課堂生成、素養(yǎng)形成過(guò)程進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接。

再次，教師要樹(shù)立素養(yǎng)先行的教師觀。在新課程背景下，以落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)常態(tài)化。這就要求物理學(xué)科核心素養(yǎng)首先應(yīng)當(dāng)在物理教師心中生根發(fā)芽。在比較分析兩種方式教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)不同教學(xué)設(shè)計(jì)的差異性、兼容性的解讀過(guò)程需要教師本身具備過(guò)硬的必備知識(shí)和關(guān)鍵能力。因此，物理教師應(yīng)當(dāng)主動(dòng)作為，爭(zhēng)取素養(yǎng)先行，讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)真正在教師心中落地生根。

6 ?結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)兩種方式的教學(xué)設(shè)計(jì)的對(duì)比研究中，分別從“線”式遞進(jìn)探索與“面”式發(fā)散拓寬兩個(gè)層面感受了模型建構(gòu)這一思維視角的獨(dú)特魅力。在差異性與兼容性并存的對(duì)比研究中，感悟到了探究性教學(xué)的精髓，而探究性教學(xué)的“魂”在于獨(dú)立的思考和探索的實(shí)踐[ 2 ]。因此，在新課程背景下，高中物理教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)努力貫徹讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)落地的時(shí)代要求，牢牢把握住教師與學(xué)生、教與學(xué)之間的辯證關(guān)系，讓課堂教學(xué)成為物理學(xué)科核心素養(yǎng)的聚焦陣地，同時(shí)也成為教書(shū)育人的發(fā)散起點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 陶昌宏.探究性教學(xué)的“魂”—— 獨(dú)立的思考，探索的實(shí)踐[J].物理教師，2012，33（3）：1-5.