基于活動理論的高中物理教學設計

張書婷 羅雪嬌 和偉

摘? ?要：高中物理知識具有抽象性和復雜性。對中學生而言，教材上直觀呈現(xiàn)的知識往往是晦澀難懂的，難以堅持學下去，因此教學設計要更注重激發(fā)學生的內部學習動機。將活動理論中能動性及主體性思想應用于物理教學設計中，讓學生在主動參與和自主探究中進行知識建構，激發(fā)內部學習動機，達到預期的教學活動目標。文章介紹了活動理論導向的物理教學設計流程，并以“牛頓第一定律”為例進行教學設計和實踐。

關鍵詞：活動理論；牛頓第一定律；教學設計；內部學習動機

物理學科的特點是追求理性、重視邏輯推理。因此物理教學離不開對實驗的觀察、離不開在實驗基礎上反復研究和科學抽象的思維方法。傳統(tǒng)課堂上“教師講學生聽”單向輸出的教學方式，使學生感到枯燥乏味，也難以體會科學探究的過程。

活動理論是一種理解和分析人類心智與活動關系的理論體系。它將活動視為一種基本單位，通過揭示各個要素之間的關系來分析人類的實踐活動[ 1 ]。20世紀20年代由維果斯基提出了第一代“文化-歷史”理論，發(fā)展至今，以恩格斯托姆和圣尼諾為代表的芬蘭學者提出了第四代活動理論的基本構想，為人類各種實踐活動提供理論和方法論的指導，幫助實踐活動高效地進行，以達到預期的活動結果?；顒永碚摰暮诵乃枷胫皇悄軇有约爸黧w性思想：人為手段引導下，使活動主體主動地創(chuàng)造變革而采用有目的的行動[ 2 ]。強調激發(fā)學生的內部學習動機，對學生采用形成性干預的手段，引導學生主動去創(chuàng)造條件，想方法解決問題。在物理教學活動中運用活動理論作為指導，對提高學生物理學習的主觀能動性，激發(fā)學生內部動機有重要意義。

1? 教學設計思路

對學生而言，物理教材上直觀呈現(xiàn)的知識往往是晦澀難懂的，若沒有內在動機的驅動，獲得情緒上的滿足，學生很難堅持學下去。因此教學設計要圍繞真實情境問題解決去展開，通過設計學生感興趣的教學活動，讓學生在自主探究的過程中進行知識建構。教師作為干預者，通過教學活動有目的地引導學生主動地去開展學習活動，獲得新知。在活動理論中，需要強調幾點：首先教學活動應體現(xiàn)學習者的主體地位，教學活動是促進學習活動的手段；其次肯定教師的地位，教師的輔助工作是促進學生與新知發(fā)生聯(lián)系必不可少的干預手段；最后強調學生的主觀能動性，即在學習活動中主動參與和自主探究。

教學設計基本思路如圖1：首先明確活動目標，根據(jù)活動目標制定活動過程，在活動后利用活動評價機制對活動效果進行評價，并且根據(jù)評價的反饋對后續(xù)活動進行修正。后文會以“牛頓第一定律”一課的教學為例，介紹其具體做法。

2? 活動目標

2.1? 核心課程內容分析

“牛頓第一定律”不僅是力學理論體系的重要部分，也是動力學的開篇內容。為實現(xiàn)新課標對學生核心素質的發(fā)展目標：需要通過“牛頓第一定律”“慣性與質量”等知識的學習，建立運動和相互作用的觀念；需要通過探究伽利略的理想斜面實驗，掌握“直觀歸納法”“實驗事實+邏輯推理”等科學研究物理問題的思想方法和實驗探究的素養(yǎng)；需要通過探究運動和力關系的歷史過程，體會物理家們在科學探究中的不易和嚴謹求真的精神。課堂要通過挖掘牛頓第一定律的探究過程的歷史教育價值，來落實核心素養(yǎng)的第四個維度。

2.2? 課標分析

（1）物理觀念

能清晰敘述出 “運動與力的關系”的科學探究過程；能正確闡述牛頓第一定律的基本內容，對定律中的關鍵詞能夠進行解釋；能從能量守恒的角度去解釋相關現(xiàn)象。知道決定慣性大小的唯一因素是質量的多少，與速度、受力情況等因素都沒關系，且能通過對生活實例進行科學解釋。

（2）科學思維

在科學探究過程中理解伽利略理想斜面實驗中“實驗事實+邏輯推理”的物理思維方法，并且對生活中習以為常的現(xiàn)象，有通過一定的實驗和科學推論的檢驗提出質疑和糾正的意識，有敢于批判的品格和提出創(chuàng)造性見解的能力。

（3）科學探究

能參考伽利略理想斜面實驗進行實驗設計，證明 “力不是維持物體運動的原因”，并掌握“控制變量法”“模型法”等物理方法。培養(yǎng)學生的科學探究意識，發(fā)展學生的實驗探究能力。

