基于ISM法的“圓周運動”單元教學(xué)重難點分析

許君委 程小健 陶永杰

(安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 安徽 蕪湖 241002)

1 引言

ISM(Interpretive Structure Modeling)譯為解釋結(jié)構(gòu)模型，是由美國John Warfield教授于1973年提出的一種用于分析社會經(jīng)濟系統(tǒng)問題的典型方法[1]，它通過提取核心要素，繪制出層級有向圖，將混亂無序的要素進行分級，可以更直觀地展示出研究對象的構(gòu)成要素及內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu).直到1978年，日本學(xué)者佐藤博證明該方法可適用于目標(biāo)分析和教材分析.目前，其在教育領(lǐng)域的使用途徑還是以教材結(jié)構(gòu)分析為主，文獻[2～4]都對應(yīng)用ISM法分析教材進行實例研究.但對應(yīng)用ISM法分析教學(xué)重、難點的研究較少，筆者以人教版普通高中物理新教科書中“圓周運動”單元為例，應(yīng)用ISM法從定量的角度分析該單元的教學(xué)重、難點.

2 ISM分析方法

運用ISM法分析“圓周運動”單元重點和難點，需要遵循ISM法的操作步驟，即：首先明確研究對象，然后提取單元的核心要素，確定要素間的形成路徑，再根據(jù)形成路徑制作出鄰接矩陣表，關(guān)于可達(dá)矩陣有學(xué)者認(rèn)為是非必須步驟，故本文未求解，通過對鄰接矩陣表的分析得到層級有向表和繪制出層級有向圖.

2.1 明確研究對象

在展開研究前，要明確研究的對象，筆者依據(jù)新人教版教科書，對“圓周運動”單元的標(biāo)題、內(nèi)容和知識點進行了提煉、羅列，其中對“轉(zhuǎn)速”提煉是依據(jù)現(xiàn)實問題所涉及到的，周期和轉(zhuǎn)速間的轉(zhuǎn)換得來的，該知識點也反映這類運動的特點，如表1所示.

表1 第六章 圓周運動單元內(nèi)容

2.2 提取核心要素

筆者在研究新人教版教科書“圓周運動”單元的基礎(chǔ)上，結(jié)合《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版2020年修訂)的要求：“會用線速度、角速度、周期描述勻速圓周運動.知道勻速圓周運動向心加速度的大小和方向.通過實驗，探究并了解勻速圓周運動向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系.能用牛頓第二定律分析勻速圓周運動的向心力.了解生產(chǎn)生活中的離心現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因.”[5]按照在教科書中出現(xiàn)的順序提取出了8個核心要素，如表2所示.

表2 新人教版圓周運動

2.3 確定要素間關(guān)系的形成路徑

要素間關(guān)系的形成路徑是依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容、教科書編纂結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點以及分析者的理解決定的.在結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)中對這單元內(nèi)容的教學(xué)要求的基礎(chǔ)上，給出“圓周運動”單元要素間的關(guān)系形成路徑，如圖1所示.

圖1 各要素間關(guān)系圖

2.4 鄰接矩陣表

在圖1中各要素間的關(guān)系得以明確，但是圖中關(guān)系多且復(fù)雜，不能很好地體現(xiàn)知識間的有序性，故將圖1轉(zhuǎn)換為更加直觀、有序的表格形式.依據(jù)圖1中確定的要素間關(guān)系的形成路徑，繪制出鄰接矩陣表，如表3所示.在表中“0”表示兩要素間沒有形成關(guān)系，即在圖1中沒有形成箭頭；“1”則表示要素間存在形成關(guān)系，即在圖1中有形成箭頭.

表3 鄰接矩陣表

2.5 要素的層級有向表

在分析了鄰接矩陣表的基礎(chǔ)上，將要素Ri可以到達(dá)的全部要素集合Mi和所有可以到達(dá)要素Ri的集合Ni列出，并且計算出它們的交集，得出表4.

表4 可達(dá)要素與先行要素集合表

通過表4可以計算出可達(dá)集合Mi與先行集合Ni的交集，當(dāng)交集內(nèi)的要素Si與要素Ri一致時，就說明要素Si不可能到達(dá)除本要素之外的任何要素，規(guī)定這些要素為全部要素中的最高級要素，用相同的方法得出次高級，以此類推，可以繪制出要素的層級有向表，如表5所示.

