指向學生學習的高中物理教學設計

蔡千斌

（浙江省溫嶺市新河中學，浙江 溫嶺 317502）

1 高中物理教學設計要直接指向學生的學習

課堂教學的對象是學生.學生的學習既是課堂教學的出發點也是課堂教學的歸宿.因此，教師的教學設計要直接指向學生的學習.高中物理的教學設計自然不能例外，本文提出的“指向學生學習的高中物理教學設計”是一種緊緊圍繞高中物理課堂教學中的核心知識，直接指向學生的困惑，針對學生的困惑設置情境、提出問題，通過課堂的互動解決學生的困惑，然后激發學生產生新的困惑的教學設計.那么，“指向學生學習的高中物理教學設計”有什么特征、執行時需遵循哪些原則、操作時又有什么模式，這是本文試圖解決的3個問題.

2 “指向學生學習的高中物理教學設計”的基本特征

2.1 關注學生的困惑

“指向學生學習的高中物理教學設計”需緊緊圍繞高中物理教學中的核心知識，針對學生的困惑進行具體的教學設計.教師要針對學生的困惑設計教學情境、提出教學問題，讓學生充分展示自己的各種想法，然后切中學生的要害，一舉破解關鍵的問題.例如，在“渦流”的教學中，當學生知道“整塊金屬處在變化的磁場中時金屬內部會產生如圖1所示的渦電流”后，他們會推想，圓柱形強磁鐵在開有直縫的鋁管內豎直穿過時，這種鋁管內無法構成圖1所示回路的渦電流.所以就誤認為，當開有直縫的鋁管豎直放置，圓柱形強磁鐵在穿過鋁管時，管內不會產生渦流.在這里，教師就要設置具體的實驗，暴露學生隱于內心深處的困惑，才能實現富有針對性的教學.

圖1 渦電流

2.2 注重學生的展示

“指向學生學習的高中物理教學設計”注重學生的展示，要求學生把自己心中真實的想法展示出來，以理論推導的形式或實驗驗證的形式展示自己的思考結果.這樣做能有效地避免“教師將自己的觀點強加于學生身上”此類現象的發生.通過展示，不僅使學生的思維變得更加嚴謹，還可使學生獲得成功的體驗，享受到學習的快樂，激發他們產生進一步學習的動力.

例如，在落體快慢的討論中，在學生提出不同的看法時，教師就提供器材讓學生自主選擇器材來證明自己的觀點.其中，教師提供的器材是：1張報紙、兩張相同的16K復印紙、1個光盤、兩張同光盤相同大小的白紙、粉筆頭.

學生1認為，重的物體下落快.他是這樣展示的：將1張報紙揉成一團，將1張16K白紙平鋪展開，兩者從同一高度同時釋放，結果重的報紙先落到講臺桌上.

學生2認為，重的物體和輕的物體下落一樣快.他是這樣展示的：將1張同光盤同樣大小的白紙揉成一團，將1張16K的白紙也揉成一團，兩者從同一高度同時釋放，結果重的物體與輕的物體同時落到講臺桌上.

學生3認為，即使質量相等的物體，形狀如不同，下落也不一樣快.他是這樣展示的：兩張質量相等的紙，1張揉成一團，另1張平鋪展開，從同一高度同時釋放落到講臺桌上，結果紙團下落快.說明在質量相等、形狀不同的條件下，紙團下落快.

學生4認為，形狀相同、質量不同的物體，重的下落快.他的展示是這樣的：如圖2所示，將“形狀和光盤相同的白紙”與光盤在同一高度處同時釋放，結果重的光盤先下落到桌上.

師：形狀相同、質量不同的兩個物體是否一定都是重的物體下落快呢？

圖2 光盤下落快

學生5認為，形狀相同，質量不同的物體，下落也可一樣快.他的展示是這樣的：如圖3所示，在同一高度處同時釋放光盤與白紙，則幾乎同時落到桌上.

教師只要給學生機會，學生就會展示出許多教師意想不到的想法.然后教師根據學生展示的真實想法，尋找原因，找到問題的突破點.

3 “指向學生學習的高中物理教學設計”的基本原則

3.1 彈性預設

“指向學生學習的高中物理教學設計”提倡以“彈性預設”為基本原則.教師的預設不能固化，高中物理的課堂教學一旦沿著固定的預設走，就會禁錮學生的思維，使課堂教學變得死板而缺乏生機與活力.例如，在關于落體下落快慢的討論中，學生的思路就不可能都是沿著以下的邏輯順序進行：先想到可能重的物體下落快、再想到可能輕的物體下落快、最后想到可能重的物體與輕的物體下落一樣快.課堂教學的設計不能嚴格地按上述的順序進行.教學設計時，教師一定要考慮到“如何激發學生的思維、如何順著學生的思路”來推進課堂的教學.因此，我們的教學設計應當是彈性的，不能固化的.彈性預設的好處是使課堂教學變得更為靈活，隨著學生的有效生成而隨時調整，從而更加契合學生的實際思維.