（4）科學態(tài)度和責任感

知道牛頓在總結牛頓第一定律前有多位物理學家進行了探究，物理學家們發(fā)表自己的觀點會受到他們所在的時代的局限，感受人類認知事物本質的曲折過程，體會科學探究的艱辛，對亞里士多德探究真相的過程有正確的認識。學習伽利略、笛卡爾、牛頓等科學家們敢于質疑、堅持真理、實事求是的科學精神以及嚴謹認真的科學態(tài)度[ 3 ]。

3? 活動過程

活動情境與任務：

任務一：創(chuàng)設情境，引起認知沖突。

情境：一胖一瘦兩個同學在講臺上假裝并排開車，他們都沒有系上安全帶。突然前方出現(xiàn)障礙，一個急剎車兩個人飛了出去，此時暫停。同學們猜想這兩個人飛的方向和飛出的距離是否一樣。

學生活動：相互討論。

設計意圖：創(chuàng)設真實情境，引起學生好奇心，激發(fā)學習興趣。通過活動感受運動和力的關系，且此處涉及任務五中慣性與質量關系的知識，讓學生帶著思考進入后續(xù)學習。

任務二：科學歷史重演，經(jīng)歷力與運動關系的科學探究過程。

情境：亞里士多德與伽利略進行跨時空對話，討論力與運動的關系。

學生活動：學生先通過閱讀教材和資料進行課前準備，課上劃分兩個方陣：一方扮演亞里士多德，另一方扮演伽利略，進行討論。

教師活動：首先對笛卡爾、牛頓等物理學家探究過程進行補充，利用思維導圖進行系統(tǒng)梳理。其次指出對話中的錯誤：摩擦力的概念是由牛頓提出來的，無論亞里士多德還是伽利略、笛卡爾，都沒有提出力的概念，牛頓的高明之處在于，他將物體間復雜多樣的相互作用想象成“力”。教材上為了陳述方便，在陳述亞里士多德等人的思想時借用了力的概念。最后控制好活動時間。

設計意圖：學生因為初中學過牛頓第一定律，所以在本節(jié)知識的學習過程中往往有浮躁、輕視的表現(xiàn)，學生尚未建立科學的知識結構，在思考問題的思路上也容易犯“亞里士多德”式的錯誤。通過對話形式重演物理學家在“探究力與運動的關系”的過程，學生不僅體會到“牛頓第一定律”等物理規(guī)律、概念建立道路的曲折，而且建立了更加完善的思考方式。

任務三：感悟伽利略理想斜面實驗的魅力，體現(xiàn)思維訓練價值。

情境：模擬伽利略的理想斜面實驗進行實驗探究。

學生活動：猜想力不是維持物體運動的原因。

學生活動：理想斜面實驗學生自制教具見圖2：兩個斜面平滑連接，盡量減少連接處的能量損失，左側斜面保持不變，右側斜面可以靈活改變傾斜程度。然后進行實驗：讓一個小鋼球從左側斜面某一固定位置滾下去，觀察右側斜面在傾角60°、45°、0°時小球運動停止的位置。

學生活動：觀察實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)減小右側斜面的傾角，小球在右傾面運動距離隨之加大。在60°、45°到達的高度幾乎相同，且與在左傾面初始標記點高度幾乎相同。

教師活動：通過表1實驗清單，引導學生繼續(xù)深入思考理想斜面實驗的物理思想方法。

學生活動：總結出實驗結論，力不是維持物體運動的原因。

設計意圖：學生在證明自己的猜想過程中遇到?jīng)]有辦法達到理想實驗條件的問題，實驗清單作為“腳手架”讓學生從實驗現(xiàn)象進行推理，學會通過利用實驗事實加邏輯推理的方式進行科學探究，發(fā)展學生的科學思維和提高科學推理能力。

任務四：深入理解牛頓第一定律，形成運動與相互作用的物理觀念。

情境：同學輕踢足球，球慢慢滾動；不再踢動，球逐漸停止運動。

教師活動：請學生結合牛頓第一定律進行解釋。

學生活動：學生給足球向前的動力，球向前滾動；足球離開腳后本來應該以某一速度做勻速直線運動，但在地上滾動過程中受到摩擦等阻力的影響，改變了這種狀態(tài)，足球的速度越來越小直到停止運動。

教師活動：拋出四個問題：問題1：歸納總結出牛頓第一定律解決了什么問題？問題2：“一切”“總”“或”說明了什么？問題3：牛頓第一定律成立的條件？問題4：牛頓第一定律是牛頓第二定律的特例嗎？

設計意圖：四個問題的答案涵蓋了牛頓第一定律的重點和學生容易陷入的誤區(qū)，學生在通過各種方式尋求答案的過程中，徹底弄清其內涵，突破學習的重難點，理解慣性和慣性定律，同時培養(yǎng)了信息收集、分析能力和小組合作能力。

