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初中科學(xué)概念教學(xué)的設(shè)計、組織、診斷和反思
作者：曹俊
物理教學(xué)探討 2015年05期
一、“認識杠桿的五要素”單元教學(xué)的設(shè)計
1.運用圖式和程序教學(xué)設(shè)計理論分析教學(xué)內(nèi)容
初中物理學(xué)中把一根在力的作用下可繞固定點轉(zhuǎn)動的硬棒叫做杠桿。
杠桿的概念簡潔扼要，但實現(xiàn)學(xué)生的深度理解，卻需要學(xué)生具有一定的觀察想象能力、扎實的力學(xué)知識和熟練的作圖技能（見圖1）。
從圖中可以看出，認識杠桿的五要素首先需要學(xué)生經(jīng)歷和體驗以下學(xué)習(xí)活動：
（1）通過觀察或想象使處于靜止?fàn)顟B(tài)的杠桿轉(zhuǎn)動起來，從而確定杠桿的支點。
（2）運用受力分析的方法找準(zhǔn)杠桿受到的動力和阻力，用力的示意圖表示。
（3）運用過直線外一點作已知直線的垂線的技能，畫出動力臂和阻力臂。
（4）分析動力和阻力的作用效果，既可以是核查手段，也可以為動力和阻力方向的分析提供幫助和支持。
2.運用前測分析學(xué)生的前概念
基于以上分析，第一階段的教學(xué)以“尋找生活中的杠桿”（特別說明不建議運用課本圖例）活動作為課前作業(yè)（前測），要求學(xué)生在預(yù)習(xí)課本內(nèi)容和觀察生活物品的基礎(chǔ)上，圖示杠桿的五要素。教師根據(jù)學(xué)生作業(yè)的表現(xiàn)，統(tǒng)計和分析學(xué)生在各環(huán)節(jié)上的表現(xiàn)（見右表1），運用照片記錄學(xué)生典型作業(yè)的樣本共17份（典型樣例見右圖2），確定單元教學(xué)的起點和重難點。
在正確判斷力的作用點項目上，師生評價的結(jié)果存在著較大的差異。因?qū)W生認為，只要表示出杠桿受到的力的大致位置就算正確。而在教師看來，學(xué)生必須用力的示意圖，也就是一條帶箭頭的線段準(zhǔn)確地示意力的作用點和方向，而且作用點必須在杠桿上，才能算正確。
僅從數(shù)據(jù)上看，畫力臂錯誤率最高。但結(jié)合教學(xué)分析就可以知道，如果學(xué)生不能正確示意力的作用點和方向，肯定不能正確地畫出力臂，而且畫力臂所需的技能是最簡單的（需要對小學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不好的學(xué)生做出一定的補償教學(xué)和個別指導(dǎo)）。因此，指導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確分析和圖示阻力和動力是學(xué)生認識和理解杠桿的關(guān)鍵。
“尋找生活中的杠桿”的作業(yè)成果還表明，學(xué)生能準(zhǔn)確地判定生活中看到過、使用過的杠桿的支點，如筷子、剪刀、杯蓋乃至自行車的手閘、自卸車等。但是，當(dāng)學(xué)生面對支點隨解題需要或使用情況發(fā)生變化，或者是面對沒有見過的復(fù)雜杠桿時，是否還能夠準(zhǔn)確地判斷和選擇支點值得教師關(guān)注。
二、“認識杠桿的五要素”單元教學(xué)的組織和實施
備課組討論認為：基于生活中的實例展開教學(xué)，并在課堂上給予學(xué)生足夠的時間展開作圖練習(xí)，是激發(fā)學(xué)生認識杠桿的興趣，理解杠桿的五要素的重要手段。但杠桿在生活中普遍存在，就算有再多的教學(xué)時間，也不可能把生活中所有的杠桿都畫一遍。因此，需要選擇典型的例子，通過適當(dāng)?shù)鼐毩?xí)，實現(xiàn)學(xué)生的遷移運用�；谝陨险J識，第一階段的教學(xué)中選擇了以下例子做了重點的講解和練習(xí)，每個實例講練的平均時間約為15分鐘，期間完成了杠桿平衡條件的實驗教學(xué)（如表2）。
三、運用后測診斷和反思教學(xué)成果
第一階段教學(xué)結(jié)束，選擇在課本和習(xí)題中沒有出現(xiàn)過的起重臂、羊角錘和獨輪車為例，以10分鐘課堂練習(xí)的形式檢測學(xué)生“杠桿的五要素”的掌握情況，學(xué)生的典型錯誤和統(tǒng)計結(jié)果分別見下頁圖3和表3。
綜合學(xué)生作業(yè)的表現(xiàn)和教學(xué)后測得的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)：
