遵循認知規(guī)律 重視過程方法＊——建構主義理論指導下的課堂教學設計

張 林 何 龍

（1.清華大學附屬中學，北京 100094；2.清華大學附屬中學永豐學校，北京 100094）

好的教學設計是成功課堂的保證，而教學設計的優(yōu)劣則由學生的學習效果來評判.建構主義學習理論認為學習是學習者基于原有的知識經(jīng)驗，進而生成意義、建構理解的過程.因此課堂教學就應以學生的認知水平為出發(fā)點，遵循學生的認知規(guī)律組織課堂，針對物理學科更是如此.物理是一門十分注重科學邏輯的自然科學，要求學習者能夠用科學而嚴謹?shù)姆椒ㄈヌ綄ぷ匀皇澜?，課堂教學活動要以學生為主體，同時貫穿物理學科方法的滲透無疑是十分必要的.本文就以“磁現(xiàn)象”一節(jié)為例，談一下中學物理教學設計及物理實驗教學的一點想法.

一、了解學生的認知基礎，設計有針對性的學生動手活動，進行系列“磁”概念的教學

“磁現(xiàn)象”的知識所包含的內容較多，涉及磁體、磁極、磁化、磁場、磁感線等一系列與“磁”有關的物理概念與模型，其中磁場的特性和磁場的描述是這部分內容的重點和難點.如何能在40分鐘的教學時間里將“磁體”和“磁場”的內容講完，而且講出新意，讓學生學到知識、掌握方法呢？

備課之前對學生的基本情況進行了調查，了解到學生在小學階段的科學課上曾學習過磁的有關知識，學生知道磁性、磁極的基本知識，了解同名磁極相排斥、異名磁極相吸引的特性，知道可以利用磁體制作指南針等知識和常識；另外，學生在日常生活中以及用具、玩具上經(jīng)?？吹酱朋w的應用，如“門吸”“磁扣”“磁畫板”等，所以學生對“磁”并不陌生，這些都是應用建構主義理論組織課堂教學的有利因素.所以相比于傳統(tǒng)教學“磁現(xiàn)象”一節(jié)的內容有所增加，將重點放在讓學生認識磁場上，而在概念教學部分，則是教師通過提供硬幣、磁體、大頭針、小磁針、指南針等用品（圖1）設計了一組學生活動方案，利用活動喚起回憶，總結要點.下面是學生活動方案的內容和次序：

1.磁體上的哪些部位吸引大頭針的個數(shù)最多；

2.辨別小磁針紅色一端是N 極還是S極；

3.請用實驗材料找出這間教室哪一邊是北方；

4.讓1元硬幣吸起5角硬幣.

圖1 教師提供的自主活動材料

學生經(jīng)過幾分鐘的操作，完成了四項任務.在教師的提問下分組進行了展示和總結，在第三個問題上，多數(shù)同學都是根據(jù)指南針紅色指針（N 極）的指向直接判斷空間方位，但各組同學找到的“北方”卻各不相同.“現(xiàn)象”與“事實”發(fā)生了碰撞，極大地激發(fā)了學生的求知欲.這是為什么呢？當提示學生將條形磁體與蹄形磁體遠離小磁針再進行實驗時，所有小組的“北方”完全相同，至此學生們恍然大悟，原來放在指南針附近的磁體影響了指針的指向，從而讓學生對“磁場的作用”有了一個感性的認識.

這樣，通過建構主義的學習理論組織教學活動，讓學生在已有知識的基礎上發(fā)展和修正自己的認識，既提高了課堂的效率，又充分體現(xiàn)了以學生為主體，教師為主導的教學原則.

二、巧用微視頻，展現(xiàn)操作細節(jié)，規(guī)范操作過程，帶領學生順利參與實踐探究，提高課堂教學效率

40分鐘的一節(jié)課要完成這么多的教學內容，如何提高時間利用率，把更多的時間留給學生，是教師需要思考和解決的問題.本節(jié)課學生動手探究的主要活動是通過小磁針的受力特點畫出條形磁體的磁場分布特征.為了提高教學效率，筆者所在的物理組在課前精心完成了整個實驗操作過程的錄制，并進行了精簡和編輯，做成了3 個微視頻，通過特寫等鏡頭展示實驗操作的要點，將平時5分鐘才能完成的演示壓縮在2分鐘內完成，大大節(jié)省了時間.出于演示的需要，還在拍攝視頻時針對某些不易觀察的細節(jié)采用了特寫、慢鏡頭等方式進行了處理，并且加上了文字提示，配合PPT 的展示，讓學生清楚地了解到“用什么做，怎么做”.下面是教學過程中用到的兩個視頻的截圖.

圖2 教學中用到的視頻截圖

通過教學實踐的反饋，我們發(fā)現(xiàn)，盡管備課時錄制微視頻花費的時間較多，但課堂上的教學效率和學習效率卻大大提高，對提高課堂教學內容的容量是有幫助的.

