SNP教學(xué)模式下的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)

蘇豪 韓禮剛 潘留占

摘要：以探究合力與分力的關(guān)系為例，構(gòu)建SNP教學(xué)模式下的物理課堂。通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生感受通過(guò)建模和論證解決物理問(wèn)題的過(guò)程，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)展批判性思維。

關(guān)鍵詞：SNP教學(xué)模式；力的合成和分解；高中物理；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）4-0030-5

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維包括模型建構(gòu)和科學(xué)論證等方面［1］?！睹绹?guó)新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》也認(rèn)為科學(xué)實(shí)踐的要素包括建模和論證［2］。由此可見(jiàn)，科學(xué)建模和科學(xué)論證在科學(xué)教育中極為重要。為了在本土推進(jìn)SNP教學(xué)模式的研究，本文將“力的合成和分解”一節(jié)以SNP（Science Negotiation Pedagogy）教學(xué)模式進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施，希望可以給物理教學(xué)和教育研究人員提供一些參考。

1? ? SNP教學(xué)模式簡(jiǎn)介

SNP教學(xué)模式是由美國(guó)教育者Chen提出的融合建模和論證的教學(xué)模式［２］。其理論框架（圖１）以大概念即學(xué)科核心概念為指導(dǎo)［３-4］。學(xué)生基于大概念提出本節(jié)課要研究的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，在老師引導(dǎo)下小組合作構(gòu)建模型，并對(duì)模型展開(kāi)書(shū)面和口頭論證。

2? ? SNP教學(xué)模式下“力的合成和分解”教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1? ? 教學(xué)任務(wù)分析

“力的合成和分解”是人民教育出版社普通高中教科書(shū)物理必修第一冊(cè)中第三章第4節(jié)的內(nèi)容［5］。它在這一章起著承前啟后的作用，既是對(duì)本章前三節(jié)“重力與彈力”“摩擦力”和“牛頓第三定律”的進(jìn)一步拓展，又是第5節(jié)“共點(diǎn)力的平衡”的基礎(chǔ)，在高中物理必修課程的學(xué)習(xí)中占有較為重要的地位?！昂狭εc分力”是生活中常見(jiàn)現(xiàn)象之一，這一部分所對(duì)應(yīng)的大概念是“運(yùn)動(dòng)與相互作用”。

學(xué)生已經(jīng)掌握的前概念有重力、彈力、摩擦力、牛頓第三定律，具備了一定的實(shí)驗(yàn)和推理能力，能應(yīng)用受力分析初步解決簡(jiǎn)單問(wèn)題，但并不明確如何在受力分析之后對(duì)力進(jìn)行合成和分解。

教學(xué)目標(biāo)：

（1）物理觀念：通過(guò)小組合作構(gòu)建模型的過(guò)程，讓學(xué)生初步理解“合力與分力”以及“力的合成和分解”的規(guī)律。

（2）科學(xué)思維：通過(guò)自主構(gòu)建“力的合成和分解”的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停囵B(yǎng)學(xué)生的科學(xué)建模能力；通過(guò)小組口頭、書(shū)面論證并修改實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力。

（3）科學(xué)探究：通過(guò)探究“力的合成和分解”的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力。

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)小組合作探究“力的合成和分解”的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)；通過(guò)口頭論證模型，培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流能力；通過(guò)學(xué)生自主構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

教學(xué)重點(diǎn)：探究“力的合成和分解”的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。

教學(xué)難點(diǎn)：運(yùn)用等效替代法構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

2.2? ? 整體設(shè)計(jì)思路

SNP教學(xué)模式的教學(xué)環(huán)節(jié)如圖２所示［4］。我們把“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”和物理學(xué)史上斯蒂文提出的“力的合成與分解原理”及牛頓推斷出的“力的合成和分解所遵循的定則”融入課堂。啟發(fā)學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)器材、建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、研究?qū)動(dòng)問(wèn)題、口頭論證主張、查閱斯蒂文和牛頓有關(guān) “力的合成和分解”的相關(guān)物理學(xué)史資料，最后總結(jié)本節(jié)知識(shí)。

