基于目標矩陣法的新課標物理實驗教材實例分析

熊小麗 劉志娟 謝偉

1 廣西師范學院 南寧 530023

2 南寧市第四十一中學 南寧 530200

1 前言

《基礎教育課程改革綱要（試行）》[1]指出：課程標準是教科書編寫、教學、評估和考試命題的依據。2012年秋季，廣西實施《廣西普通高中課程改革實施方案》，拉開廣西課程改革的帷幕。高中物理新課程旨在進一步提高學生的科學素養，要求從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個方面培養學生，為學生終身發展、應對現代社會和未來發展的挑戰奠定基礎。教材分析是教學活動的開端，也是教師進行教學目標設定的前提。因此，教師如何對教材正確把握和分析無疑是新課改下教師面臨的一大挑戰。教材分析的方法有很多種，目標矩陣法是一種系統分析的方法，用其來分析教材，可以使得教材內容層次化和簡潔化，有助于教師對物理教材的分析和把握，進而進行有效教學。

2 目標矩陣

在用ISM法分析教材時，為了決定要素間的層級關系，需要進行復雜的運算，當教材中要素太多時計算量太大，這給教師帶來很大的困難。目標矩陣法與ISM法具有相同的原理，但是避免了許多復雜的計算，僅以一些簡單的操作就能達到ISM法的效果。這種方法在學校教學中具有很好的使用效果[2]。用目標矩陣法進行教材分析的步驟：1）制定教學目標；2）決定具有形成關系的直接低級目標；3）目標矩陣；4）按目標水平分類；5）形成關系圖。

3 目標矩陣法實例分析

本文選取的教材是人教版高中物理新教材（必修1）。此教材是由人民教育出版社按照《普通高中物理課程標準（實驗）》的要求編寫出版的，在我國使用范圍大、影響廣，是我國目前各種同類教材中的典型代表，也是廣西新課改首選的教材。牛頓第二定律是連接運動學和力學的橋梁，掌握和理解這節的知識點對學生來說至關重要。鑒于此，筆者認為對牛頓第二定律進行教材分析具有很好的代表性。

3.1 制定教學目標

“牛頓第二定律”學習的教學目標G：能準確表述牛頓第二定律，理解牛頓第二定律是連接運動學和力學的橋梁；能運用牛頓第二定律分析和處理簡單的生活問題。

基于給定的教學目標，考慮到學習的前提知識和學習課題的引入方法。前提知識：R1，三角形定則；R2，平行四邊形定則；R3，依據實驗目的確定研究對象；R4，能根據y=ax的函數，繪制正比例函數圖像；R5，能根據y=1/x的函數，繪制反比例函數圖像。

與給定目標具有形成關系的低級目標：1）依據研究對象采取控制變量法進行實驗；2）依據實驗內容設計表格記錄數據；3）能根據實驗記錄的數據在坐標系中進行描點，并用光滑的曲線進行連接；4）能指出F、m、a三個量中F和a為矢量，m為標量；5）能根據a-F圖像判斷加速度和力成正比；6）能根據a-m圖像判斷加速度和質量成反比；7）依據大量實驗和觀察到的事實總結一般性規律即牛頓第二定律F=kma；8）在F=kma式子中，F指的是物體所受的合力；9）在國際單位制中k=1，即牛頓第二定律數學表達式為F=ma。

表1 直接低級目標

3.2 決定具有形成關系的直接低級目標

如果教師認為學生在對知識點A進行學習之前必須先掌握知識點A1，則稱A與A1之間具有“直接關系”，并稱A1為A的直接子知識點。以這種方法得出“牛頓第二定律”課題中各目標的直接低級目標如表1所示。

3.3 目標矩陣

目標矩陣是基于低級目標（表1）做出的。將各種水平的低級目標在橫軸與縱軸上進行排列，排列的順序沒有特殊的要求。以位于橫軸上的目標為高級目標，若位于縱軸上的某一目標是橫軸上某目標的直接低級目標，則在二者交點的位置處置1。例如，位于橫軸上的8是以R1和R2作為直接低級目標的，因此在這兩個目標的交點位置處置1，如圖1所示。依此法，對應于橫軸上的各個高級目標，按照表1中給出知識點之間的關系，分別在相應的交點位置處置1。由此可得到圖1這樣的目標矩陣I。

3.4 按目標水平分類

根據目標的水平不同，可對目標進行分類。目標分類可通過對目標矩陣的一定操作而得到。這種操作可按從低到高的方向進行[2]。首先觀察目標矩陣I（圖1）的橫軸。對應于R1、R2、R3、R4、R5等5個低級目標所在的列均無“1”出現，這表示R1～R5這些知識點不存在直接低級知識點，所以，它們是目標層次結構中的底層。實際上，這些知識是作為課程學習的前提知識，所以，它們作為目標體系的底層是容易理解的。位于底層的低級目標是一種水平最低的低級目標，根據實際的目標分類情況，稱之為第10類目標。

圖1 目標矩陣（I）

圖2 目標矩陣（II）

圖3 目標矩陣（III）

觀察目標矩陣的縱軸，將第10類目標與目標R1～R5所在行上的1全部置為空白，由此構成目標矩陣Ⅱ，如圖2所示。在圖2中，觀察橫軸上各低位目標所在的列，除第1層目標R1～R5對應的列外，1、4、8所在的列全部為空白（不存在“1”）。這類目標被列為第9類目標。

同樣，將縱軸上的目標1、4、8所在行上的“1”全部置空，由此得到圖3所示目標矩陣（III）。

除第10類目標和第9類目標所在列全部為空白外，目標2和目標9所在的列也全部為空白，目標2和目標9列為第8類目標，得到圖4所示目標矩陣（IIII）。

如此類推，可得到低級目標按不同水平的分類表（表2）。

?

