物理课堂教学的设计与实施——基于“力的合成”教学案例的比较研究，本文主要内容关键词为：课堂教学论文,教学案例论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
上海的“二期课改”进入了提升质量、发展内涵的阶段，以“学生发展为本”的课堂教学理念逐渐被广大教师理解并内化为教学行为的指导思想，探究式的教学方式已深入人心。笔者作为一名区县物理教研员参与了四节《力的合成》一课的课堂教学实践，在比较与反思的基础上，对物理课堂教学的设计与实施作了深入思考。
《力的合成》是上海“二期课改”新教材高一年级第二章《力和力的平衡》的第二节的教学内容。在学习了《生活中常见的力》之后，通过本节课的学习，学生将学习两个力同时作用在物体上这一问题的处理方法。教学内容可分为两部分：①建立合力与分力的概念；②探寻平行四边形定则。学生已有的知识基础是作用在同一直线上两个力求合力的方法，已有的技能基础是知道并会用力的图示法表示力。教学的重点、难点是探究平行四边形定则。在这节课的学习中，等效替代的思想在建立概念、寻求合力与分力关系的过程中被深度应用；而用“图形”表示物理量之间关系的方法，对学生而言是一个新方法，是本节课需要突破的一个难点。在探究的过程中，学生必须通过分工与合作来完成实验的操作，因此体会协作的学习方式是本节课应达到的一个情感态度与价值观的目标。
“力的合成”教学的比较
针对这样一节课，四个案例均采用了探究式的学习过程，但各环节具体的实施却不尽相同。以下是笔者对这四个案例的教学环节的设计和各教学环节的具体实施的比较：
（一）教学环节的设计
四个案例所设计的教学环节基本一致，具体如右表：
（二）教学环节的实施
四个案例：关于教学环节的具体实施有相同之处，也有许多不同之处，比较如下：
［案例一］
(1)情景引入
PPT显示汉代石刻画像“泗水拔鼎”，配《水经注·泗水》文字记载。模拟“泗水拔鼎”，学生分多组参与提杠铃片。
交流感受与想法。
(2)提出问题
合力与互成角度两个分力间有什么关系？
(3)探究实验
①实验准备：用弹簧秤拉橡皮筋，如何实现等效替代？
②实验操作并观察，提出猜想和实验验证的方法。
③DIS演示：保持两分力夹角为90°，引导学生猜想。
④教师提示力的矢量性，要求作力的图示。教师板书作图过程。
⑤部分学生提出关于平行四边形的猜想。全体同学验证。PPT显示实验步骤。教师巡视，个别辅导，选择部分小组全班交流评价。总结出平行四边形定则。
(4)初步应用
①对“泗水拔鼎”问题进行解释。
②完成教材练习，用图示法和计算法求合力。
③自主活动：制作一个平行四边形模型。
［案例二］
(1)情景引入
一同学通过滑轮将重物拉至某一高度，再请他与另一同学共同将该重物拉高至同一高度。在效果相同的情况下请同学谈施力的感受。
(2)提出问题
如何来求两个分力的合力呢？是不是直接求两个分力的代数和？
(3)探究实验
①DIS演示：否定合力与分力代数和的关系。改变分力夹角，提示方向会影响合力大小。
②教师启示：力矢量的方向性，寻找合力与分力关系必须同时记录大小、方向，从图形上找它们的关系。
③学生实验，PPT板书必要的步骤和操作提示。
④学生观察，比较多组图象，寻找共性，分析、猜测图形上可能存在的关系。
⑤得出关于平行四边形猜想，请同学在自己的图纸上验证。最后交流，总结出平行四边形定则。
(4)初步应用
①例题，得出“合力的大小与分力的大小间无固定的关系”。
②讨论：“人多力量大”这句话对不对？是否全面？
［案例三］
(1)情景引入
一同学竖直向上提水桶：两位同学用长绳共同提水桶。
问：用一个竖直向上的拉力和两个斜向上的拉力，都能提起水桶，这说明了什么？
(2)提出问题：如何求两个共点力的合力？
(3)探究实验
①一系列问题：
a.如何求同一直线上的两个分力的合力？
b.如何求相互垂直的两个分力的合力？
c.如何求互成任意角的两个共点力的合力？