表5 層級有向表

2.6 要素間層級有向圖

由于層級有向表對要素間的層級顯示并不直觀，故依據(jù)層級有向表繪制出了要素間層級有向圖，如圖2所示.

圖2 層級有向圖

3 “圓周運動”單元教學(xué)重點難點分析

教學(xué)的重點難點分析是教師在進行教學(xué)設(shè)計時，必須考慮的一項重要內(nèi)容，只有確定好了一個單元的重點和難點，才能有針對性地進行教學(xué)設(shè)計并組織教學(xué)活動，達(dá)到更好的教學(xué)效果.文獻[6]把教學(xué)重點歸納為教師把知識和技能傳授給學(xué)生過程中的重要的或者主要的部分.以“圓周運動”單元為例，其教學(xué)重點是指在圓周運動單元學(xué)習(xí)過程中，能夠體現(xiàn)該單元教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)的基本特點，反映知識間邏輯關(guān)系的基礎(chǔ).教學(xué)難點是指以學(xué)生為標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生已有的生活經(jīng)驗、已有的基礎(chǔ)知識和基本技能在完成某項任務(wù)或?qū)W習(xí)某個知識時遇到的困難和挫折[7].即在教材內(nèi)容中，形成關(guān)系復(fù)雜，學(xué)生可能難以理解或者教材內(nèi)容給出不全面，需要學(xué)生自行推演的知識要素.

通過ISM法對“圓周運動”教材結(jié)構(gòu)體系的分析和對單元教學(xué)重難點概念的界定，“圓周運動”單元的教學(xué)重點和難點如下.

教學(xué)重點：依據(jù)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)和教科書內(nèi)容體系，運用ISM法分析結(jié)果，在分析過層級有向圖和學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點后，可以看出“圓周運動”單元的教學(xué)重點不僅僅包括分析所得的8個核心要素，還包括如線速度和角速度間、角速度和轉(zhuǎn)速間、圓周運動和周期間等一些簡單的要素間形成路徑，這些教學(xué)重點構(gòu)建出基本的圓周運動知識的框架體系，既有助于指導(dǎo)教師備課、教學(xué)，又為學(xué)生提高認(rèn)知水平提供幫助.

教學(xué)難點：根據(jù)學(xué)生單元學(xué)習(xí)的具體情況，運用ISM法分析結(jié)果可知，教學(xué)難點不但是這個單元教材結(jié)構(gòu)中的最高層級要素，周期、轉(zhuǎn)速、向心加速度和生活中的圓周運動和處在結(jié)構(gòu)中心位置的向心力，還指一些需要學(xué)生自行推演的知識.例如周期和轉(zhuǎn)速，它們與向心力、向心加速度的關(guān)系需要學(xué)生自己去推演，無形中加大學(xué)生學(xué)習(xí)難度.向心力和向心加速度被視為教學(xué)難點，因其處在結(jié)構(gòu)中較高的位置和其形成路徑復(fù)雜，對學(xué)生的知識遷移能力要求高.而生活中的圓周運動被列為教學(xué)難點，因其獨特的作用，構(gòu)建一些具有代表性的圓周運動模，如火車轉(zhuǎn)彎模型、拱橋模型等.這些都是知識和生活實踐的結(jié)合，具有培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要意義.

4 總結(jié)

通過ISM法對教材結(jié)構(gòu)進行分層，把隱藏在教科書邏輯結(jié)構(gòu)中的有向性總結(jié)、繪制成層級分明的要素層級有向圖，可以更加直觀地觀察出教材內(nèi)容的重點和難點.ISM這種研究方法可以呈現(xiàn)出單元或主題教學(xué)內(nèi)容的層級關(guān)系，對理解克服難點有指向作用，同時對從定量的角度去分析和設(shè)計教學(xué)有指導(dǎo)性的作用.通過ISM法去指導(dǎo)教學(xué)更利于學(xué)生對物理知識結(jié)構(gòu)的把握，進而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生高水平的物理觀念和提高學(xué)生的科學(xué)思維水平的教學(xué)目的.