澳大利亚初中物理课堂教学的典型案例分析

陈 娴 刘炳昇

（南京师范大学教师教育学院，江苏 南京 210097）

TIMSS是“国际数学与科学教育发展趋势”的英文简称，是由国际教育成就评价协会发起和组织的机构.2003年以来，美国、澳大利亚、日本、荷兰和捷克等5国的小学和初中科学课堂的教学视频发布在该机构的网站上［1］，这为世界各国中小学科学教育工作者相互学习提供了宝贵的资源.

本文从TIMSS网站上选取澳大利亚初二物理课堂教学的视频.与视频内容一致的还有详细的教师和学生课堂交流的英文文字记录.该视频选自“力与运动”单元中的摩擦力，授课对象是初二年级的学生，共27人，在一间科学实验室进行，视频时间为62min.

这堂物理课主要分为两个部分：前一部分24min，是教师和学生一起讨论力与运动的问题，引出摩擦力.后一部分38min，是教师指导下的学生实验.

1 视频基本内容的介绍

1.1 教师与学生的讨论

教师：今天我们一起讨论一个问题，我不会直接告诉你们问题的答案.讨论中你们可以向我提出问题.任何物体的自然状态是什么？这个问题几百年来一直是哲学家们思考的问题.

学生：物体是什么意思呢？

教师：我是物体，你是物体，钢笔是物体……

学生：物体在这里之前，它们来自哪儿呢？

教师：我们不讨论物体从哪里来.只讨论物体的自然状态.

学生：岩石是物体吗？

教师：是.

……

教师：我用一个小实验来提示你们.（教师轻轻地推着桌面上的一个物体）问到：物体发生了什么情况呢？

学生：运动.

教师：当我不推物体时，它还运动吗？

学生：不.

教师：物体自然状态的趋势是什么？

学生：停止.

教师：一切物体都是这样么？

学生：是的.

教师：小车是这样么？小球是这样么？发射的子弹也是这样么？发射的火箭也是这样么？

学生：是的.

教师：那么火箭进入太空呢？

学生1：它漂浮起来了.

学生2：没有重力拉它，使它停下来.

教师：它离开地球，就不会停下来了？

学生1：是的.

学生2：不是的.

教师：是么？

学生：遇到其他物体后才会停止，例如行星.

……

教师：哲学家们常常思考：物体的自然状态是什么？是趋于静止？是静止？还是保持运动？

教师：你们还有其他看法吗？

学生1：趋于停止.

……

教师：如何使物体停止？（教师推动小车，它在桌面上运动）

学生：把手放在车子前面.

教师：手放在车前说明了什么？

学生：有一个力的作用.

……

教师：但是火箭在太空飞行时，为何关闭发动机后还能运动呢？

教师：物体必须有力的作用才运动，谁同意这个观点？谁不同意这个观点？

教师：不同意的请举手，好的，（教师看见有些学生举手）我喜欢持不同意见者.

教师：说一说你的看法.

学生：我不同意上面的观点，但是我不知道原因.

……

学生：有摩擦力使它停止.

学生：有重力……

……

教师：几百年来人们就一直思考：物体的自然状态是静止，如同我们中有一个同学这么认为.

教师：可是又有另外一种看法：摩擦力的存在和效果.

教师：摩擦力对我们生活重要吗？

学生：哦，是的.

教师：我的意思是把一支铅笔拿在手上，它受到摩擦力作用吗？为什么？在哪里有摩擦力？

……

教师：火箭升空时有力的作用，之后就没有力的作用了.

……

教师：谁开始同意这个看法，现在又改变看法了？

……

教师：摩擦力是什么，大小由哪些因素决定？

教师：什么情况下需要的摩擦力最大？什么情况下需要的摩擦力最小？请大家举几个例子

学生1：赛车拐弯需要摩擦力.

学生2：使汽车停下来需要摩擦力.

学生3：刹车.

……

教师：如何减小摩擦力？

学生：水……潮湿……润滑剂.教师：摩擦力的大小如何确定？学生：牛顿可以确定.

教师：牛顿确实发现了一些定律和重力的作用，但是在摩擦力方面他没有贡献.

……

学生1：表面对摩擦力有影响.

学生2：物体的重量可能有影响.（教师用小车演示，改变小车的自重）

……

教师：摩擦力在真空中存在吗？没有重力的情况下存在吗？

……

教师：接下来我们要根据“实验说明单”上的内容进行实验.首先，要测量数据，用数据支持你的想法.你是怎么想的？

1.2 教师指导下的学生实验

（1）实验目的.

