基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法探討①

(浙江省溫嶺市新河中學(xué)，浙江 臺州 317502)

基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，筆者通過實(shí)踐，提出高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法：判斷法、質(zhì)疑法、對比法和反饋法。

1 判斷法

1.1 根據(jù)設(shè)計(jì)的活動來判斷

根據(jù)設(shè)計(jì)的活動來判斷，一是指在概念建立或規(guī)律得出中，有無讓學(xué)生體驗(yàn)活動的過程。有的教師只關(guān)注自己是否做過演示實(shí)驗(yàn)，很少關(guān)注學(xué)生的體驗(yàn)效果如何。例如在“彈力”的教學(xué)中，教師在講臺上演示橡皮泥受壓后能否恢復(fù)原狀的實(shí)驗(yàn)。后排學(xué)生觀察不清，實(shí)驗(yàn)效果大打折扣。教師可以給每個小組發(fā)一塊橡皮泥，讓學(xué)生自己動手做一下。只要學(xué)生自己動手做過，無需教師多講，學(xué)生就能理解。

二是指在物理方法的學(xué)習(xí)中，有無讓學(xué)生自主經(jīng)歷探究實(shí)驗(yàn)過程、自主推導(dǎo)理論的過程。例如，明明是“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)，有的教師讓學(xué)生先學(xué)力合成的平行四邊形定則，再來做這個實(shí)驗(yàn)。將探究性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，削弱了學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的欲望，使學(xué)生喪失了實(shí)驗(yàn)探究的體驗(yàn)過程，這樣的設(shè)計(jì)就需調(diào)整。

1.2 根據(jù)時(shí)間的分配來判斷

根據(jù)時(shí)間的分配來判斷，一是指有無為學(xué)生給足感受體驗(yàn)的時(shí)間。例如，由最大靜摩擦力到滑動摩擦力的轉(zhuǎn)變是一個漸變的過程還是一個突變的過程，需要教師提供改裝的“記憶彈簧秤”，讓學(xué)生親自動手做一下。有條件的學(xué)校，教師還可以利用DIS演示一下，讓學(xué)生真切地感受到摩擦力發(fā)生“突變”的一幕。

二是指有無給足探究問題的時(shí)間。有的教師設(shè)計(jì)的課堂問題太多，學(xué)生探究、思考、解決問題的時(shí)間很短。例如，有教師提出了5個較為復(fù)雜的問題，要求學(xué)生思考一分鐘后回答。一些學(xué)生連題目也沒有看完，模型也沒有建構(gòu)好，自然回答不了，教師就迫不及待地開始講解，這種狀況必須改正。教師在展示學(xué)生的典型錯解后，要留給學(xué)生質(zhì)疑思考、表達(dá)更正的時(shí)間。在某位學(xué)生展示自己的創(chuàng)新性解法后，教師要留足時(shí)間，讓其他學(xué)生論證這一解法是否正確。

1.3 根據(jù)教學(xué)的決策來判斷

根據(jù)教學(xué)的決策來判斷，一是有無根據(jù)學(xué)生的知識基礎(chǔ)來決定教學(xué)起點(diǎn)。例如，學(xué)生在初中學(xué)過功率的概念，對于功率的定義、定義式、單位等已爛熟于心。教師在設(shè)計(jì)時(shí)，卻把學(xué)生當(dāng)作是“功率概念零基礎(chǔ)”的學(xué)習(xí)者來看待?；舜罅康臅r(shí)間來講解學(xué)生熟知的內(nèi)容，到最后沒有時(shí)間讓學(xué)生應(yīng)用功率概念來分析實(shí)際問題。學(xué)生對于解決“汽車在額定功率下加速運(yùn)動時(shí)，汽車加速度、速度隨時(shí)間怎么變化”此類問題仍是一頭霧水。因此，沒有根據(jù)學(xué)生的已有知識基礎(chǔ)來決定教學(xué)的起點(diǎn)是低效的，教師要根據(jù)學(xué)生的知識基礎(chǔ)來作出正確的決策。

