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初中科學(xué)概念教學(xué)的設(shè)計(jì)、組織、診斷和反思
作者：曹俊
物理教學(xué)探討 2015年05期
一、“認(rèn)識(shí)杠桿的五要素”單元教學(xué)的設(shè)計(jì)
1.運(yùn)用圖式和程序教學(xué)設(shè)計(jì)理論分析教學(xué)內(nèi)容
初中物理學(xué)中把一根在力的作用下可繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒叫做杠桿。
杠桿的概念簡(jiǎn)潔扼要，但實(shí)現(xiàn)學(xué)生的深度理解，卻需要學(xué)生具有一定的觀察想象能力、扎實(shí)的力學(xué)知識(shí)和熟練的作圖技能（見(jiàn)圖1）。
從圖中可以看出，認(rèn)識(shí)杠桿的五要素首先需要學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)以下學(xué)習(xí)活動(dòng)：
（1）通過(guò)觀察或想象使處于靜止?fàn)顟B(tài)的杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，從而確定杠桿的支點(diǎn)。
（2）運(yùn)用受力分析的方法找準(zhǔn)杠桿受到的動(dòng)力和阻力，用力的示意圖表示。
（3）運(yùn)用過(guò)直線外一點(diǎn)作已知直線的垂線的技能，畫(huà)出動(dòng)力臂和阻力臂。
（4）分析動(dòng)力和阻力的作用效果，既可以是核查手段，也可以為動(dòng)力和阻力方向的分析提供幫助和支持。
2.運(yùn)用前測(cè)分析學(xué)生的前概念
基于以上分析，第一階段的教學(xué)以“尋找生活中的杠桿”（特別說(shuō)明不建議運(yùn)用課本圖例）活動(dòng)作為課前作業(yè)（前測(cè)），要求學(xué)生在預(yù)習(xí)課本內(nèi)容和觀察生活物品的基礎(chǔ)上，圖示杠桿的五要素。教師根據(jù)學(xué)生作業(yè)的表現(xiàn)，統(tǒng)計(jì)和分析學(xué)生在各環(huán)節(jié)上的表現(xiàn)（見(jiàn)右表1），運(yùn)用照片記錄學(xué)生典型作業(yè)的樣本共17份（典型樣例見(jiàn)右圖2），確定單元教學(xué)的起點(diǎn)和重難點(diǎn)。
在正確判斷力的作用點(diǎn)項(xiàng)目上，師生評(píng)價(jià)的結(jié)果存在著較大的差異。因?qū)W生認(rèn)為，只要表示出杠桿受到的力的大致位置就算正確。而在教師看來(lái)，學(xué)生必須用力的示意圖，也就是一條帶箭頭的線段準(zhǔn)確地示意力的作用點(diǎn)和方向，而且作用點(diǎn)必須在杠桿上，才能算正確。
僅從數(shù)據(jù)上看，畫(huà)力臂錯(cuò)誤率最高。但結(jié)合教學(xué)分析就可以知道，如果學(xué)生不能正確示意力的作用點(diǎn)和方向，肯定不能正確地畫(huà)出力臂，而且畫(huà)力臂所需的技能是最簡(jiǎn)單的（需要對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不好的學(xué)生做出一定的補(bǔ)償教學(xué)和個(gè)別指導(dǎo)）。因此，指導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確分析和圖示阻力和動(dòng)力是學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解杠桿的關(guān)鍵。
“尋找生活中的杠桿”的作業(yè)成果還表明，學(xué)生能準(zhǔn)確地判定生活中看到過(guò)、使用過(guò)的杠桿的支點(diǎn)，如筷子、剪刀、杯蓋乃至自行車(chē)的手閘、自卸車(chē)等。但是，當(dāng)學(xué)生面對(duì)支點(diǎn)隨解題需要或使用情況發(fā)生變化，或者是面對(duì)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的復(fù)雜杠桿時(shí)，是否還能夠準(zhǔn)確地判斷和選擇支點(diǎn)值得教師關(guān)注。
二、“認(rèn)識(shí)杠桿的五要素”單元教學(xué)的組織和實(shí)施
備課組討論認(rèn)為：基于生活中的實(shí)例展開(kāi)教學(xué)，并在課堂上給予學(xué)生足夠的時(shí)間展開(kāi)作圖練習(xí)，是激發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)杠桿的興趣，理解杠桿的五要素的重要手段。但杠桿在生活中普遍存在，就算有再多的教學(xué)時(shí)間，也不可能把生活中所有的杠桿都畫(huà)一遍。因此，需要選擇典型的例子，通過(guò)適當(dāng)?shù)鼐毩?xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的遷移運(yùn)用。基于以上認(rèn)識(shí)，第一階段的教學(xué)中選擇了以下例子做了重點(diǎn)的講解和練習(xí)，每個(gè)實(shí)例講練的平均時(shí)間約為15分鐘，期間完成了杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)（如表2）。
三、運(yùn)用后測(cè)診斷和反思教學(xué)成果
第一階段教學(xué)結(jié)束，選擇在課本和習(xí)題中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)的起重臂、羊角錘和獨(dú)輪車(chē)為例，以10分鐘課堂練習(xí)的形式檢測(cè)學(xué)生“杠桿的五要素”的掌握情況，學(xué)生的典型錯(cuò)誤和統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別見(jiàn)下頁(yè)圖3和表3。
