基于SWH模式的“探究平拋運動”教學設計

鄧文清 周航 桑芝芳 高雷

[摘 要]SWH模式是一種將論證和寫作融入探究實驗的教學模式，能提升學生的科學論證能力。文章基于SWH模式將“探究平拋運動”教學過程分為五個環節，以提高學生參與課堂論證的積極性，培養學生的物理學科核心素養。

[關鍵詞]科學論證;SWH模式;平拋運動

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）05-0048-03

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》中將科學論證列為科學思維的基本要素之一，科學探究中也包含了科學論證的相關要素，由此可見科學論證在中學物理教學中的重要性[1]。那么如何在物理教學中培養學生的科學論證能力？SWH（Science Writing Heuristic）模式是一種行之有效的教學方式。國外已有研究表明將SWH模式應用于實驗教學之中，可培養學生的科學論證能力、元認知能力和自我批判的科學態度等[2-5]。

一、SWH模式簡介

物理是一門以實驗為基礎的學科，但教師在實驗教學中常忽視學生的獨立思考，出現許多“食譜式”的實驗活動[6]。基于此背景，1999年Keys和Hand提出了將寫作和論證融入科學探究的SWH模式，SWH模式通過將實驗活動與同伴討論、閱讀、寫作相結合，明確問題、程序、數據、證據和主張之間的聯系，從而促進學生對科學概念和規律的理解[7]。該模式可以在課堂教學中促進學生獨立思考、交流討論、質疑批判，能更好地幫助學生深入理解物理概念和規律，培養學生的科學論證能力。

SWH模式包含一系列與科學活動相關的寫作提示，要求學生通過規范的推理形式來協商理解科學本質。該模式有兩個組件：教師模板與學生模板[7]。教師模板（如表1）包括一系列建議的活動，教師可以使用該模板來創建適合特定實驗活動的任務和問題。此模板共有八個階段，根據實驗活動的具體情況，教師可以組織學生重復進行3至6階段。學生模板（如表2）內的問題形成了一個啟發式結構，以培養學生獨立思考和闡述想法的能力，教師可以直接呈現這些啟發式問題或根據具體的實驗重新編寫問題。

二、基于SWH模式的“探究平拋運動”的教學設計

（一）研讀課標，分析教材

“探究平拋運動”是高中學生必做實驗之一。《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》中要求學生能認識平拋運動的物理模型特征，在做該實驗時能明確實驗需要測量的物理量并由此設計實驗方案，能通過對數據的分析發現其中的特點，進而歸納實驗結論，并嘗試對其做出解釋，能撰寫簡單的實驗報告[1]。

“探究平拋運動”為人教版高中物理必修第二冊第五章第三節的內容，在學習本節之前學生已經學過曲線運動和運動的合成與分解，此時學生并不能直接觀察得出平拋運動的特點，但對研究曲線運動的物理思想和方法已經有了一定的了解，為本節能夠在教師指導下通過自主活動進行學習打下了基礎[8]。該課程安排符合學生的認知發展規律，體現了實驗教學的重要作用。教材并未給出具體確定的實驗方案和操作程序，而是給出兩個以問題串形式展開的實驗方案和一個參考案例，輔助學生設計實驗方案探究平拋運動的特點，為學生提供更加開放的實驗環境。

（二）教學思路

本文以SWH模式為基礎，結合《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》對本節的要求，考慮學生的知識結構和能力基礎，以學生思維活動為主線設計“探究平拋運動”的教學思路（如表3）。

2.實驗前的活動，包括非正式寫作、觀察、頭腦風暴和提出問題。 1.開始想法：我的問題是什么？ 環節2：指導實驗，收集數據 3.參與實驗活動，收集實驗數據。 2.實驗：我做了什么？ 環節3：分析數據，構建主張 4.協商活動Ⅰ：為實驗活動撰寫個人對數據意義的理解（如日記、寫作等）。 3.觀察：我看到了什么？

4.主張：我的觀點是什么？

5.證據：我是如何得到這個觀點的？我得到這個觀點的原因是什么？ 環節4：討論閱讀，深入理解 5.協商階段Ⅱ：在小組中共享和比較數據（如制作小組圖表）。

6.協商階段Ⅲ：將自己的想法與權威觀點比較（如教科書、其他印刷資料、教師觀點等）。 6.閱讀：我的觀點與其他觀點相比有何異同？ 環節5：反思轉變，進行寫作 7.協商階段Ⅳ：個人反思和寫作（如制作海報、實驗報告、有說服力的文章、多媒體演示）。

8.通過概念映射，探索教學后學生對概念的理解。 7.反思：我的觀點是如何改變的？ ]

（三）教學流程

環節1.創設情境，明確問題

教師活動1：請學生參與套圈游戲并提出問題（套圈落地的位置和哪些因素有關？怎么才能成功套準？若不計空氣阻力套圈在空中做什么運動？這種運動的特點又是什么？），用多媒體展示標槍、鉛球等的運動，引導學生總結平拋運動的概念。