2.3? ? 教學(xué)過(guò)程

2.3.1? ? 設(shè)立驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，引領(lǐng)探究活動(dòng)

在開(kāi)展探究活動(dòng)時(shí)，必須先找到一個(gè)具有啟發(fā)性的問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)本節(jié)課的學(xué)習(xí)。因此，在課上讓學(xué)生配合老師一起演示“兩個(gè)學(xué)生把一個(gè)書(shū)包提起來(lái)使書(shū)包保持靜止，老師一個(gè)人提起書(shū)包使書(shū)包保持靜止”［5］。教師通過(guò)向?qū)W生詢問(wèn)“這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了什么問(wèn)題”，引導(dǎo)學(xué)生思考，并激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，之后再介紹什么是合力與分力。最終，在教師和學(xué)生的互動(dòng)中確定驅(qū)動(dòng)問(wèn)題為“合力與分力有什么關(guān)系”。

設(shè)計(jì)意圖：在演示實(shí)驗(yàn)中引入本節(jié)課的核心問(wèn)題——“合力與分力有什么關(guān)系”，讓學(xué)生親自感受、觀察合力與分力的效果，并據(jù)此提出驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，為后續(xù)定量分析作鋪墊。

2.3.2? ? 小組構(gòu)建模型，研究驅(qū)動(dòng)問(wèn)題

如表１所示，教師為每個(gè)小組分發(fā)由導(dǎo)學(xué)案和對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)器材組成的材料包。通過(guò)導(dǎo)學(xué)案內(nèi)容對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)，建立對(duì)本節(jié)課的宏觀認(rèn)識(shí)，并協(xié)助他們進(jìn)行微觀建模。

學(xué)生所建模型可能不符合預(yù)期，這時(shí)教師需要通過(guò)問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生，促使其改良模型。例如，教師提問(wèn)“我發(fā)現(xiàn)所有模型都用了釘子固定橡皮條，再通過(guò)橡皮條將小圓環(huán)和彈簧測(cè)力計(jì)連接起來(lái)，小圓環(huán)每次被拉的位置相同，這樣做的目的是什么呢？”在學(xué)生回答“是為了利用小圓環(huán)位置表示橡皮條長(zhǎng)度相同”之后，教師繼續(xù)追問(wèn)“橡皮條長(zhǎng)度相同又說(shuō)明什么問(wèn)題”。

設(shè)計(jì)意圖：用導(dǎo)學(xué)案引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)大概念“運(yùn)動(dòng)與相互作用”，緊接上一環(huán)節(jié)的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題“合力與分力有什么關(guān)系”，學(xué)生組成小組根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)材料建立模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞骄框?qū)動(dòng)問(wèn)題。當(dāng)學(xué)生探究遇到困難時(shí)，教師通過(guò)一連串相關(guān)問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生思考并幫助其完善實(shí)驗(yàn)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)?zāi)苠憻拰W(xué)生的建模能力，并提高他們的探究能力。

2.3.3? ? 小組完成書(shū)面論證

教師可通過(guò)表２引導(dǎo)學(xué)生初步構(gòu)建自己的書(shū)面論證。

在學(xué)生書(shū)寫(xiě)論證的同時(shí)，教師采用提問(wèn)的方式來(lái)確定學(xué)生的進(jìn)度。比如，“你們?nèi)绾胃鶕?jù)模型判斷出實(shí)驗(yàn)中合力與分力的大小和方向有何關(guān)系？你們能說(shuō)出其中的關(guān)系嗎？”教師可以啟發(fā)學(xué)生用力的圖示法分別描述合力與分力的大小和方向，并尋找兩者的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)“等效替代”的思維方式，使學(xué)生能從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中給出定量的假設(shè)?？傊?，在這一階段，教師要使學(xué)生的模型、證據(jù)與主張保持一致，為下一環(huán)節(jié)的口頭論證作鋪墊。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生根據(jù)“書(shū)面論證寫(xiě)作指南”對(duì)本節(jié)課的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題“合力與分力有什么關(guān)系”進(jìn)行書(shū)面論證，梳理實(shí)驗(yàn)思路。當(dāng)學(xué)生進(jìn)度出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生完成書(shū)面論證。通過(guò)本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。