任務五：探究慣性與質量的關系，提高分析、解決問題能力。

情境：再請兩個體重大致相同的人扮演，兩個人開車速度不同，也沒有系安全帶，此時前方障礙，車突然停止，可能會發(fā)生怎樣的情況。

學生活動：猜想速度大的那輛車中的人更易飛出。因為速度越大、質量越大，物體的運動狀態(tài)越容易改變。

教師活動：借助NOBOOK軟件模擬實驗探究慣性與速度之間的關系，實驗裝置如圖9。引導學生思維轉換：小車通過光電門的速度不同、運動的路程不同，運動狀態(tài)改變的難易程度可以通過加速度的大小來體現(xiàn)。

小車質量保持0.20 kg，改變小車彈射的初速度，實驗采集數(shù)據(jù)見表2。

通過v2=2ax，得到加速度大小。分析表2數(shù)據(jù)得到結論：慣性大小與物體速度的快慢無關。

學生活動：采用實驗裝置如圖10探究慣性與質量之間的關系，運動過程中將在電腦上生成質量為150 g、200 g、250 g、300 g時的v-t圖，將圖中數(shù)據(jù)記錄在表3實驗記錄表中。

歸納得出：物體質量越大，運動狀態(tài)越難改變，也就是慣性越大。

綜合兩個實驗得到結論以下：（1）物體慣性的大小可以通過運動狀態(tài)改變的難易程度體現(xiàn)。（2）慣性大小只與質量有關系，與速度沒有關系。（3）質量大的物體慣性大。

教師活動：幫助學生反向思維，假設慣性大小與速度有關系，速度小慣性小，若速度降為零時，此時的慣性豈不是為零？“物體運動時就有慣性，靜止就沒有慣性”的命題不符合實際[ 4 ]。

設計意圖：采用NOBOOK做線上仿真模擬實驗可以在有限的課堂時間中，達到提高學生的邏輯推理能力、實驗探究能力等科學思維的訓練要求。從情境的感性認識到實驗的理想探究，學生運用物理的思維方式進行了知識建構，從定量到定性的變化，學生能深入理解慣性與質量的關系。

4? 活動共同體建立

教學活動共同體關系如圖11所示：其中活動體系主要由主體、客體、工作共同體三種核心內容成份，和中介（工具）、規(guī)則、工作分工體三種次要組成部分，三種次要組成部分對核心內容成份進行了調整與聯(lián)系。在教學活動共同體中，主體指學習者；客體指學習內容，即學習者要掌握的知識技能、科學思維等，客體指向學習結果；工作共同體指學習共同體，學習共同體可以是促進活動發(fā)展的教師、學生之間的互助小組、教師和同伴小組等所有個體和團體，在學習活動中需要實現(xiàn)信息交流[ 5 ]。三種次要成分分別對應為：學習資源、學習目標，學習活動分工，它們共同推進教學活動的展開。

5? 活動評價機制

教學活動有 “教學”和“活動”兩個層次，因此評價也要包含這兩個層次。教學評價是教學活動不可或缺的有機組成部分，要依據(jù)“教-學-評”一致性原則進行評價，保障學習目標的達成。物理教學評價不僅要體現(xiàn)核心素養(yǎng)也要促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展?；顒訉用嬉⒅貙W生在教學活動的參與程度和具體表現(xiàn)。通過評價，教師掌握學生在教學活動實踐中的學習情況，把握教學情況和進度，從而更好安排后續(xù)教學。

6? 總結

活動理論框架下物理教學活動應體現(xiàn)學習者的主體地位。學習目標的制定有明顯的成果導向；學習內容要圍繞真實情境問題解決去展開；學習主體上多組建生生間、師生間學習共同體；學習方式上不再局限結構性的整個班級的共同教學活動，開展小組討論、鼓勵學生個體偶發(fā)的、有目的性的非正式學習。采用活動理論設計的課堂具有：輕松活躍的課堂教學氣氛、別開生面的學習方式、清晰的知識呈現(xiàn)方式，不僅激發(fā)了學生的內部學習動機，提高學習的主觀能動性，而且為學生終身性學習奠定了基礎。

參考文獻：

［1］ 馮新建，劉翔. 活動理論在高中物理實驗教學中應用淺析[J]. 湖南中學物理， 2017（9）：3.

［2］ 吳剛， 趙軍， 蘇靜逸，等. “工作-學習”理論的創(chuàng)新與發(fā)展：第四代“文化-歷史”活動理論及應用價值[J]. 遠程教育雜志， 2022，40（2）：10.

［3］ 余雪妹. 基于物理核心素養(yǎng)提升的教學設計策略：以人教版“牛頓第一定律”教學設計為例[J]. 物理教師， 2018，39（9）：5.

［4］ 林萍，劉明．基于核心素養(yǎng)的“牛頓第一定律”教學探索[J].物理教師，2021，42（9）：20-23，27.

［5］ 姚昊，馬立超.高學歷教師培養(yǎng)的學生成績更優(yōu)異嗎？：理論爭議、實證檢驗與政策啟示[J].開放教育研究，2022，28（2）：73-84.