基于學(xué)生體驗的“三步走”教學(xué)設(shè)計
——以“長度的測量”教學(xué)為例

秦 嶸

(江蘇省蘇州市吳中區(qū)城西中學(xué),江蘇 蘇州 215128)

在初中物理教學(xué)中開展體驗教學(xué),既是課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,也是創(chuàng)新教學(xué)方式、增強(qiáng)教學(xué)效果的有效途徑．基于體驗的教學(xué)設(shè)計能有效的促使學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)建構(gòu),在全新的體驗中實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)．現(xiàn)以蘇科版物理教材八年級上冊“長度的測量”為例,就如何基于學(xué)生體驗開展“三步走”的物理教學(xué)設(shè)計做一些探討,以期拋磚引玉．

1 基于學(xué)生體驗的教學(xué)設(shè)計路徑

1.1 教材分析

教材是我們教師組織教學(xué)的主線,是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要素材,研究教材,吃透編者意圖,是用好教材的前提,也是我們?nèi)粘＝虒W(xué)的基礎(chǔ)．長度的測量是物理學(xué)中最基本的測量,在課程標(biāo)準(zhǔn)中的要求是:會根據(jù)生活經(jīng)驗估測長度,會選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ邷y量長度．從要求來看,就是要通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握測量的基本技能和簡單的誤差知識,能為正確進(jìn)行其他物理量的測量提供可供遷移的基礎(chǔ)．本課在蘇教版教材中處于第5章第1節(jié),是研究物體運(yùn)動的開始．為了使學(xué)生掌握長度測量的基本技能和了解誤差的初步知識,教材主要安排了兩個體驗活動,一是比較課桌的長、寬、高的活動知道比較需要標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而了解單位的意義;二是通過練習(xí)使用刻度尺的活動掌握測量的基本技能和誤差的概念．從教材內(nèi)容安排來看,就是要充分利用學(xué)生經(jīng)驗,組織學(xué)生去體驗,讓學(xué)生在課堂上動起來,所以要抓住編者的意圖來組織教學(xué)．

1.2 學(xué)情分析

大衛(wèi)·奧蘇伯爾曾說過:“影響學(xué)生學(xué)習(xí)的唯一最重要的因素是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么．要先探明這一點,然后再進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)．”對于本課的重點內(nèi)容——刻度尺的使用,學(xué)生們已經(jīng)有了較為豐富的生活經(jīng)驗．為此,上課之前對兩個班92名學(xué)生開展了學(xué)情調(diào)查,結(jié)果如表1．

表1 課前學(xué)情調(diào)查情況

調(diào)查顯示,對于學(xué)生來說,本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容比較基礎(chǔ)缺乏挑戰(zhàn)性是普遍認(rèn)識,學(xué)生在上課之前的狀態(tài)往往決定了教學(xué)的有效性．有鑒于此,本課教學(xué)應(yīng)該充分利用學(xué)生的經(jīng)驗,著眼于當(dāng)堂學(xué)習(xí)體驗,安排一定的實踐活動讓學(xué)生充分發(fā)揮已有能力解決問題,再引發(fā)新的問題觸發(fā)學(xué)生思考,讓學(xué)生在活動中體驗,在體驗中討論,在體驗中反思,幫助學(xué)生養(yǎng)成勤于思考和細(xì)致觀察的習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)生善于利用科學(xué)方法解決問題的基本技能和思維能力,為以后的物理學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)．

1.3 教學(xué)目標(biāo)分析

根據(jù)教材分析和學(xué)情分析,可以細(xì)化教學(xué)目標(biāo)如下:通過操作體驗和活動討論知道物理單位的意義;通過操作實踐學(xué)會正確使用刻度尺,學(xué)會正確讀數(shù),知道測量結(jié)果由數(shù)值和單位組成;在體驗活動中發(fā)現(xiàn)實驗測量存在誤差,并提出減小誤差的方法,感悟科學(xué)實驗方法,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度．本課的重點是物理單位的意義認(rèn)識和正確使用刻度尺等基本實驗技能的掌握,難點在于重點問題的凸顯和實驗誤差的發(fā)現(xiàn)．