②教师陈述：实验思路、思想方法、注意事项等。
③学生操作实验，教师巡视、点拨、指导。
④学生汇报探究结果，教师指出实验中的问题。
⑤DIS演示实验，验证平行四边形关系。
⑥归纳平行四边形定则。
(4)初步应用
①讨论众人提不起大鼎的原因；
②分析两学生提不起水桶的原因；
③引体向上运动时，双手怎样拉单杠才不感到费力？
［案例四］
(1)情景引入
一同学将杠铃片提起，再请他和另一同学一起以较小夹角将该杠铃片提起，然后增大夹角，两人用很大力气才将杠铃片提起。
(2)提出问题
两个人一起拉应该省力，怎么变得更费力了呢？这说明合力与分力一定存在着某种关系，今天这节课我们就来探究一下合力与分力究竟有怎样的关系？
(3)探究实验
①问题a.，刚才我们改变了什么实验条件，引起绳子上拉力的变化？
问题b.，用什么方法可同时记录力的大小、方向？
②讨论如何使橡皮筋发生相同的形变，如何记录各力的大小和方向。总结实验步骤。
③学生实验，教师巡视指导。
④结合图，猜测合力与分力在图形上可能存在的关系，并作图验证。
⑤DIS演示实验，验证互成直角两分力与合力是否平行四边形关系。
⑥归纳平行四边形定则。
(4)初步应用
分析：两个人一起提杠铃片为什么比一个人提更费力？
课堂教学的设计与实施的思考
在比较上述这四个案例的教学设计的过程中，产生如下一些想法：
一、把握教学基本环节，落实教学理念
四个案例在教学环节的设计上非常相似，均包括情景引入、提出问题、学生实验、应用结论等几个大的环节，即都采用了“情景——问题——探究——应用”的模式去组织教学，笔者认为产生这一现象的原因有二：
（一）“以学生发展为本”的教学理念已从思想层面落实到教师设计、实施课堂教学的行为之中
在课堂上，“以学生发展为本”的理念主要体现在：强调学生的体验，采取探究式的学习过程，让学生主动参与学习，在知识的形成过程中体验和感悟科学探究的过程和方法，激发学习兴趣，培养自主学习的能力。正是在这样的理念指导下，四位教师在设计教学时均采用了探究式的学习方式，在学生对情景的体验、感悟中建立合力与分力的概念，通过参与探究来寻找合力与分力的关系，为达成高效优质的教学提供了有利条件。
（二）教学内容和学生的认知逻辑决定了一定的教学方法
教学内容本身具有一定的逻辑性，符合该逻辑的学习过程应该是最合理的。同时，学生在原有的知识经验基础上进行新知识的学习，这一学习过程也必须符合学生心理认知的思维逻辑。对于不同的教师，这两个逻辑却是相同的。所以四个案例都采用了先建立概念，再探究规律；先得到规律，再应用规律解决相关问题的教学逻辑。准确把握教学内容和学生认知的这两个逻辑，并采取与之相适应的教学逻辑实施教学，这应该是一位教师首先要具备的教学基本功。
二、抓好教学“细节”，提高教学有效性
四个案例，教学环节的设计基本相同，但每个环节的具体实施却各具特色。这种教学环节实施的具体情况（即“教学细节”），往往是决定一节课个性特色的关键。
（一）情景的创设
在教学过程中创设情景，其目的就是要将教学信息置于一个特定的情景之中，当学生一旦进入这样的情景时，可以很快地激起强烈的情绪，情不自禁地投入到教学活动中，从而对教学活动中不断出现的新问题做出反应。因此在创设情景时，要综合考虑以下这些因素：
(1)情景创设要具有指向性
情景创设的指向要明确，能让学生围绕主题进行探究。在四个案例中，情景创设的直接目的是让学生体会等效替代的思想，并在此基础上建立合力与分力的概念。例如，在案例一的情景中学生体会到分力多合力却不大；在案例二和案例四的情景中，学生都感悟到合力有时比分力还小。这些，为后续的探究活动指明了方向——研究合力与分力的关系时，不能只考虑大小。
(2)情景创设要引发学生的兴趣