綜合學(xué)生作業(yè)的表現(xiàn)和教學(xué)后測(cè)得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)：
通過(guò)一周的教學(xué)，約2/3以上的學(xué)生，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的杠桿知識(shí)遷移運(yùn)用到新的情景中。3道題錯(cuò)2題的學(xué)生共計(jì)7人，與1題中出現(xiàn)多個(gè)錯(cuò)誤的學(xué)生在數(shù)量上和人員上基本保持一致，這些學(xué)生需要教師付出額外的努力，給予個(gè)別的指導(dǎo)。
結(jié)合習(xí)題可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在判斷作用在杠桿上的拉力、推力、支持力時(shí)，因?yàn)檎也粶?zhǔn)施力物體和受力物體，容易錯(cuò)誤地判斷力的作用點(diǎn)和方向。因此，幫助學(xué)生正確判斷作用在杠桿上的力及其方向是學(xué)生認(rèn)識(shí)杠桿的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
拉力和支持力都屬于彈力，幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)拉力和支持力，也會(huì)為學(xué)生將來(lái)在高中階段學(xué)習(xí)彈力打好基礎(chǔ)。
四、詮釋與討論
1.關(guān)于教學(xué)設(shè)計(jì)
在本階段的課例研究中，筆者首先根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用圖式表征與學(xué)生認(rèn)識(shí)杠桿及其五要素相關(guān)的概念，結(jié)合自身已有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生已學(xué)的知識(shí)和技能，根據(jù)加涅的程序教學(xué)理論，將圖式進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為學(xué)生解決問(wèn)題需要經(jīng)歷的思維程序，思考和分析學(xué)生解決問(wèn)題必備的知識(shí)和技能，建立教學(xué)設(shè)計(jì)的模型。
教學(xué)前，設(shè)計(jì)開(kāi)放性作業(yè)任務(wù)“尋找生活中的杠桿”作為前測(cè)。根據(jù)學(xué)生在前測(cè)中的表現(xiàn)，對(duì)比學(xué)生的自評(píng)和教師的評(píng)價(jià)，在備課組討論和自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，決定把判斷杠桿的支點(diǎn)、力的作用點(diǎn)和方向作為單元教學(xué)的重點(diǎn)。
根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)理論研究的成果，完成精準(zhǔn)的教學(xué)設(shè)計(jì)，理應(yīng)做到更多，如分析學(xué)生學(xué)習(xí)的資源、學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)乃至學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)的創(chuàng)造等等。因此，對(duì)于專(zhuān)業(yè)教師而言，在教學(xué)設(shè)計(jì)方面還有很多值得探索和研究的領(lǐng)域。
2.關(guān)于學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織
在教學(xué)實(shí)踐的過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)主要有讀圖、作圖和習(xí)題講練。在實(shí)例的選擇方面，主要運(yùn)用的是來(lái)自于生活、課本習(xí)題的支點(diǎn)位置可能會(huì)發(fā)生改變的例子，采用了循序漸進(jìn)，每天多學(xué)一點(diǎn)點(diǎn)的教學(xué)策略。由于在課前并沒(méi)有來(lái)得及與備課組的老師們一起展開(kāi)集體的研討，更沒(méi)有展開(kāi)深入地對(duì)比研究，因此教學(xué)過(guò)程中所選實(shí)例的典型性，以及它們對(duì)學(xué)生的遷移應(yīng)用可能造成的影響，還需要在未來(lái)做進(jìn)一步的思考和研究。
3.關(guān)于變式和題組的運(yùn)用
學(xué)習(xí)材料的概括水平、組織結(jié)構(gòu)、學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)和應(yīng)用的情境等都會(huì)影響學(xué)生的遷移，而深度理解概念和熟練運(yùn)用技能是正遷移得以發(fā)生的基礎(chǔ)。一些研究表明，提供變式和運(yùn)用題組會(huì)有利于學(xué)生深度理解概念。在本階段的教學(xué)實(shí)踐中，不是采用在一節(jié)課內(nèi)呈現(xiàn)全部題組展開(kāi)教學(xué)的方式，而是采用了一種松散的、每天多學(xué)一點(diǎn)點(diǎn)的方式組織教學(xué)。不同的教學(xué)需求、不同層次的學(xué)生，需要采用形式各異的教學(xué)組織方式。所以通過(guò)比較研究，發(fā)現(xiàn)不同教學(xué)組織方式的利弊和適用條件，也會(huì)是一個(gè)值得老師們做進(jìn)一步研究的重要方向。
作者介紹：曹俊，杭州北苑實(shí)驗(yàn)中學(xué)（杭州 310022）。
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