首要教學原理視角下的初中物理教學設計與實踐

摘 要：本文嘗試在首要教學原理視角下研究初中物理的教學設計與課堂實施.依照物理學科核心素養對浙教版“機械能”一節的復習課進行教學設計，并在實施過程中提出幾條實踐策略：在課堂上激活學生舊知時注意改變表征形式;在講授新知過程中強調知識細節的刻畫;在遷移鞏固過程中嘗試不同的操練類型;在最后總結全課時要進行融會貫通.

關鍵詞：首要教學原理;初中物理;教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）04-0056-03

作者簡介：葛元鐘（1975-），男，浙江杭州人，碩士，中學高級教師，研究方向：“任務中心”課堂教學設計.

教育教學改革的一個重要目標是提高教育質量和教學效率.梅瑞爾教授多年來致力于課堂有效教學的研究[1]，并于2002年正式提出了首要教學原理.梅瑞爾教授指出：該原理是有效教學的各種處方，有利于確保教學產品的教學效能[2].

首要教學原理對有效教學具有很大的參考意義.本文嘗試在首要教學原理的指導下進行教學設計，以浙教版“機械能”復習教學的幾個片段為例，應用原理優化設計以促進學生的有效學習.

1 “機械能”復習教學設計

梅瑞爾將教學分為四個步驟：激活舊知、探尋新知、嘗試應用、融會貫通.這四個步驟是學生對知識逐步內化的過程，符合學生的認知規律.他認為“學習只有在學習者從事解決真實世界里發生的問題時，只有當學習者能夠通過論證或應用而激活已知知識并將其作為理解新知識的基礎時，新知識才會被整合到學習者的世界當中”[3].

物理學科核心素養包含“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面[4].本研究據此制定了浙教版“機械能”復習課的教學目標，且依據首要教學原理制定了解決方案見表1.

2 “機械能”復習課堂教學

梅瑞爾提出：聚焦的“問題”應具有復雜性.比如，我們要給問題創設情境，引發思維沖突.在本課，我們從“蹦極過程中，游客在哪一點的速度最快”這一簡單問題入手，循序漸進，逐步深入展開教學.將研究蹦極過程作為復習的情境明線，將機械能作為復習的知識明線.

2.1 改變表征形式，激活學生舊知

為了更好地激活學生舊知，梅瑞爾提出了“圖式激活”和“動態圖式結構”等促進學生組織新內容的方法.教材利用運動員射箭和網球拍變形兩個例子說明彈性勢能的大小與彈性形變有關：彈性形變越大，彈性勢能就越大.在復習課中可進一步利用圖式激活和動態圖式結構的方法說明動能和勢能的轉化（如圖1所示）.

圖1中的甲是拉開的弓和箭，如果一開始就將弓和箭作為整體進行分析，學生的思維只能停留在表面;如果要進行深入研究，則要用分割法對弓和箭展開逐個分析;并且要將射箭的過程進行分段，以便更好地研究.分析時可以將甲分成乙和丁.此時，乙具有彈性勢能，丁還沒有動能.

分析張弓、拉弦、放手這個動作：弓從圖中的乙轉變成了丙，弓的彈性勢能減少，弦快速恢復到原來的位置，且弦在丙階段速度最大.

分析張弓、搭箭、拉弦、放手這個動作：弓從圖中的甲轉變成了丙和丁，弓的一部分彈性勢能轉化成弦的動能，一部分彈性勢能轉化成箭的動能.

又如在新課教學講解衛星能量變化時，我們會放一張衛星繞地球的圖片如圖2甲所示.根據經驗，教師會講解如何判斷“離地面的高度”，但是學生對于圖甲中遠地點的高度理解起來略感吃力.關于動能與重力勢能之間的轉化，學生在圖式上仍停留在豎直上拋模型.針對這一學情，教師在上復習課的時候，可以考慮先用圖式進行舊知激活，再用動態圖式轉化表征方法.把甲圖進行倒置（如圖2乙所示），這時，學生用豎直上拋模型也能理解衛星從近地點運動到遠地點的過程中，距離地面的高度變大，重力勢能增加.

2.2 分析蹦極過程，強調細節刻畫

梅瑞爾教授指出知識處于兩種水平：信息和細節刻畫.若能在教學中采用細節刻畫，則學習者更容易記住和應用信息，教學也更加有效.在蹦極過程中，當人體落到離地面一定距離時，橡皮繩會被拉開、繃緊，阻止人體繼續下落，到達最低點時橡皮繩再次彈起.