情景的创设要能调动起学生的兴趣。情景创设要恰当，过于简单或复杂的情景都很难引起学生的兴趣。四个案例中的情景创设都是通过情景中发生的现象与学生的预想不同，即产生认知冲突，从而引发学生兴趣、激起求知欲望。在此要注意的是：情景的创设不能一味地追求引起兴趣和震撼效果而忽视了情景与教学内容的相关性，或者创设的情景虽然与本教学内容有关，但学完了本节课的知识还是无法对情景作出解释。
(3)情景创设要讲究效率
情境创设要尽可能地扩大学生的参与度（即参与的面与深度）。但是如果情景过于庞大，造成课堂上纪律的混乱，或是情景创设的时间过长，占据了课上较多的时间，将会得不偿失。例如案例一中，为了模拟“泗水拔鼎”，全班同学都到教室外面的走廊上，分组操作完实验后再重新回到课堂，经过较长的时间才能重新进入上课状态，使后面的探究任务难以按时完成。
总之，情景的创设要最大限度地服务于探究活动，在情景展开的过程中，教师要有引导的话语、问题，以便对情景功能进一步挖掘，使情景为探究活动提供更充分的服务。教师要根据探究的需要，综合考虑学生的水平、自身的优势、实验的资源等因素，创设最有利于探究活动展开的情景，充分开发情景的功能，使情景创设发挥最大的作用。
（二）问题的提出和提出假设
问题的提出既是科学探究的必要条件，也是培养学生创新意识的关键。面对情景，我们希望学生自己提出想要探究、解决的问题，但由于教学时间的限制，问题的提出常常由教师完成。在四个案例中，问题都是由教师提出的。不同的是，在案例四中，教师在提出问题之前重复了提出问题的背景，并点出了引发问题的矛盾之处，不仅使问题的提出很自然，更是给学生示范了一个问题提出的过程。学生提出有效问题的能力的培养，教师示范只是第一步，更重要的是依赖于教师的适时引导下的学生实践锻炼，教师应尽可能地创造学生自己提出问题的机会。另外，提出的问题要明确、全面，例如在这节课的教学中，如果没有明确说明，学生可能只研究两个互成锐角的分力的情况，若仅在此基础上得出结论，不仅会出现科学方法上的局限，更会给学生留下不必全面考虑也能解决问题的不良后果。
提出假设、猜想的过程是对头脑中已有的信息分析和加工的过程，学生根据已有的经验和知识提出假设，寻找对问题发生的可能的解释，为探究活动指明方向，这对整个探究活动起着十分重要的作用。这种作用不仅体现在提出某种假设上，否定某种假设也同样具有指明探究方向的作用。在《力的合成》这节课中，否定“合力与分力仅存在数量上的关系”为“寻找合力与分力间的图形关系”指明了方向，在案例二中，教师注意到了这一细节，通过DIS实验否定了合力与分力间仅存在数量关系，并进一步通过推理提出合力与分力间在图形上可能存在关系。在本节课中，学生不可能直接提出合力与分力的平行四边形关系，在案例一、二和四中，学生都经历了两次提出假设的过程：在完成了一系列的实验操作后，面对收集的数据——记录的合力与分力，教师再次请学生猜测合力与分力的关系，面对此时的情景就有部分学生可以提出关于平行四边形的假设了。因此，探究的环节并不是一成不变的，教师可以根据学习的内容，灵活实施探究步骤。
（三）探究实验的展开
学生自主实施的实验是探究活动的中心环节，对这一环节，教师必须精心设计，发挥指导作用，确保学生在这一环节中充分发挥主动性，实施有效地探究，顺利地完成探究任务。
(1)选择合适的探究点展开探究活动
在本教学内容的学习过程中，研究合力与分力的关系为什么既要考虑大小又要考虑方向？为什么要选择力的图示法进行研究？演示实验中各力都是在竖直平面内的，为什么学生实验却选择了在水平面上拉橡皮筋的实验，两者有什么联系和区别？实验操作要注意哪些事项，为什么？合力与分力在图形上究竟存在怎样的固定关系？这里每个“？”都是学生在学习过程中自然产生并必须解决的问题，若是面对每个“？”，都要求学生经历思考、尝试、失败、修改、不断完善、得出结论等一系列漫长的过程，这是实际情况（课堂教学时间）所不允许的。教师在实施时必须做出抉择。例如在如何正确操作实验这一点上，四个案例都选择了由教师告知的方式：或者通过PPT将实验步骤和实验注意事项呈示在大屏幕上，或者由教师在实验前直接陈述，或者在学生操作的过程中由教师直接指导。这些在以前的学习中就已经习得的实验操作技能并不是本教学内容的重点，不必在此多花时间，但是为了保证探究实验的顺利，有必要给学生一定的提示。面对每个教学问题，是放开让学生探究？还是教师与学生共同探讨？或是完全由教师告知？这是每个教师在实施各个教学环节时必须做出选择的。