學生活動1：根據已有知識和生活經驗，總結平拋運動的概念。

教師活動2：明確問題并在學生已有知識（平拋運動的概念、運動的合成與分解、牛頓運動定律）的基礎上利用問題串（應該如何對曲線運動進行研究？從哪兩個方向分解平拋運動？為什么？）啟發學生猜想。

學生活動2：在明確所要研究的問題后提出猜想，并以文本或圖形的形式進行記錄。思考如何設計實驗驗證猜想，小組討論給出研究思路。

設計意圖：利用套圈小游戲引入研究課題并適時提出問題，既能夠激發學生的學習興趣，又能引發學生思考，使學生積極主動地建構知識，而不是被動地接受知識。通過科學寫作進行記錄可以促進學生對物理概念的理解。

環節2.指導實驗，收集數據

教師活動：介紹平拋運動實驗儀（如圖1）的結構原理及使用方法，指導學生設計實驗方案（用定量的方法設計實驗）并進行實驗。

學生活動：設計實驗方案，使用平拋運動實驗儀進行實驗，并通過錄像記錄小球經過相等時間間隔所達到的位置（數據記錄表格見表4）。

設計意圖：本環節學生在小組討論和教師指導的基礎上設計實驗方案，通過平拋運動實驗儀進行實驗、收集數據，以培養學生的自主探究能力和動手能力。

環節3.分析數據，構建主張

教師活動：指導學生處理實驗結果（數據處理結果表明，相等時間間隔內小球水平位移近似相等，豎直位移之差[Δ y]也近似相等，利用逐差法可求得豎直方向加速度與重力加速度g），進行誤差分析。

學生活動：通過實驗數據的處理，得到證據支持或修改自己的主張，以提綱、表格、筆記等形式記錄探究過程。

設計意圖：學生需要根據實驗數據支持或修訂主張，并以文本的形式進行記錄，在實驗證據的基礎上進行書面論證，建立對平拋運動特點的正確理解，為學生獨立思考創造條件，這樣有利于培養學生的科學論證能力。

環節4.討論閱讀，深入理解

教師活動：引導學生進行組內討論并給出權威觀點，傾聽學生代表發言。

學生活動：展示自己得到的結論和推理過程，參考權威觀點，進行小組討論并修訂自己的主張，每組推選出學生代表發言，重點闡述所得結論（平拋運動水平方向為勻速直線運動，豎直方向為自由落體運動）和推理論證過程。

設計意圖：在組內和組間展開討論，小組派代表運用各種證據以小組筆記、演示文稿、海報等形式展示結論和推理論證過程，便于教師和其他學生提出批評或建議，從而培養學生的溝通交流能力、論證能力和自我批判的科學態度。

環節5.反思轉變，進行寫作

教師活動：總結學生發言并進行板書，幫助學生明確科學論證的過程。

學生活動：在以上環節的基礎上，整理手稿并撰寫實驗報告。

設計意圖：SWH模式在學生探究的過程中為學生構建自己的主張提供了空間。學生通過寫作進行回顧和反思，發現自身主張的發展和轉變過程，體會科學論證在物理學習中的魅力。

SWH教學模式在物理教學中要結合分組實驗活動進行，教師在教學設計時要根據實驗的具體情況靈活使用該模式，把握其核心理念，做到真正以學生為中心，以促進學生思考探究。本教學設計通過套圈游戲引入，以激發學生的學習興趣。在教學過程中啟發學生理解“化曲為直”的物理思想，引導學生猜想平拋運動的特點并設計實驗，鼓勵學生自主構建對平拋運動的理解，引導學生討論并反思，結合語言論證和書面論證使學生對平拋運動的理解更加深刻，同時體會完整的論證過程。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]? GREENBOWE T J，POOCK J R，BURKE K A，et al. Using the science writing heuristic in the general chemistry laboratory to improve students’academic performance[J].Journal of chemical education，2007（8）：1371.

[3]? CHEN Y C，HAND B，PARK S. Examining elementary students’development of oral and written argumentation practices through argument?based inquiry[J].Science & education， 2016（314）：277-320.

[4]? HAND B，NORTON?MEIER L A，GUNEL M，et al. Aligning teaching to learning： a 3?year study examining the embedding of language and argumentation into elementary science classrooms[J].International journal of science and mathematics education， 2016（5）： 847-863.

[5]? HAND B， SHELLEY M C， LAUGERMAN M， et al. Improving critical thinking growth for disadvantaged groups within elementary school science：a randomized controlled trial using the Science Writing Heuristic approach[J]. Science education，2018（4）： 693-710.

[6]? HAND B，KEYS C W.Inquiry investigation[J].The science teacher，1999， 66（4）：27.

[7]? KEYS C W， HAND B， PRAIN V， et al. Using the science writing heuristic as a tool for learning from laboratory investigations in secondary science[J]. Journal of research in science teaching， 1999（10）： 1065-1084.

[8]? 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.物理必修第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

（責任編輯 易志毅）