通過一周的教學(xué)，約2/3以上的學(xué)生，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的杠桿知識遷移運用到新的情景中。3道題錯2題的學(xué)生共計7人，與1題中出現(xiàn)多個錯誤的學(xué)生在數(shù)量上和人員上基本保持一致，這些學(xué)生需要教師付出額外的努力，給予個別的指導(dǎo)。
結(jié)合習(xí)題可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在判斷作用在杠桿上的拉力、推力、支持力時，因為找不準(zhǔn)施力物體和受力物體，容易錯誤地判斷力的作用點和方向。因此，幫助學(xué)生正確判斷作用在杠桿上的力及其方向是學(xué)生認識杠桿的重點和難點。
拉力和支持力都屬于彈力，幫助學(xué)生正確認識拉力和支持力，也會為學(xué)生將來在高中階段學(xué)習(xí)彈力打好基礎(chǔ)。
四、詮釋與討論
1.關(guān)于教學(xué)設(shè)計
在本階段的課例研究中，筆者首先根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，運用圖式表征與學(xué)生認識杠桿及其五要素相關(guān)的概念，結(jié)合自身已有的教學(xué)經(jīng)驗、學(xué)生已學(xué)的知識和技能，根據(jù)加涅的程序教學(xué)理論，將圖式進一步轉(zhuǎn)化為學(xué)生解決問題需要經(jīng)歷的思維程序，思考和分析學(xué)生解決問題必備的知識和技能，建立教學(xué)設(shè)計的模型。
教學(xué)前，設(shè)計開放性作業(yè)任務(wù)“尋找生活中的杠桿”作為前測。根據(jù)學(xué)生在前測中的表現(xiàn)，對比學(xué)生的自評和教師的評價，在備課組討論和自身教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，決定把判斷杠桿的支點、力的作用點和方向作為單元教學(xué)的重點。
根據(jù)教學(xué)設(shè)計理論研究的成果，完成精準(zhǔn)的教學(xué)設(shè)計，理應(yīng)做到更多，如分析學(xué)生學(xué)習(xí)的資源、學(xué)習(xí)的動機乃至學(xué)習(xí)機會的創(chuàng)造等等。因此，對于專業(yè)教師而言，在教學(xué)設(shè)計方面還有很多值得探索和研究的領(lǐng)域。
2.關(guān)于學(xué)習(xí)活動的組織
在教學(xué)實踐的過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動主要有讀圖、作圖和習(xí)題講練。在實例的選擇方面，主要運用的是來自于生活、課本習(xí)題的支點位置可能會發(fā)生改變的例子，采用了循序漸進，每天多學(xué)一點點的教學(xué)策略。由于在課前并沒有來得及與備課組的老師們一起展開集體的研討，更沒有展開深入地對比研究，因此教學(xué)過程中所選實例的典型性，以及它們對學(xué)生的遷移應(yīng)用可能造成的影響，還需要在未來做進一步的思考和研究。
3.關(guān)于變式和題組的運用
學(xué)習(xí)材料的概括水平、組織結(jié)構(gòu)、學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)和應(yīng)用的情境等都會影響學(xué)生的遷移，而深度理解概念和熟練運用技能是正遷移得以發(fā)生的基礎(chǔ)。一些研究表明，提供變式和運用題組會有利于學(xué)生深度理解概念。在本階段的教學(xué)實踐中，不是采用在一節(jié)課內(nèi)呈現(xiàn)全部題組展開教學(xué)的方式，而是采用了一種松散的、每天多學(xué)一點點的方式組織教學(xué)。不同的教學(xué)需求、不同層次的學(xué)生，需要采用形式各異的教學(xué)組織方式。所以通過比較研究，發(fā)現(xiàn)不同教學(xué)組織方式的利弊和適用條件，也會是一個值得老師們做進一步研究的重要方向。
作者介紹：曹俊，杭州北苑實驗中學(xué)（杭州 310022）。
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