1.4 “三步走”教學(xué)過程設(shè)計及說明

長度的測量雖然基礎(chǔ),卻有很豐富的體驗學(xué)習(xí)素材．那么,基于教材、學(xué)情和教學(xué)目標(biāo)分析,如何利用好學(xué)生已有生活經(jīng)驗,創(chuàng)設(shè)情境設(shè)計實驗活動,更好的完成預(yù)設(shè)教學(xué)目標(biāo)呢?本課設(shè)計改變了傳統(tǒng)模式,引導(dǎo)學(xué)生通過“三步走”的體驗活動作為主線,抓住問題,層層推進(jìn),豐富了學(xué)生體驗,增強(qiáng)了教學(xué)效果,設(shè)計流程如下表2．

表2 “三步走”活動設(shè)計流程和意圖

(1) 第1步——學(xué)生依著經(jīng)驗“自由走”.

為了利用好學(xué)生的已有經(jīng)驗,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,在一開始上課時,設(shè)置一定難度的挑戰(zhàn),利用任務(wù)清單(如表3)考驗學(xué)生們即時解決問題的合作能力,教師放手讓學(xué)生“自由走”,安排學(xué)生們通過小組合作的形式開展測量活動．

表3 測量任務(wù)清單

片斷1.小組合作完成測量任務(wù)

師:既然同學(xué)們都會使用刻度尺,那么現(xiàn)在給大家一把刻度尺(0～30 cm,分度值為1 mm)、一套三角板(0～10 cm,分度值為1 mm)、一根紙條(約30 cm)和一根棉線(約30 cm),請各小組根據(jù)抽簽確定測量任務(wù),然后結(jié)合器材討論測量方案．

學(xué)生按小組開展討論完成測量．

圖1 測量長線管的長度

學(xué)生匯報測量方法和結(jié)果．

任務(wù)①：“測量長線管的長度”,在刻度尺量程不夠的情況下,學(xué)生使用“接力”刻度尺的方法完成實驗,如圖1所示,主要結(jié)果有49.5 cm和49.4 cm等．

任務(wù)②：“測量一枚一元硬幣的直徑”,在不能直接測量的情況下,學(xué)生們想出了如圖2的多種方法,有用兩把三角尺相夾化暗為明呈現(xiàn)直徑并測量的,有畫出圓周對折呈現(xiàn)直徑的,有測出圓周長再利用數(shù)學(xué)公式計算的,主要結(jié)果是2.5 cm．

圖2 測量一枚一元硬幣的直徑

任務(wù)③：“測量短線管的外管周長”,同任務(wù)② 相似,學(xué)生們大都利用紙條或細(xì)線測出圓周長再利用數(shù)學(xué)公式計算,如圖3所示,主要結(jié)果是15.8 cm或者是16.1 cm．

任務(wù)④：“測量課本內(nèi)頁一頁紙的厚度”,在紙張厚度低于分度值1 mm的情況下,學(xué)生們想到了測多算少法主要有兩種形式,一是測量66內(nèi)頁整體厚度再測算一頁紙的厚度,二是測量1 mm寬度內(nèi)可以緊壓多少張紙,主要結(jié)果是0.1 mm或者是0.125 mm．

圖3 測量短線管的外管周長

師:同學(xué)們很好地完成了4個測量任務(wù),下面請大家就剛才的測量思考討論以下四個問題．

問題①:“測量數(shù)據(jù)時能不能省略‘厘米’、‘米’等單位,為什么?”

問題②:“物理單位具有什么意義?你是如何認(rèn)識的?”

問題③:“你認(rèn)為使用刻度尺測量長度需要注意些什么?”

問題④:“不同的人使用同一把尺測量同一物體長度或者同一個人用不同的尺測量同一個物體長度,測量結(jié)果都相同嗎?為什么?”