二是有無根據(jù)學(xué)生的思維發(fā)展來決定問題臺階。(1) 在概念、規(guī)律教學(xué)中，要遵從學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律提出有臺階的系列問題。例如，在“曲線運(yùn)動速度方向”的教學(xué)中，教師先讓學(xué)生畫一畫在曲線軌道上運(yùn)動的小球一旦離開軌道后，它的軌跡應(yīng)該是怎樣。這時(shí)，學(xué)生的思維帶有猜測的成分，畫出的圖形不一定正確。然后讓學(xué)生通過具體的實(shí)驗(yàn)來證明所畫的軌跡是否正確，這是實(shí)證思維的一個體現(xiàn)。再讓學(xué)生從物理理論上思考一下，為什么脫離曲線軌道的小球會沿著實(shí)驗(yàn)中的軌跡方向運(yùn)動。運(yùn)用規(guī)律進(jìn)行理論解釋，思維的層次又得到了提升。最后，通過數(shù)學(xué)上“從曲線的割線演變到曲線的切線”問題的討論，確定曲線運(yùn)動的速度方向，這是極限方法的學(xué)習(xí)與運(yùn)用，學(xué)生的思維達(dá)到了更高的層次。(2) 在思想方法學(xué)習(xí)中，教師需設(shè)置一定的問題臺階，逐步突破學(xué)生的思維障礙。例如，一開始教師提出容易一點(diǎn)的問題，探明學(xué)生已掌握的方法。然后提出中等難度的問題，讓學(xué)生經(jīng)歷方法的探索過程。接著提出一個難度與之接近或稍微加深的問題，讓學(xué)生通過方法上的遷移，靈活應(yīng)用所學(xué)方法解決問題。

2 質(zhì)疑法

質(zhì)疑法是針對自己的教學(xué)設(shè)計(jì)，進(jìn)行自問自答：學(xué)生是怎么學(xué)物理的？我的教學(xué)設(shè)計(jì)在每個環(huán)節(jié)都能順應(yīng)學(xué)生的思維嗎？這個環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)還能不能更好一些，理由是什么？在反思的基礎(chǔ)上提出優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)的方案。

例如，向心加速度概念的引入原來是這樣設(shè)計(jì)的：(1) 如圖1所示，圖1(a)中地球繞太陽做勻速圓周運(yùn)動，地球受什么力作用？這個力可能沿什么方向？(2) 圖1(b)中光滑桌面上一個小球在細(xì)線的牽引下繞圖釘做勻速圓周運(yùn)動，小球受什么力作用？所受合力沿什么方向？

圖1

(1) 運(yùn)用質(zhì)疑法，提出問題：這樣的安排順序是否合理，有無更好的安排方式？

(2) 自己做出解釋：圖1(a)中的太陽、地球手拉手，非常直白地告訴我們：地球所受的力是沿著手并指向太陽的方向。圖1(b)中的細(xì)線拉著小球做勻速圓周運(yùn)動，小球所受的重力、支持力在豎直方向上相互抵消掉，剩下細(xì)線對小球的拉力當(dāng)然應(yīng)該沿著繩指向圖釘?shù)姆较?。從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的角度來看，這樣的安排順序無法提升學(xué)生的思維水平，值得改進(jìn)。

(3) 提出解決方案：先展示圖1(b)，問小球做圓周運(yùn)動時(shí)小球所受合力的方向指向哪里？然后展示去掉“手拉手”的地球繞太陽轉(zhuǎn)的圖片，問地球所受力的方向指向哪里？這樣，學(xué)生可以將兩張圖片做一對比，小球與地球做勻速圓周運(yùn)動從本質(zhì)上看應(yīng)該是一樣的，它們的合力都要指向圓心，這樣的優(yōu)化更能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

3 對比法

對比法是指通過對兩種或兩種以上的教學(xué)設(shè)計(jì)做對比，我們就能發(fā)現(xiàn)各自的優(yōu)劣之處。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理的取舍，優(yōu)化原有教學(xué)設(shè)計(jì)，現(xiàn)以“變壓器”的教學(xué)為例予以說明。

教學(xué)設(shè)計(jì)1：先結(jié)構(gòu)后原理

(1) 教師出示可拆變壓器，讓學(xué)生觀察變壓器的結(jié)構(gòu)，然后由教師畫出變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖和符號。