2.3.4? ? 口頭論證交互模型

論證是科學(xué)研究中的必備環(huán)節(jié)。表3是SNP模式下“力的合成和分解”一課的論證水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

教師引導(dǎo)下各小組分享各自的模型并相互論證。根據(jù)課本和資料包可推測(cè)學(xué)生建立的模型會(huì)發(fā)生以下變化：由最初探究?jī)蓚€(gè)同向或反向力的合成變?yōu)樘骄炕コ梢欢ń嵌鹊膬蓚€(gè)力的合成。學(xué)生通過(guò)改變分力的大小或增大兩個(gè)分力的夾角，觀察合力的大小，以此說(shuō)明在夾角不變的情況下兩個(gè)分力越大合力就越大；在分力大小不變的情況下夾角越大合力就越小。根據(jù)階段３中教師將分力和合力進(jìn)行等效替代的提示可以猜測(cè)出分力和合力滿足平行四邊形定則。然而，學(xué)生不能理解為什么力的分解會(huì)遵循平行四邊形定則，并且不清楚歷史上力的合成和分解究竟是怎樣產(chǎn)生的，接下來(lái)就用“咨詢專家”的方法繼續(xù)深入學(xué)習(xí)“力的合成和分解”。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)小組間的激烈討論，對(duì)其他小組的模型進(jìn)行批判，并對(duì)自己小組的模型進(jìn)行改善，深化了對(duì)大概念“運(yùn)動(dòng)和相互作用”以及驅(qū)動(dòng)問(wèn)題“合力與分力有什么關(guān)系”的理解。通過(guò)本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以做到懷疑和批判，并學(xué)會(huì)虛心接納他人意見(jiàn)，最終形成批判性思維。

2.3.5? ? 咨詢“專家”

學(xué)習(xí)斯蒂文提出的“力的合成和分解原理”和牛頓推斷出的“力的合成和分解所遵循的定則”有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究精神，也有利于開(kāi)展高中物理課的課程思政。在學(xué)習(xí)完平行四邊形定則后，學(xué)生問(wèn)到“為什么力的合成遵循平行四邊形定則和三角形定則而不是其他多邊形定則”。教師首先介紹由斯蒂文最早提出的力的合成和分解原理是三角形定則［7］，為下節(jié)課共點(diǎn)力平衡的講解作鋪墊（圖3）。然后展示由牛頓推斷出的“力的合成和分解所遵循的定則”——平行四邊形定則（圖4）［7］。學(xué)生比較自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c斯蒂文斜面上物體和鏈條平衡模型（圖5），閱讀斯蒂文在《靜力學(xué)基礎(chǔ)》中提到的斜面上物體和鏈條平衡問(wèn)題及牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提到的物體運(yùn)動(dòng)推論等相關(guān)內(nèi)容，類比力的合成和分解問(wèn)題中“探究二力合成規(guī)律實(shí)驗(yàn)”模型，指出“斜面球鏈平衡”模型在研究力的合成和分解時(shí)的重要價(jià)值。此外，教師還需補(bǔ)充牛頓在平行四邊形定則還未得到明確證明的情況下就推斷出了“運(yùn)動(dòng)與力的分解和合成所遵循的定則”這一事實(shí)，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生敢于突破自我，提出獨(dú)到見(jiàn)解的精神。

設(shè)計(jì)意圖：咨詢“專家”環(huán)節(jié)加入斯蒂文和牛頓對(duì)平行四邊形定則發(fā)現(xiàn)的貢獻(xiàn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到人們發(fā)現(xiàn)平行四邊形定則的曲折性，說(shuō)明物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)了嚴(yán)密的推導(dǎo)和論證。通過(guò)本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到物理學(xué)的發(fā)展是許多科學(xué)家共同努力的結(jié)果，應(yīng)該學(xué)習(xí)科學(xué)家們敢于突破、勇于創(chuàng)新的精神。