(2)适时、适度地发挥教师的指导作用
在课堂教学中，探究是在教师引导下的一种学生研究活动，一定的教学任务与有限的课时要求教师必须在适当的时候适度地发挥其必要的指导作用，这是完成课堂探究学习的必要条件。在探寻合力与分力在图形上究竟存在怎样的固定关系这一点上，在方案一、二和四中，学生在教师的指导下经历了三个步骤：先根据各组同学作出的图形猜测合力与分力在图形上可能存在的关系，然后再由学生自行进行验证，最后交流总结得到结论。这一过程的分步实施使得在课堂上得出平行四边形定则成为可能，教师在实验过程适时地暂停实验，指导学生先猜测，部分同学的猜测对其他同学亦能起到提示的作用，然后进行验证并最终得到结果。在教师的指导下，学生经历了科学探究的过程，并且完成了教学任务。
在探究出力的平行四边形定则后，教师可适时补充一个普遍的原理：平行四边形定则不仅是力的合成遵循的定则，凡是矢量，其合成一定符合平行四边形定则，否则就不是矢量。将结论予以提升、推广，是课堂内探究学习对教师的要求，也是教师指导作用的一种体现。
(3)强化学生的分工与合作意识
在实验过程中，要求学生必须分工、合作才能顺利完成实验操作，有的小组同学会自觉地形成分工合作的状态，有的小组则会出现操作的同学手忙脚乱、旁边的同学袖手旁观的情况。这时教师必须将好的合作方式介绍给需要帮助的小组，并适当地予以指导，使每个学生体验到分工与合作带来的成功。关于这一点，在四个案例中都没有明确地突出。其实，学会分工与合作是学生在物理课堂上必须要达到的一个情感态度与价值观目标，教师应将这一目标落实在自己的日常教学中，并成为自觉的行为。
(4)强调实事求是的科学实验态度
物理实验要求学生具有科学的态度，实验过程同时也是养成学生科学态度的过程。在这节课的实验中，为了保证一个力和两个力的作用效果相同，要求学生在操作中将橡皮筋的结点拉到同一个位置，经常会看到有学生用手按住结点使其位于同一点，出现这一操作，一种原因可能是学生不理解将橡皮筋拉到同一点的意义，另一种原因即学生只追求表面上符合实验要求，缺乏实事求是的科学态度。对于这一现象，教师一定要予以指出并纠正。另外，在多数小组基本能验证平行四边形关系的时候，可能会有一些小组的实验结果明显不符合平行四边形的关系，这时不能简单地一带而过，教师应要求他们在课余的时间重新操作实验，反省实验中的不正确操作等错误，这样才有助于学生科学态度的养成。
（四）知识的应用
新课教学中知识的应用环节应该定位在初步应用上，其功能应该是有助于进一步理解新知识或方法。教师在实施知识的应用环节时应关注以下几个方面：
(1)单一性
所谓单一性，是指仅应用本节课新学的知识即可解决问题，而不要将所学过的知识综合起来应用。
(2)呼应性
呼应性是指要应用新学的知识解决情景创设时留给学生的疑问。因此，在创设情景时必须考虑用本节课所学的知识能否解释情景中的问题。
(3)变式性
为了帮助学生进一步理解新学知识，应该提供新知识的多种变式，让学生从多角度应用新知识解决不同的问题，这就是变式性。
(4)适合性
这里的适合，是指问题的难度要适合学生的水平。学生原有的知识水平、能力不同，经过同样的学习能解决的问题自然也不同。教师应该根据学生的情况，选择最适合学生水平的问题，请学生应用新学知识予以解决。
四个案例在实施应用环节时都较好地注意了以上几个方面。只是关于“泗水拔鼎”的解释，仅用本节课学过的知识难以作出到位的解释，因为本节课中合力与分力都在同一个平面内，而该情景中的分力不在同一平面内，对学生而言有不能理解的地方。