學(xué)生們開展小組討論．

評析：一開始布置了富有挑戰(zhàn)性的任務(wù),讓學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗來設(shè)計測量方案,然后分組實際測量,在交流測量方法和研究測量數(shù)據(jù)的過程中引發(fā)問題．實踐證明,學(xué)生們學(xué)習(xí)熱情一開始就被點燃了,并且在小組合作下都能很好地利用已有經(jīng)驗解決實際問題,并在合作中獲得直接指向?qū)W習(xí)內(nèi)容的反思體驗．

(2) 第2步——師生一起“牽手走”.

讓學(xué)生們帶著問題去逐步體驗物理單位的意義、單位換算的實質(zhì)和刻度尺的使用規(guī)則,是牽著學(xué)生的手一起有目的地走．

片斷2.討論、交流、對話

針對問題①②,生:不能．如果不明確數(shù)值后的單位,那么將一頁紙的單位由原先的毫米變?yōu)槔迕椎脑捑筒环鲜聦嵙?沒有單位就不能知道物體到底有多長．

師引:那么米、厘米、毫米這些不同的單位,到底給我們傳遞了什么信息?具有什么實際意義呢?

生:這些物理單位給了我們一個確定的值,讓我們可以比較出物體長短的不同．

師:其實這個確定的值就是我們物理學(xué)中公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)量,測量就是基于標(biāo)準(zhǔn)量的科學(xué)比較．例如硬幣的直徑2.5 cm實質(zhì)上就是2.5倍的1 cm．……基于討論對話介紹長度單位和單位換算等知識．

針對問題③,生:聯(lián)系溫度計的使用,我們要注意刻度尺的量程和分度值．我們手頭的長刻度尺的量程是0～30 cm,分度值為1 mm．

師:所以剛剛測量長線管時直尺的量程不夠用,同學(xué)們變通著用接力的方法完成了任務(wù),如果有一把量程夠用的直尺就更準(zhǔn)確了．

生:我在剛才的測量中注意到刻度尺的0刻度線要與被測物體的一端對齊,放正尺的同時視線要垂直尺面去讀數(shù)．

師:看來同學(xué)們都已經(jīng)掌握了使用刻度尺的方法,那么我們來實踐一下．

片斷3 指導(dǎo)實踐發(fā)現(xiàn)問題

圖4 引入估計值

實踐1:如圖4指導(dǎo)學(xué)生在讀數(shù)時發(fā)現(xiàn)物體末端沒有對準(zhǔn)整數(shù)刻度線,由此產(chǎn)生估讀的需要,得到科學(xué)的測量值應(yīng)該包括準(zhǔn)確值+估計值+單位．

實踐2:指導(dǎo)學(xué)生用沒有分度值、分度值為10 cm、1 cm和1 mm的4把米尺測量同一根線管的長度,如圖5．

圖5 體驗不同分度值的刻度尺測量同一物體長度

從測得的數(shù)據(jù)不盡相同的分析中,引入估計值、引入誤差,直觀深刻地反映了由于估計值和測量儀器精確程度的不相同的情況下實驗誤差的客觀存在．

學(xué)生順利回答問題④．

評析：結(jié)合實際的測量活動,抓住機(jī)會向?qū)W生們提出問題,引導(dǎo)學(xué)生展開討論,在討論中反思,在解答問題的過程逐步構(gòu)建起諸如單位的意義、測量的本質(zhì)、正確刻度尺的方法等知識,學(xué)生用不同分度值的刻度尺測量同一物體直觀感受到誤差的客觀存在,并由此獲得積極的情感體驗．

(3) 第3步——點撥學(xué)生“自主走”.

片斷4.聯(lián)系實際解決問題

師:既然實驗誤差客觀存在,那么你們有哪些辦法來減少誤差呢?能否就剛才的4個實驗任務(wù)具體說明?