2.3.6? ? 反思寫(xiě)作，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高認(rèn)識(shí)

在學(xué)習(xí)完“力的合成和分解”后讓學(xué)生進(jìn)行寫(xiě)作，不僅可以使學(xué)生從整體上對(duì)這一節(jié)課有一個(gè)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，而且可以讓學(xué)生反思在模型建構(gòu)和科學(xué)論證的過(guò)程中，他們是怎樣一步步探索“力的合成和分解”的規(guī)律，以及理解“平行四邊形定則”的。這一過(guò)程是學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容整合的關(guān)鍵一步，與之前小組構(gòu)建并修改模型和論證的過(guò)程不同，寫(xiě)作這一過(guò)程反映了學(xué)生將個(gè)人所學(xué)到的內(nèi)容和物理思想方法，通過(guò)寫(xiě)作來(lái)反思和總結(jié)。表４為寫(xiě)作水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，用于教師判斷和發(fā)展學(xué)生在物理課上的反思寫(xiě)作水平。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生依靠反思性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)自主進(jìn)行反思性寫(xiě)作，有利于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)“合力與分力”的理解，反思自己在探究“合力與分力的關(guān)系”過(guò)程中的不足之處，并鍛煉書(shū)面表達(dá)能力。

3? ? 小結(jié)與啟示

基于SNP教學(xué)模式對(duì)高中物理“力的合成和分解”一節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)生以小組合作探究的形式去尋找驅(qū)動(dòng)問(wèn)題“分力和合力有什么關(guān)系”，建立二力合成規(guī)律的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?shū)面、口頭論證模型，咨詢“專家”以驗(yàn)證和修改模型，并通過(guò)反思性寫(xiě)作來(lái)梳理本節(jié)課所學(xué)知識(shí)。但實(shí)施過(guò)程并不順利，學(xué)生對(duì)建模不是很熟練以至于耗費(fèi)大量時(shí)間，在小組口頭論證環(huán)節(jié)需要教師的鼓勵(lì)和引導(dǎo)。通過(guò)本節(jié)課小組合作探究“合力與分力的關(guān)系”，促進(jìn)了學(xué)生核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

通過(guò)本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施可以得到以下啟示：（1）SNP教學(xué)模式可以讓學(xué)生經(jīng)歷較為完整的“合力與分力”概念形成過(guò)程，幫助學(xué)生形成更加清晰的物理觀念；（2）SNP教學(xué)模式可以提升學(xué)生的科學(xué)建模和科學(xué)論證能力，對(duì)力的合成與分解規(guī)律的探究可以提升學(xué)生的科學(xué)思維能力；（3）SNP教學(xué)模式可以讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的各個(gè)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題“合力與分力有什么關(guān)系”進(jìn)行完整的探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力；（4）SNP教學(xué)模式融入物理學(xué)史，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。

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2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］Chen Y C， Benus M J， Yarker M B. Using models to support arguementation in the science classroom［J］.The American Biology Teacher，2016，78（7）：549-559.

［3］郭玉英，姚建欣，張靜.整合與發(fā)展——科學(xué)課程中概念體系的建構(gòu)及其學(xué)習(xí)進(jìn)階［J］.課程·教材·教法，2013，33（2）：44-49.

［4］丁珂，錢(qián)長(zhǎng)炎.SNP教學(xué)模式融入高中物理課堂教學(xué)的思考與實(shí)踐——以“庫(kù)侖定律”一節(jié)教學(xué)為例［J］.物理教師，2019，40（12）：2-5，10.

［5］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中教科書(shū)物理必修第一冊(cè)［M］.北京：人民教育出版社，2020：70-75.

［6］陳克超，冉潔，戴浩.基于課程標(biāo)準(zhǔn)之高中物理大概念解讀與建構(gòu)［J］.物理教師，2020，41（9）：11-14.

［7］儲(chǔ)方宣.追溯“力的平行四邊形定則”的由來(lái)［J］.物理教學(xué)探討，2007，25（5）：21-22.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）