认识摩擦力

实验器材：弹簧秤（两种规格量程）、长方体木块（表面光滑程度不同的两种）、小物块若干（可以放在木块上，增加木块的重量）、细绳（系在木块和弹簧秤之间）、剪刀.

（2）实验内容.

测量物体从静止到即将运动瞬间弹簧秤的拉力，5次取平均值；

测量物体匀速直线运动时弹簧秤的拉力，5次取平均值；

改变物体间接触面的粗糙程度，测量其匀速运动时弹簧秤的拉力，5次取平均值；

改变物体与桌面的接触面积，测量其匀速运动时弹簧秤的拉力，5次取平均值；

改变物体的重量，测量其匀速运动时弹簧秤的拉力，5次取平均值.

本节课只完成前面两个内容，下节课再完成其余3个实验内容.

（3）实验过程.

教师在桌面上向学生示范如何做实验.

首先，把细线的一端系在木块上，另一端系在弹簧秤上.其次，用弹簧秤缓慢地拉木块，在其刚刚启动时，读取弹簧秤的示数，告诉学生这就是这节课要测量的一个力.然后，教师再示范用弹簧秤匀速拉动木块时，读取其指针的示数，告诉学生这是本节课要测量的另一个力.教师不使用“静摩擦力”和“滑动摩擦力”这两个物理概念.

接着学生开始自己动手实验.教师在教室里按照顺序不停地巡视学生做实验.这个过程大致可以分为几个环节：了解学生是否阅读了实验说明；是否知道实验要做什么；发现学生做实验存在的问题；给学生示范怎么做实验；与个别实验完成得比较好的讨论问题并表扬学生.

教师大部分时间是发现学生实验出现的问题，并逐一加以指导和纠正.

① 选择实验器材.

教师在巡视学生做实验时，发现学生选择的弹簧秤不对时就给予指出，让学生重新去换器材.大约有一半的小组学生弹簧秤拿的都不对，其中有一组学生与教师的一段对话如下：

教师：为什么你拿了这个弹簧秤？为什么你不选择更精确的，因为你看，它的刻度不能更小.

学生：哦，好像我的不对.

教师：是的，这个弹簧秤的读数可以到100，对吧，可你现在测量的值不到50.

教师：你理解为什么我所说的原因了吗？

学生：哦，那你为什么把这个弹簧秤拿出来让我们使用呢？

教师：因为在后面的实验中增加物体的重量时，测量摩擦力就需要量程比较大的弹簧秤.

学生：那你应该把不同的弹簧秤分开放置并且告诉我们选用哪种.

教师：我把各种弹簧秤归类放在一起，目的是希望你们先思考，然后再选择使用哪一个.

另外一组学生在进行测量的过程中，被教师发现使用的弹簧秤不合适并建议更换，学生对为何更换产生兴趣，于是，教师解释不同的测量工具产生的误差大小不同.

还有几个小组的学生对为何要更换弹簧秤没有异议，那么，教师也就不解释原因.

虽然全班近一半的人选择的弹簧秤不对，但是教师没有统一讲解如何选择弹簧秤，而是分别针对不同的学生进行不同的解释.

教师还发现一组学生选择的木块不对，其表面更为光滑，是后面的实验需要用到的，所以，要求学生去器材展台上更换木块.

教师告知一个小组的学生，要注意木块的纹理，每次实验时应该是同一个方向的，还要注意桌面的清洁、光滑，不能出现小颗粒等.

② 测量数据.

在学生实验进行了一段时间后，教师开始关注学生的测量数据.

有一组学生用弹簧秤拉木块发现，刚启动时的拉力大一些，一旦木块动起来，弹簧秤的示数就变小了，学生不知道应该记录哪个数值.教师告诉学生应该读取数值大的那个值.

有一组学生实验做得比较马虎，拉动木块的速度比较快，因此，根本没有发现刚启动时和启动后弹簧秤的拉力示数是有区别.针对这类学生，教师就给他们逐一示范，强调要缓慢移动木块，让他们看清楚两种情况下的示数是不同的，告诉他们读取和记录示数大的那个值.

有一组男生较好地完成了实验，教师就提出问题让他们思考.

教师：你们的实验结果说明了什么？

木块刚启动时弹簧秤的拉力大，还是匀速运动时的拉力大？为什么？

学生1：应该是刚启动时的拉力大.

学生2：两种情况应该一样大.

教师：这个问题不容易哦，我们以后会讨论的.

教师：你们正在做科学实验，做得非常漂亮！

学生：你再大声说一遍.（很兴奋）

③ 记录数据.