三、精心設計物理實驗，借助“轉換法”將抽象問題形象化，突破教學難點，展現(xiàn)物理實驗和物理科學方法的重要性

本節(jié)課的教學重點和難點是磁場的描述——磁感線.搭好臺階，幫助學生通過自主探究、師生合作學習理解磁場是客觀存在的一種物質，并能通過小組活動獨立找到條形磁體的磁場分布特征、畫出磁感線是本節(jié)課著力要突破的內容.

相對于磁場和磁感線的知識，初中學生的邏輯思維能力和空間想象能力相對薄弱，又是第一次接觸“場”的概念，這需要教師在教學手段上借助轉換等方式“形象化”地表現(xiàn)磁場的有無以及磁場的特點.因此，教學中設計了一系列的實驗，起到了很好的教學效果.

（一）磁屏蔽

磁場是一種客觀存在的物質，教材是從它對小磁針施加作用的角度進行邏輯推理，強調不直接接觸的磁體之間是通過磁場發(fā)生作用的.由于磁場看不見、摸不著，不易被學生認可.我們在教學中利用磁屏蔽的思路，通過對比讓學生認識到磁場的存在，見圖3（a）至圖3（d）.

如圖3（a）所示，先讓木塊靠近靜止的小車，由于同名磁極相排斥，小車受斥力發(fā)生運動.緊接著再做以下3個實驗：

如圖3（b）所示，在木塊和小車之間放置塑料板，木塊向小車靠近，小車受斥力運動.

如圖3（c）所示，在木塊和小車之間放置鋁板，木塊向小車靠近，小車受斥力運動.

如圖3（d）所示，在木塊和小車之間放置鐵板，木塊向小車靠近，小車不運動，甚至是朝著鐵板運動并被吸在鐵板上.

圖3 應用磁屏蔽說明磁場的存在

在如圖3（d）所示的情況下，教師將鐵板迅速提起移走，能夠明顯地發(fā)現(xiàn)小車被排斥，遠離木塊.通過正反兩個角度的論證，學生認識到在磁體周圍的空間中確實存在某種看不到的物質，這種物質可以穿過空氣、玻璃和鋁板，但卻穿不過鐵板，這種特殊的物質就是磁場.

（二）陣列式磁感線演示儀

在磁感線教學中，根據(jù)小磁針在磁場中的受力情況不能清晰地認識磁場的分布狀況，而要通過鐵屑的排布來引入磁感線.若直接由小磁針過渡到鐵屑（更微小的磁針），學生不容易理解這樣做的原因，就連教師都感覺比較突然和牽強，不能突出物理學的研究方法.所以，我們設計了陣列式磁感線演示儀（圖4）

圖4 陣列式磁感線演示儀的應用

由小磁針的空間分布到圖4中諸多軟鐵片的排布情況，增加了實驗數(shù)據(jù)量，能看出磁針受力分布的基本特征.教師引導學生通過圖4（a）、圖4（b）的對比，初步看出磁場的空間分布情況，而且，隨著中間的磁體的旋轉，眾多軟鐵片的指向同時發(fā)生變化，體現(xiàn)了磁場分布的動態(tài)轉換，為講解磁感線的空間分布打下鋪墊.這個實驗還為進一步撒鐵屑、看分布、找規(guī)律提供了啟示，借助進一步的鐵屑分布實驗，讓學生通過更多、更全面的數(shù)據(jù)判斷磁場的分布特征，既達到了教學目標，又體現(xiàn)了由定性到定量、從離散數(shù)據(jù)到大數(shù)據(jù)的科學研究方法.

四、立足生活，聯(lián)系高科技發(fā)展現(xiàn)狀，引導學生樹立“科技興國”“科技強國”“科技報國”的思想感情

如何讓課堂的知識教學與情感態(tài)度價值觀教育融為一體，渾然天成，就需要在教學資源的準備上下功夫.本節(jié)課精心準備了兩個視頻，一個是大眾自造無輪車，另一個是關于阿爾法磁譜儀的介紹.

“大眾自造無輪車”激發(fā)了學生對磁動力學的興趣，提高了學習熱情，同時也為磁斥力的教學埋下伏筆.而“阿爾法磁譜儀的使命”不僅介紹了該磁譜儀的基本工作原理，而且提到了中國在阿爾法磁譜儀工程中的作用和科技交流中所受到的不公平待遇，讓學生通過視頻領會科技興國在國際政治、經(jīng)濟、科技的大舞臺中的重要性，認識到當今中國需要的不單純是“中國制造”，更需要“中國創(chuàng)造”.通過這樣組織資料進行教學活動，不僅開闊了學生的視野，豐富了課堂教學的內容，而且很好地滲透了情感態(tài)度價值觀的教育，一舉多得.

教學有法但無定法，隨著網(wǎng)絡的廣泛應用，教學資源的積累并不是很困難的事情，但教學設計的角度則是教師教學軟實力的體現(xiàn).當代的教師不僅要學習教學論，還要學習一定的心理學知識，在備課過程中既要備知識，也要備學生，了解學生的認知基礎，根據(jù)實際情況采用合理的教學方法進行教學活動.從建構主義學習理論出發(fā)并設計的“磁現(xiàn)象”教學設計是眾多教學法中的一例，在這里加以介紹，僅供廣大教師參考.