3.2 相信學生

“指向學生學習的高中物理教學設計”提倡以“相信學生”為基本原則.教師不應包辦學生的所有，要相信學生能發現問題、相信學生能解決問題.如果教師不相信學生的能力，只是憑自己的經驗講教師自己的想法，勢必扼殺了學生的創造性.而實際上，學生的很多想法往往超越了教師的經驗.因此，在高中物理教學設計中，教師只需提出合適的問題，設置必要的引領，相信學生就會得出應有的結論.

例如，在前面所講的自由落體運動的教學中，5位學生均通過自主選擇的器材證明了自己的觀點是正確的.但5位學生有5種觀點：（1）“重的物體下落快”；（2）“重的物體和輕的物體下落一樣快”；（3）“質量相等、形狀不同的紙團與紙片，紙團下落快”；（4）“形狀相同、質量不同的物體，重的物體下落快”；（5）“形狀相同、質量不同的物體，下落一樣快”.5種觀點，對應的實驗都能證實是正確的.5種不同的觀點在不同的條件下均成立，看起來有點復雜.如將觀點（1）、（4）合并，觀點（2）、（5）合并后，還有3種觀點.這時，學生就迷糊了，到底是什么緣故，好像與想象中的并不一樣，憑直覺，這個現象的背后應當有一個更為簡潔的物理規律.那么是什么引起了有這么多種答案？這時，需要教師做必要的引領.首先，讓學生從落體悖論的討論出發，發現“重的物體下落比輕的物體下落快”的結論是有問題的.其次，讓學生分析觀點（3）、（4）、（5）的條件，運用控制變量的思想，學生容易得出正是由于空氣阻力的干擾，影響了我們對物體下落快慢的思考，然后讓學生用牛頓管實驗來驗證自己的想法.最后，播放“美國宇航員在月球真空的環境下重錘與羽毛同時下落”的視頻.至此，水到渠成，學生順利地得出落體快慢的總結性結論.（1）在真空的環境下，重的物體與輕的物體下落一樣快.（2）在有空氣阻力的干擾下，重的物體與輕的物體下落時，有時重的快，有時輕的快，有時一樣快，這要視空氣阻力干擾的程度而定.

4 “指向學生學習的高中物理教學設計”的設計模式

“指向學生學習的高中物理教學設計”的設計模式如圖4所示.首先，教師摸準學生的困惑，知曉學生已經知道了什么，還在哪些地方弄不清楚.然后，教師設置情境或設置問題，擊中學生的困惑，特別是挖掘出學生的隱性困惑，再通過師生互動、生生互動的方式揭示問題的本質，澄清學生心中所隱藏的困惑.在原有困惑解決的基礎上，學生可能會產生新的困惑.這時，教師就要及時抓住學生產生的新的困惑，構建出新的情境或新的問題，再展開新一輪的教學循環.

下面以“渦流”一節的教學為例，談談“指向學生學習的高中物理教學設計”的設計過程.

4.1 教師摸準學生的困惑

學生的困惑包括以下幾點.

（1）一個導線環由于能組成一個閉合的回路，所以當導線環處于變化的磁場中，導線環中會產生感應電流.但是一個金屬管處于變化的磁場中，從金屬管截面來看，應當是一個斷路，怎么在金屬管內也會產生感應電流呢？如有感應電流產生，則金屬管內的感應電流又會構成一個怎樣的閉合回路？

（2）一塊金屬處于變化的磁場中，金屬塊內會產生感應電流嗎？如有，則金屬塊內的感應電流回路是怎樣的呢？

（3）當一塊強磁鐵穿越豎直放置的空心鋁管時，由于鋁管中產生了渦流對磁鐵會產生阻力的作用，所以磁鐵下落的時間會明顯變長.一塊強磁鐵穿越豎直放置的“從上到下開有直縫的空心鋁管”時，由于鋁管開有直縫，感覺鋁管中不能構成閉合回路，應當沒有渦流存在，但事實上磁鐵穿越這根鋁管時，與自由落體運動相比下落時間也變長了，這又怎么解釋？

（4）將一塊鋁板傾斜放置，當強磁鐵沿鋁板下滑時，鋁板中會有渦流產生嗎？

然后，教師針對學生的困惑，設置情境，提出問題.

圖5 跳環實驗

（1）如圖5所示，當左邊線圈接上交變電流的瞬間，線圈中產生了變化的磁場，可看到鋁環突然飛出.試解釋鋁環飛出的原因.