关于实验数据的记录，教师也一一查看学生的实验报告单.教师发现有的学生数据记录的地方不对，例如，有的学生将启动时的拉力数据记录到另外一个实验数据表中，即张冠李戴.有的学生实验报告上只有数字没有物理单位，有的学生数据的平均值计算得不对，有的学生5个数据之间的误差太大等.针对每一种情况教师都进行指导，要求学生改进.

2 视频基本内容的分析

2.1 教学内容与设计的自主性

这节课包含两个主题：一是“物体的自然状态是什么？”即运动是否需要力来维持；二是摩擦力.前者是一个具有哲学性的需要深入思考的主题；后者是比较具体的需要通过实验归纳得出结论的内容.把这两个主题放在一节60min的课中进行，这可能反映了西方国家教师自主安排教学计划权力较大的特点.不同的学校或同一所学校不同的教师的教学方案往往有较大的差别，教师根据自己对课程标准和教材内容的理解，进行教学设计，具有显著的个性特点.因此，课堂教学比较强调自主性.

2.2 注重激发学生的认知冲突

在讨论物体的自然状态是什么时，教师不断与学生进行平等的交流，语气充满鼓励和肯定，学生敢于暴露自己的真实想法，因此，学生之间或学生前后的思维过程就会发生冲突，但由于学生的认知水平限制，基本上没有解决问题.尽管如此，教师力求把学生思维的原始状态暴露出来，这一点值得物理教师们学习的.

在我们的教学中，学生的“自学”往往显得太超前，在课题引入时，几乎所有的学生都会说亚里士多德的观点是错误的.这位澳大利亚的教师巧妙地换了另一种问法：任何物体的自然状态是什么？用一个小实验诱导学生暴露“停止是自然状态的趋势”，然后再让学生列举更多的实例，从而出现不能解释的问题.师生对话中呈现出学生处于一种真实、自然的状态，而教师则根据学生的实际反映，不断地提问引导，激发认知冲突，从而帮助学生建立正确的认识.

2.3 重视对学生实验技能的培养

实验技能是科学探究过程中必不可少的本领.传统的物理教学中是比较重视实验技能培养的，在加强科学探究教学的理念下，不应当削弱实验技能的培养.在这节课的视频中，可以发现教师是非常重视实验技术细节的，给学生充裕的时间进行动手，以提高他们的实验技能.通过视频可以看到，让学生根据实验说明自己去选择、拿取所需的器材，实验结束后再由学生自己归放原处.不少学生随便拿取弹簧测力计，结果量程不合适，或者根本不知道在什么情况下用什么量程，教师给予学生犯错误的机会，然后，再去启发学生，这样学生就会印象深刻、养成良好的实验习惯.对于学生实验操作中出现的各种问题、数据记录中出现的问题等，教师都在巡视中不断发现，逐一给予指出和纠正.

2.4面向全体学生并关注个体差异

在学生实验的过程中，教师针对每个小组出现的问题分别给予指导.虽然全班有约一半的学生拿错弹簧测力计，教师也没有在全班统一讲解，而是针对每组学生的不同情况分别解释.对于一些好的学生教师会从误差的大小进行定量的分析，对于一般的学生教师只是告诉他们会影响准确程度，不对全班学生做统一的要求.如果有的学生完成实验的情况比较好，教师就会提出更深入的问题，要求他们思考，且不马上给出答案；如果有些学生实验的基本要求不能完成，教师会发现问题所在，耐心讲解、亲自示范，帮助学生理解相关内容并掌握实验技能；如果有些同学态度不够认真、马马虎虎地完成实验，教师就严格要求，指出问题，让学生重新进行测量和记录.这些都体现了关注学生个体差异，使每个学生学习科学的潜能都不同程度的得到发展的教学理念.

3 启示

世界各国将培养学生的科学素养作为科学教育的总目标.因此，借鉴其他国家物理课堂教学的典型案例，有助于反思我国中学物理教学的现状，并思考如下的关系：

（1）教师教学设计的自主性和统一性之间的合理关系，本案例更强调教师的自主性.

（2）学生思维能力培养与知识获取之间的渗透关系，本案例更突出对学生思维能力的培养.

（3）学生实验技能与科学探究能力之间的平衡关系，本案例更重视学生实验技能的掌握.

（4）面向全体学生和关注个体差异之间的辩证关系，本案例更关注学生的个体差异.

1 http：//timssvideo.com/videos/Science

2 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准［M］.北京：北京师范大学出版社，2011.

3 Douglas M.Lapp，Properties of Matter［M］.Burlington：Carolina Supply Company，2000：33.