(2) 教師提問：按圖2所示的方式將電路連接起來，小燈泡會發(fā)光嗎，為什么？有的學(xué)生認(rèn)為兩個電路是分開的，因此小燈泡不會發(fā)光。有的學(xué)生認(rèn)為會發(fā)光，但說不出理由。然后，教師接通電源，驗(yàn)證學(xué)生的結(jié)論，再總結(jié)變壓器的工作原理。

圖2

教學(xué)設(shè)計(jì)2：先原理后結(jié)構(gòu)

(1) 如圖3所示，將一組線圈繞在左邊的鐵芯上，一個小燈泡與導(dǎo)線組成閉合回路套到右邊的鐵芯上，當(dāng)左邊線圈與低壓交流電源相接時(shí)，右邊的小燈泡會發(fā)光嗎，為什么？學(xué)生認(rèn)為沒有電源與小燈泡相連，小燈泡應(yīng)該不會發(fā)光。實(shí)驗(yàn)表明：小燈泡確實(shí)不發(fā)光。

圖3

師：如果將右邊的長導(dǎo)線多繞幾圈到右邊的鐵芯上，小燈泡會發(fā)光嗎？

生：不會。

教師將右邊長導(dǎo)線繞到右邊的鐵芯上時(shí)，僅繞少數(shù)幾圈，小燈泡確實(shí)不發(fā)光，但繞到一定圈數(shù)時(shí)，小燈泡竟發(fā)出了暗淡的光。所繞圈數(shù)越多，小燈泡越亮。

師：小燈泡能夠發(fā)光，說明右邊的回路中是有電動勢的。你能解釋這一現(xiàn)象嗎？

生：左邊線圈接交流電時(shí)，右邊閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。所繞圈數(shù)太少時(shí)，電動勢太小，小燈泡不會發(fā)光；所繞圈數(shù)較多時(shí)，電動勢較大，小燈泡會發(fā)光。

師：如果在U形鐵芯上，橫放一根鐵芯，小燈泡亮度會發(fā)生變化嗎？如會變化，應(yīng)更亮還是更暗，為什么？

生1：右邊回路中磁通量變化情況與放上前一樣，小燈泡亮度不變。

生2：變亮。

生3：變暗。

學(xué)生2、3都講不出理由，教師演示實(shí)驗(yàn)，結(jié)果小燈泡變亮。這時(shí)有學(xué)生提出：橫放一根鐵芯后，鐵芯組成了閉合回路，通過右邊回路的磁通量與不放時(shí)相比變大了，因此小燈泡會變亮。教師肯定這位學(xué)生的說法，指出這個裝置就是變壓器。

(2) 師：變壓器的結(jié)構(gòu)主要有哪些？

生：兩個線圈、一個閉合鐵芯。

師：與電源連接的線圈叫原線圈，與負(fù)載連接的線圈叫副線圈。變壓器由原、副線圈和閉合鐵芯組成。

教師畫出變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖和符號。

兩者相對比，我們就能發(fā)現(xiàn)：在教學(xué)設(shè)計(jì)2中，根據(jù)學(xué)生的思維發(fā)展來創(chuàng)設(shè)問題情境，教師陳述少，學(xué)生思考多、表達(dá)多、交流多，教學(xué)順應(yīng)了學(xué)生的思維特點(diǎn)，更有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

4 反饋法

4.1 課堂觀察法

課堂觀察一是觀察學(xué)生在課堂上的反應(yīng)，捕捉他們的學(xué)習(xí)狀態(tài)。是全身心投入，還是游離于課堂之外？是問題設(shè)計(jì)過難無從思考，還是問題設(shè)計(jì)較易不愿作答？二是觀察學(xué)生的課堂作業(yè)，存在哪些問題？有哪些創(chuàng)新？存在的問題是概念沒有理解，還是規(guī)律沒有掌握？是模型不會建立，還是方法不會運(yùn)用？通過課堂觀察，即時(shí)調(diào)整原有的教學(xué)設(shè)計(jì)。

4.2 錄音錄像法

錄音錄像法是指利用智能手機(jī)的錄音錄像功能將課堂教學(xué)錄制下來。課后重播，評價(jià)課堂教學(xué)的實(shí)況。從教師的提問、學(xué)生的回答來看教學(xué)設(shè)計(jì)有無以學(xué)習(xí)為中心。例如，是教師直接講授，還是通過有序引導(dǎo)，讓學(xué)生自主得出結(jié)論？是教師只顧講解某種典型解法，還是給予學(xué)生創(chuàng)新、表達(dá)、交流的機(jī)會？據(jù)此提出修改的方案。