（2）利用思想實驗的方法，推導一個空心鋁管如處于變化的磁場中，內部會產生感應電流嗎，如有，則感應電流的回路是怎樣的？

（3）利用思想實驗的方法，推導一個實心的鋁圓柱體處于變化的磁場中，內部會產生感應電流嗎，如有，感應電流的回路又是怎樣的？

4.2 學生展示隱性的困惑

學生覺得一個空心的鋁管、一個實心的鋁圓柱沒有與外界構成回路，處于斷路狀態，鋁管或鋁圓柱內不應有感應電流的產生.

教師通過對比實驗：鉤碼穿越豎直放置的空心鋁管時間短，強磁鐵穿越豎直放置的空心鋁管時間長.

通過師生、生生的討論，解釋實驗現象.仔細觀察空心鋁管，不難發現，鋁管雖薄，但也有一定的厚度，所以在薄鋁管的橫截面方向上會構成一個個閉合的回路，說明只要空心鋁管中的磁通量發生變化，空心鋁管內就會產生渦流.也可以將空心鋁管看成是由多個金屬鋁環疊合而成的，每個細分的鋁環都可以看成一個閉合回路，所以在空心鋁管中當然存在著渦流了.經討論，有學生提出，實心的鋁圓柱體也可以細分成一片片的金屬鋁片.實心鋁圓柱體可看成是由一片片金屬鋁片疊合而成.而每一片鋁片又可看成是多個半徑不同的同心鋁環構成，所以金屬圓柱體處于變化的磁場中同樣會產生渦流.

4.3 師生揭示問題的本質

根據麥克斯韋電磁場理論，變化的磁場產生渦旋電場.正是由于渦旋電場的存在，導致空心鋁管、實心鋁圓柱體內都產生了渦旋狀的渦電流.

4.4 教師摸準學生新的困惑

教師提出新的問題：金屬塊與磁場發生相對運動時，金屬塊內會產生渦流嗎？比如，當強磁鐵穿越豎直放置中間開有豎直直縫的鋁管時，這個不完整的鋁管內有渦流產生嗎？學生普遍認為不可能有.理由是：不完整的鋁管的橫截面是斷路，無法形成閉合回路，應當沒有渦流產生.

教師設置情境：教師演示對比實驗.實驗表明，鉤碼穿越豎直放置的開有豎直縫隙的空心鋁管時間短，強磁鐵穿越豎直放置開有豎直縫隙的空心鋁管時間長.

4.5 學生展示新的困惑

學生普遍認為，不完整的鋁管橫截面是斷路，無法形成閉合回路，不應產生渦流.這與“強磁鐵穿越豎直放置開有豎直縫隙的空心鋁管時間長”的事實發生了矛盾.

教師再提出新的問題：如強磁鐵從鋁板構成的斜面上滑下，鋁板內會有渦流產生嗎？

教師設置情境：教師演示對比實驗.木板一端墊高，另一端置于水平面，在木板上鋪一張白紙，圓柱體強磁鐵置于木板的上端，靜止釋放磁鐵，磁鐵做勻加速直線運動，下滑時間較短.在木板上鋪一張鋁板（可保證前后兩次實驗傾角相等），再在鋁板上鋪一張白紙，然后將圓柱體強磁鐵置于鋁板的上端，靜止釋放磁鐵，結果磁鐵下滑很慢，下滑時間很長.

這時，學生就更糊涂了.磁鐵滑過鋁板，鋁板內怎么也有渦流產生，這里邊的渦電流怎么組成回路？

然后通過師生、生生的互動，逐步揭示問題的本質.

4.6 師生再次揭示問題的本質

經仔細觀察，不難發現：不管是開有直縫的空心鋁管還是薄薄的金屬鋁板，它們其實還是有一定厚度的，當空心鋁管和薄鋁板中的磁通量發生變化時，在它們的截面上也能構成一個個閉合回路，所以在它們的內部也會形成一圈圈的渦流.

5 結論

“指向學生學習的高中物理教學設計”由于緊緊圍繞著學生的困惑展開，所以課堂教學更具針對性.不過，設計時要注意以下兩點.

5.1 了解學生的困惑是“指向學生學習的高中物理教學設計”的設計基礎

踐行“指向學生學習的高中物理教學設計”，需要教師充分了解學生的困惑.只有充分了解學生的困惑，才能根據學生的困惑，設計出具有吸引力的教學情境、提出擊中學生困惑的問題，幫助學生解決心中的困惑，最好還能激發學生產生新的困惑，然后進一步解決出現的問題.

5.2 相信學生的能力是“指向學生學習的高中物理教學設計”的根本保證

“指向學生學習的高中物理教學設計”是為了促使學生更好的學習.而學習是學生自己的事情，設計時教師要充分相信學生的能力，相信只要設計合理，學生一定有能力發現問題，一定有能力解決問題.設計時千萬要注意教師不能起過多的干預作用，教師過多的干預會影響到學生能力的發展.尊重學生、相信學生是“指向學生學習的高中物理教學設計”的根本保障.