基于上述的實際分類情況，各級目標的水平隨分類號的數值增加而下降，第一類目標為給定的教學目標，是目標體系中級別最高的教學目標。

3.5 形成關系圖

根據目標水平，將同一水平的目標排在同一水平線上，第7類低級目標位于最底層，第一類位于最高層，并將各級目標的形成關系以箭頭表示，由此得到圖5形成關系圖。

3.6 根據關系圖進行分析與研討

從圖5可知，在進行牛頓第二運動定律的教學時，第一層是最低級的目標，也就是學生學習的前提知識；第二層就是要學生知道學習這節時是采取控制實驗變量法進行實驗，在F=ma中3個量代表是矢量還是標量，同時也要知道F是合力；接下來到第三層就是要指導學生依據實驗內容設計表格記錄數據和引入k；到第四層就要求學生根據記錄的實驗數據在坐標軸上描點；第五層就是根據a-F和a-m圖像判斷加速度與力和質量的關系；到第六層就根據實驗和觀察得到的事實和k=1得出F=ma，即本節最終要學習的知識點牛頓第二定律。這樣教學邏輯就非常緊密，教學思路也一目了然。同時研討之后，教師在教學中還應注重對學生思想觀念和心理的影響，聯系實際生活，即讓學生感受到物理學在認識自然上的本質性、深刻性、有效性。另外，在教學過程中特別是實驗中，教師應引導學生進行必要的討論。

4 啟示

物理學是科學課程的一部分，其知識點是具有內在邏輯的零散知識，看似零散但又具有內在的聯系。

對教材知識點的邏輯分析對于教師來說至關重要，同時作為課堂教學活動的組織者、領導者，教師在新課程改革的前提下更應該科學地使用好高中物理新教材，有效地進行課堂教學，使學生學到物理科學知識的同時，提高科學素養，真正達到新課改的教學目標。通過這個實例的分析，筆者得出幾點啟示。

4.1 落實教學目標，善用教材分析法準確分析教材

《廣西普通高中課程改革實施方案》[3]指出，高中物理新課程旨在進一步提高學生的科學素養，要求從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個方面培養學生，為學生終身發展、應對現代社會和未來發展的挑戰奠定基礎。物理學本身就是科學知識、科學過程與思維方法和科學價值觀的統一體。三維目標乃是物理學的本質在物理課程中的反應。而利用目標矩陣方法進行教材分析，可以使得知識點的邏輯性更加清晰明了，同時又提高了教材分析的效率。也可以從深層次解釋各要素之間的關系和結構。在分析教材中結合課程標準中的相關要求，把握各個知識要素的前后關系，組織科學有效的教學活動，對于物理教學具有非常大的現實指導意義。

圖4 目標矩陣（IIII）

4.2 重視科學探究，實現教學方式的多樣化

教學是教師與學生相互活動的過程，教師在新課程改革的前提下應盡可能地創造多樣化的問題情境，通過探究性學習、參與性學習、體驗性學習等學習方式，使學生從被動的接受者轉變成學習的主體。教師不能剝奪學生主動學習的權利，應該相信學生，放手讓學生去探索去發現，讓學生能夠主動地得到發展。學生先通過分析思考，自己得出結論，之后在與他人的交流中逐步完善修正自己的觀點[4]。這樣才能激發學生的好奇心與求知欲，引導學生積極主動地參與學習活動，使學生在獲得知識與技能的過程中學會學習、學會研究，形成積極的情感態度與價值觀，提高科學素養。

圖5 形成關系圖

4.3 教學緊密聯系生活實際，實現“書本是科學的世界”

在使用目標矩陣法得出教材的層級關系后，經過探討，物理教學應引導學生從身邊熟悉的自然現象和生活現象出發，探索和認識物理規律，聯系生活實際，分析學生的心理特點，讓他們體會到物理學在社會進步中的作用，真正懂得“從生活走向物理，從物理走向社會”。

5 結論

教材分析的方法很多，目標矩陣法是一種高效簡單的教材分析法。特別是對物理學這樣的科學課程，通過使用目標矩陣法，可以很好地理清教材各知識點的邏輯聯系和層級關系。新課改教材也有了很大的改編，做好教材分析是每個高中物理教師的必修課，也是做好教學設計的前提。使用目標矩陣法分析教材無疑是教師的首選。然而在用目標矩陣法分析教材時，雖然運用了比較精準的矩陣分析，但前提是教師要根據自己的教學經驗分析出每個環節所涉及的知識點以及前提知識，所以教師更應該具備豐富的知識，讓目標矩陣這個教材分析法的效果最大化。

[1]基礎教育課程改革綱要（試行）[EB/OL].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2002/content_61386.htm.

[2]傅德榮,章慧敏.教育信息處理[M].北京：北京師范大學出版社,2006：80-82.

[3]廣西普通高中新課程物理學科教學指導意見（試行）[EB/OL].http：//www.gxedu.gov.cn/Item/8843.aspx.

[4]孔德剛.高中新教材的幾點教學建議[J].觀察視角,2012(5)：156.