還可利用微格教室的錄像功能將課堂教學(xué)錄制下來，課后針對某些環(huán)節(jié)，反復(fù)重播，用來研究改進(jìn)這幾個環(huán)節(jié)。例如，在課堂實(shí)驗(yàn)的演示環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)的程序怎樣，是否需要調(diào)換順序？實(shí)驗(yàn)有無起到引導(dǎo)學(xué)生深度思維的作用？實(shí)驗(yàn)的效果明顯嗎，后排同學(xué)能否看得清楚？是教師直接給出實(shí)驗(yàn)方案，還是經(jīng)過學(xué)生的設(shè)計(jì)論證？

4.3 知識表征法

利用知識表征法反饋學(xué)生學(xué)習(xí)成果的途徑為：(1) 是讓學(xué)生畫出學(xué)習(xí)后的知識結(jié)構(gòu)圖。如果學(xué)生在圖中遺漏了一些重要內(nèi)容，表明對這部分內(nèi)容的教學(xué)還沒有落實(shí)到位。例如，學(xué)生在功的結(jié)構(gòu)圖中，沒有標(biāo)明W=Flcosα的適用范圍：恒力做功。說明原教學(xué)設(shè)計(jì)中對此強(qiáng)調(diào)得不夠，需對原教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行一些調(diào)整，以強(qiáng)化公式的適用條件。

(2) 讓學(xué)生寫出學(xué)習(xí)中的困惑與疑難。通過學(xué)生反饋的學(xué)習(xí)困惑與疑難，教師可以看出自己原有教學(xué)設(shè)計(jì)的缺陷。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)困惑中寫道：為什么不能用平均電流計(jì)算產(chǎn)生的熱量？為什么安培力做正功時(shí)，回路產(chǎn)生的熱量不等于安培力所做功的大??？這就說明，原有教學(xué)設(shè)計(jì)中沒有考慮到如何從源頭上來解決學(xué)生的疑難，很多學(xué)生只是憑記憶記住教學(xué)中得出的一些結(jié)論，條件變后，馬上出錯。

(3) 讓學(xué)生說出問題解決的思考過程。學(xué)生在問題解決中出現(xiàn)錯誤，教師不必直接講解正確的答案，而是讓學(xué)生說出問題解決中的思路。教師從學(xué)生的講解中判斷他們的錯誤，找出錯誤的原因，才能優(yōu)化自己的教學(xué)。下面以一道關(guān)于滑車的題目為例來進(jìn)行說明。

滑車是一項(xiàng)趣味性很高的娛樂項(xiàng)目，滑車軌道與火車軌道類似，車輪的輪緣是卡在軌道上的。已知彎道處外軌略高于內(nèi)軌，內(nèi)外軌的高度差為h，彎道兩軌之間的水平距離為x，彎道對應(yīng)的半徑為R(R>x)，車和游客的總質(zhì)量為m，求經(jīng)過彎道的最佳速度。

教師讓學(xué)生說出問題解決的思路，學(xué)生所作的受力分析如圖4所示，將重力分解，重力沿垂直斜面方向的分力與支持力平衡，重力沿斜面向下的分力提供向心力。據(jù)此，教師可以判斷學(xué)生建構(gòu)的圓周運(yùn)動模型有問題，教師提出問題：滑車所做圓周運(yùn)動的平面在哪里？是與水平面平行，還是與斜面平行？滑車在彎道處做勻速圓周運(yùn)動，圓心在哪里？滑車所受的合力指向什么方向？通過讓學(xué)生說出問題解決的思路，教師捕捉到學(xué)生的知識表征情況，然后對教學(xué)設(shè)計(jì)做出合理的優(yōu)化。

圖4

5 結(jié)語

利用上述方法優(yōu)化物理教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師需要不斷地問自己：要不要優(yōu)化？哪些地方要優(yōu)化？為什么這些地方要優(yōu)化？如何優(yōu)化？優(yōu)化后的實(shí)際效果怎么樣？只有這樣，才能取得最佳的優(yōu)化效果。