先分析蹦極過程中的幾個關鍵點，如圖3所示.

O點：蹦極的起跳點;

A點：繩子發生形變的轉折點，OA表示繩子的原長;

B點：平衡點，繩子由于形變產生的拉力大小與游客的重力相等，二力平衡;

C點：最低點，也是繩子形變最大點，拉力最大點.OC即表示運動過程中人距離出發點的最長距離.

為了更好地研究物體的受力情況，在課堂上用一個砝碼和一根有彈性的繩子來模擬蹦極過程，并在繩子的一端接上拉力傳感器進行數據記錄.當砝碼下落一定距離時，橡皮繩被拉開、繃緊，拉力傳感器開始計數;當到達最低點時砝碼再次彈起，隨后又落下，這樣反復多次的拉力情況通過傳感器在電腦中形成了一條力隨時間變化的曲線.筆者通過分析，在線上標出了這一運動過程中的幾個關鍵點A、B、C，如圖4所示.

A點為形變起始點，A到B的過程中，拉力逐漸變大，在B點拉力為0.41N等于鉤碼重力，AB階段拉力始終小于重力，鉤碼處于加速階段.

從B點開始到C點的過程中，拉力開始大于重力0.41N，鉤碼處于減速階段，直到C點速度減小到零;C點為形變最大點，彈性勢能最大.隨著振動次數增加，一部分機械能轉化為內能，最大拉力從0.82N開始逐漸變小.

在整個曲線中，B點不止一個，曲線上拉力等于0.41N的點都是B點.最后，鉤碼也停留在B點.

2.3 嘗試分析蹦床，遷移應用提升

梅瑞爾指出對于不同的教學目標，應該對應不同的呈現方式和學習指導方式，也應該有不同的操練類型.因此，筆者在這堂課中還設計了一個蹦床的內容，用來練習和應用學生剛剛理解的知識.雖然蹦床和蹦極有一些區別，但在受力分析的方法上卻是相通的.

蹦床是借助彈力床的彈力將人體彈向空中的.我們嘗試用類比的方法對蹦床過程進行分析，對這一過程中的幾個關鍵點已標紅，如圖5所示.

通過受力分析發現，蹦極和蹦床在B點和C點二者之間的受力情況高度相似，因此，通過對蹦床的研究可以對蹦極中出現的知識和能力有一個很好的鞏固，如圖6所示.

2.4 分析探究過程，進行融會貫通

融會貫通主張學生在討論、反思、鞏固、應用新知的時候能夠促進學習;同時，反思學習效果、檢查復習等做法也都能夠提高學習效能的水平，這種活動為知識的糾正和知識的遷移以及記憶的保持提供了機會[5].

通過對蹦極和蹦床的二次研究，大部分學生已經對研究過程有了一些體會和心得，這時，需要有人幫助學生對知識進行融會貫通.因此，在課堂教學過程中，教師應帶領學生嘗試歸納分析物體能量轉化的步驟：首先要確定研究對象，還要明確研究過程的起點、終點以及關鍵點;其次，要能夠準確地對物體進行受力分析，結合運動狀態，推斷能量的轉化和速度的大小;最后，推斷研究對象的能量變化[6].

通過研究發現：學生通過對所學知識進行不同角度的思考辨析，融會貫通，能很好地將知識整合到自身的知識架構中.

3 總結反思

首要教學原理是梅瑞爾在學習了加涅的教學理論后提出的教學理論，相關實踐證明在該原理指導下的教學設計是有效果的，首要教學原理對物理教學是有意義的.之前的實踐過程中，我們建立了一些效果好、效率高、參與度大的課堂.此后，我們還應該針對不同的教學內容靈活應用首要教學原理，提升學生的應用能力以及課堂教學效果.

參考文獻：

[1]秦丹，魏曉玲.3E教學的探索之路——M.David Merrill學術思想研究[J].現代教育技術，2009，19（05）：5-8+16.

[2]張艷平.首要教學原理支撐下的有效教學的教學設計與實踐研究[D].上海：華東師范大學，2016.

[3]孫林偉，高卿.首要教學原理在物理教學中的應用--以"力的合成"教學為例[J].實驗教學與儀器，2019，36（04）：8-10.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版） [M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]何立娟.首要教學原理視角下的高中物理教學設計與實踐[D].呼和浩特：內蒙古師范大學，2019.

[6]丁麗娟.問題鏈引導下的推理能力的培養——以“探究機械能守恒定律”為例[J].中學物理，2020，38（07）：32-36.

（收稿日期：2020-11-13）