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初中科學概念教學的設計、組織、診斷和反思
作者：曹俊
物理教學探討 2015年05期
一、“認識杠桿的五要素”單元教學的設計
1.運用圖式和程序教學設計理論分析教學內容
初中物理學中把一根在力的作用下可繞固定點轉動的硬棒叫做杠桿。
杠桿的概念簡潔扼要，但實現學生的深度理解，卻需要學生具有一定的觀察想象能力、扎實的力學知識和熟練的作圖技能（見圖1）。
從圖中可以看出，認識杠桿的五要素首先需要學生經歷和體驗以下學習活動：
（1）通過觀察或想象使處于靜止狀態的杠桿轉動起來，從而確定杠桿的支點。
（2）運用受力分析的方法找準杠桿受到的動力和阻力，用力的示意圖表示。
（3）運用過直線外一點作已知直線的垂線的技能，畫出動力臂和阻力臂。
（4）分析動力和阻力的作用效果，既可以是核查手段，也可以為動力和阻力方向的分析提供幫助和支持。
2.運用前測分析學生的前概念
基于以上分析，第一階段的教學以“尋找生活中的杠桿”（特別說明不建議運用課本圖例）活動作為課前作業（前測），要求學生在預習課本內容和觀察生活物品的基礎上，圖示杠桿的五要素。教師根據學生作業的表現，統計和分析學生在各環節上的表現（見右表1），運用照片記錄學生典型作業的樣本共17份（典型樣例見右圖2），確定單元教學的起點和重難點。
在正確判斷力的作用點項目上，師生評價的結果存在著較大的差異。因學生認為，只要表示出杠桿受到的力的大致位置就算正確。而在教師看來，學生必須用力的示意圖，也就是一條帶箭頭的線段準確地示意力的作用點和方向，而且作用點必須在杠桿上，才能算正確。
僅從數據上看，畫力臂錯誤率最高。但結合教學分析就可以知道，如果學生不能正確示意力的作用點和方向，肯定不能正確地畫出力臂，而且畫力臂所需的技能是最簡單的（需要對小學數學基礎不好的學生做出一定的補償教學和個別指導）。因此，指導學生準確分析和圖示阻力和動力是學生認識和理解杠桿的關鍵。
“尋找生活中的杠桿”的作業成果還表明，學生能準確地判定生活中看到過、使用過的杠桿的支點，如筷子、剪刀、杯蓋乃至自行車的手閘、自卸車等。但是，當學生面對支點隨解題需要或使用情況發生變化，或者是面對沒有見過的復雜杠桿時，是否還能夠準確地判斷和選擇支點值得教師關注。
二、“認識杠桿的五要素”單元教學的組織和實施
備課組討論認為：基于生活中的實例展開教學，并在課堂上給予學生足夠的時間展開作圖練習，是激發學生認識杠桿的興趣，理解杠桿的五要素的重要手段。但杠桿在生活中普遍存在，就算有再多的教學時間，也不可能把生活中所有的杠桿都畫一遍。因此，需要選擇典型的例子，通過適當地練習，實現學生的遷移運用。基于以上認識，第一階段的教學中選擇了以下例子做了重點的講解和練習，每個實例講練的平均時間約為15分鐘，期間完成了杠桿平衡條件的實驗教學（如表2）。
三、運用后測診斷和反思教學成果
第一階段教學結束，選擇在課本和習題中沒有出現過的起重臂、羊角錘和獨輪車為例，以10分鐘課堂練習的形式檢測學生“杠桿的五要素”的掌握情況，學生的典型錯誤和統計結果分別見下頁圖3和表3。
綜合學生作業的表現和教學后測得的統計數據，可以發現：
通過一周的教學，約2/3以上的學生，能夠將所學的杠桿知識遷移運用到新的情景中。3道題錯2題的學生共計7人，與1題中出現多個錯誤的學生在數量上和人員上基本保持一致，這些學生需要教師付出額外的努力，給予個別的指導。
結合習題可以發現，學生在判斷作用在杠桿上的拉力、推力、支持力時，因為找不準施力物體和受力物體，容易錯誤地判斷力的作用點和方向。因此，幫助學生正確判斷作用在杠桿上的力及其方向是學生認識杠桿的重點和難點。
拉力和支持力都屬于彈力，幫助學生正確認識拉力和支持力，也會為學生將來在高中階段學習彈力打好基礎。
四、詮釋與討論
1.關于教學設計
在本階段的課例研究中，筆者首先根據教學內容，運用圖式表征與學生認識杠桿及其五要素相關的概念，結合自身已有的教學經驗、學生已學的知識和技能，根據加涅的程序教學理論，將圖式進一步轉化為學生解決問題需要經歷的思維程序，思考和分析學生解決問題必備的知識和技能，建立教學設計的模型。
教學前，設計開放性作業任務“尋找生活中的杠桿”作為前測。根據學生在前測中的表現，對比學生的自評和教師的評價，在備課組討論和自身教學經驗的基礎上，決定把判斷杠桿的支點、力的作用點和方向作為單元教學的重點。
根據教學設計理論研究的成果，完成精準的教學設計，理應做到更多，如分析學生學習的資源、學習的動機乃至學習機會的創造等等。因此，對于專業教師而言，在教學設計方面還有很多值得探索和研究的領域。
2.關于學習活動的組織
在教學實踐的過程中，學生的學習活動主要有讀圖、作圖和習題講練。在實例的選擇方面，主要運用的是來自于生活、課本習題的支點位置可能會發生改變的例子，采用了循序漸進，每天多學一點點的教學策略。由于在課前并沒有來得及與備課組的老師們一起展開集體的研討，更沒有展開深入地對比研究，因此教學過程中所選實例的典型性，以及它們對學生的遷移應用可能造成的影響，還需要在未來做進一步的思考和研究。
3.關于變式和題組的運用
學習材料的概括水平、組織結構、學生的認知結構、學習和應用的情境等都會影響學生的遷移，而深度理解概念和熟練運用技能是正遷移得以發生的基礎。一些研究表明，提供變式和運用題組會有利于學生深度理解概念。在本階段的教學實踐中，不是采用在一節課內呈現全部題組展開教學的方式，而是采用了一種松散的、每天多學一點點的方式組織教學。不同的教學需求、不同層次的學生，需要采用形式各異的教學組織方式。所以通過比較研究，發現不同教學組織方式的利弊和適用條件，也會是一個值得老師們做進一步研究的重要方向。
作者介紹：曹俊，杭州北苑實驗中學（杭州 310022）。
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