生:測量線管長度的實驗告訴我們可以使用更加精確的測量儀器．

生:雖然測量同一個物體時估計值可能不一樣,但是我們可以通過多次測量求平均值來減小誤差．

生:我們可以改進(jìn)實驗方法來減小實驗誤差,例如剛才測量一頁紙厚度的實驗中,我認(rèn)為盡可能測量更多的紙厚度來計算一張紙的方案更好．

……

師適時點評,指導(dǎo)學(xué)生再次開展實驗測量一頁紙的厚度．

評析：學(xué)生已有了豐富的學(xué)習(xí)體驗,已經(jīng)進(jìn)入深度學(xué)習(xí),自然能夠聯(lián)系實際順利地提出減小實驗誤差的方案．最后的操作訓(xùn)練,幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握實驗技能,契合學(xué)生參與間接測量的實踐體驗,加深感悟了科學(xué)實驗方法,培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度．

2 基于學(xué)生體驗的教學(xué)設(shè)計策略

2.1 基于建構(gòu)知識的行動反思體驗策略

基于建構(gòu)知識的行動反思體驗策略路徑是:創(chuàng)設(shè)情境→提供挑戰(zhàn)→任務(wù)驅(qū)動→問題引導(dǎo)→自主建構(gòu)→合作共生,其中的關(guān)鍵是挑戰(zhàn)性任務(wù)后的問題推進(jìn),層層推進(jìn)能夠引發(fā)深度學(xué)習(xí),促成新知識的合作構(gòu)建．例如在本課中有關(guān)單位意義的討論,催發(fā)學(xué)生結(jié)合實際進(jìn)行思考,進(jìn)而獲得一系列的知識．學(xué)生不是一張白紙,他們都是帶著生活經(jīng)驗來學(xué)習(xí)的,學(xué)生的經(jīng)驗只有在學(xué)習(xí)中通過行動體驗、反思重組才能內(nèi)化為科學(xué)知識,形成科學(xué)素養(yǎng)．因此,教師的重要性在于為學(xué)生提供具有挑戰(zhàn)性、指向性的經(jīng)歷,讓學(xué)生在行動中暴露問題,形成反思,就能產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需要．

2.2 基于發(fā)現(xiàn)問題的直觀感受體驗策略

基于發(fā)現(xiàn)問題的直觀感受體驗策略路徑是:讓學(xué)生直觀感受問題的出現(xiàn),并由此引發(fā)理性思考,既有助于學(xué)生克服學(xué)習(xí)困難、感悟科學(xué)方法、獲得有意義的知識,又能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對現(xiàn)實情境有效解決問題的科學(xué)素養(yǎng)．例如,學(xué)生聯(lián)系溫度計的使用了解了刻度尺使用的方法后,在物體末端沒有對準(zhǔn)整數(shù)刻度線和3把不同刻度尺測量同一物體的實踐中,直觀感受到了新的問題,即怎么讀數(shù)才科學(xué)?讀數(shù)不同反映了什么?如何才能使實驗測量更準(zhǔn)確?這些新問題催生了估計值和實驗誤差的呈現(xiàn)．高質(zhì)量有價值的疑問需要培養(yǎng),教師的重要性在于課堂上通過創(chuàng)設(shè)真實情景,在解決實際問題中產(chǎn)生新的問題,在求索答案中接受新的知識和新的技能．

2.3 基于產(chǎn)生聯(lián)想的思維轉(zhuǎn)換體驗策略

基于產(chǎn)生聯(lián)想的思維轉(zhuǎn)換體驗策略路徑是:引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注某個現(xiàn)象、某一組數(shù)據(jù)、某一個事實,誘發(fā)學(xué)生思辨,在思辨中產(chǎn)生聯(lián)想,在思辨中解決問題,體現(xiàn)了“嘗試”→“獲得”→“應(yīng)用”的學(xué)習(xí)進(jìn)階過程．例如一開始測量任務(wù)后,引導(dǎo)學(xué)生思辨能不能省略單位的問題,進(jìn)而總結(jié)單位的意義所在,幫助學(xué)生理解了單位換算的實質(zhì);再如減小實驗誤差的方法問題,引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系誤差存在的事實和當(dāng)堂實際方法,在思辨中產(chǎn)生了答案,同時再次開展應(yīng)用實驗測量紙的厚度．所以,教師的重要性在于為學(xué)生提供學(xué)習(xí)策略上的支持,指導(dǎo)學(xué)生在體驗活動中開展思辨,進(jìn)而指向?qū)W生思維品質(zhì)的提升．