“螺旋型”教学结构在A层次物理概念教学中的使用

罗翀

摘 要：本文试图围绕教育部《课程标准》中提出的培养学生三维目标体系，结合中学物理教学实践，从“螺旋型”教学结构的理论简介、试验设计、几点反思等三个方面，对该教学结构在高中物理概念教学中的使用作粗浅探讨。

关键词：“螺旋型”教学结构；感知；内化；迁移

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）6-0004-5

随着教育改革的深入，我们深切感到要提高教学效率，离不开优化教学过程。而教学过程的考究离不开对教学结构的分析。因为实施结构性原则对学生系统理解学科知识、培养创造性的思维能力，并形成良好的学习方法等有着重大意义。

1 “螺旋型”教学结构的理论简介

教学结构指的是进行某种课堂教学相对稳定的教学程序（或称步骤）。课堂教学结构，不应当理解为仅仅是对四十五分钟时间作简单的划分或分配，而应当是对“教”这一特殊性的活动过程加以考察和确定，即其包含了学科的方法论内容。

根据对教师优秀课堂教学实录分析，可将高中物理课堂教学结构归纳为三种基本类型：①承接型；②螺旋型；③辐射型。

本文主要介绍“螺旋型”教学结构：感知—内化—迁移。

感知，即指通过一些认知过程获得丰富的感性材料或是对具体问题的认识；内化，即在学生形成表象的基础上，引导学生进行思维加工，抽象出现象的本质属性；迁移，主要是指通过知识在新的物理背景的运用来巩固完善对知识的理解。在一堂课的教学中，使感知、内化、迁移三者形成紧密衔接，交替螺旋上升的总趋势，产生步步为营，一步一个脚印的升华。

2 “螺旋型”教学结构在A层次物理概念教学中的试验设计

我校从2009年开始实行学年学分制及高中分层次教学改革，根据学生的学习情况将学生分成A层次（特保班）、B层次（普通班）两个教学班。特保班学生的学习成绩及接受能力等比普通班学生相对更好，教师针对A、B两个层次学生的不同情况因材施教，最终使这两个层次的学生和谐发展、共同进步。在我校的这项教改项目的基础上，2013年，笔者向全国教育规划办申报的课题——“促进自主探究——高中物理专题研究性学习实施策略研究”，有幸被立项为全国教育科学“十二五”规划2013年度教育部重点课题（课题批准号：DHA130284）。针对之前A层次学生物理概念学习中存在的问题和不足，我们课题组决定在A层次学生中进行“螺旋型”教学结构的试验。经过近两年的实践，摸索出高中物理概念的“螺旋型”教学结构操作模式，现总结如下，以作抛砖引玉之用。

试验对象：2015届高三（1）班（A层次特保班）。因为这种教学结构经常在较为抽象、教学难度大的概念教学中使用，而这种概念常需要联想、拓深、挖掘、灵活运用，这就要求学生有扎实的“双基”，能较熟练地进行联想、类比、归纳等。基于此点考虑，课题组选择了A层次特保班学生来进行此项试验。

试验时间：2013—2015年，跟踪实验

试验前后状况：对A层次特保班学生物理概念的学习，在2013年和2015年，也就是在试验前后进行了两次问卷调查，现将调查情况对比如下：

另外，从问卷分析得知，试验前A层次特保班学生在物理概念学习中存在以下几点问题：

1）对概念学习的重要性主观认识不够。A层次学生初中物理基础较好，常有些自负心态。班上有位曾是物理兴趣小组的同学称：物理学习中若能记住一些公式、定律，并用之去攻克一些难的计算题，基础题就不用怕，而且一定能拿高分。孰不知，物理概念未扎实掌握，在特定的物理情景中就会张冠李戴，审题出现偏差，更谈不上从容面对千变万化的物理问题。

2）概念的物理意义理解不够。很多同学对教材为什么要引入这个概念不管，认为书上既然有这个概念学就是了。

3）概念的本质深挖不够。有一次复习波长概念时，一连提问了数个学生都未讲到实质，说“两个波峰或波谷间距离叫波长”的大有人在，对“连续相邻的两个对平衡位置位移总相等的两质点间距离叫一个波长”中的“相邻”“位移”“总相等”等关键字眼，还有很多学生不能深刻理解。

4）概念的合理迁移不够。很多概念都有千丝万缕的联系，但学生不善于采用联想、归类、类比、图表等方法对概念进行记忆、理解和运用，很多人是死学不能活用，这必将导致在解有复杂物理过程、多概念运用的综合问题时遇到很大障碍。

试验操作：经过实践，针对A层次学生，我们摸索出物理概念“螺旋型”教学结构的教学模式，如图1所示：

1）感知──创设情境

对人脑的生理机制和心理学研究的成果表明：高中阶段，学生的逻辑思维已占主要地位，不过在掌握复杂的抽象概念时，他们仍需要具体形象的支持，因此，应特别强调以下两点：

①要创设情境，直观教学

从具体的、生动的感性材料出发，经过分析综合，抽象出科学的概念来。在引入新的物理概念时，通常采用三种方式：

首先，从学生所熟悉的生活事例进行综合概括，找出反映其本质的特点，引出概念。例如，讲力的概念时，可以举这样的例子，人推车从静止开始运动，人和车发生了相互作用，使车改变了运动状态；手拉弹簧，则弹簧形变，等等。从而总结出：力是物体对物体的作用，它的效果是使受力物体的运动状态发生变化或产生形变。

其次，从实验总结出概念。例如，讲光电效应，不是先下定义，而是通过对实验的分析，总结出：金属受到射线照射时放出电子的现象叫做光电效应。在电磁部分，如电场、磁场、感应电流、自感等等，都是通过对实验的观察得出概念。

最后，通过逻辑推理得出新概念。特保班学生逻辑推理能力普遍较强，在讲解一些无法直接感知、实验的概念时，要充分利用A层次学生的这一优势来让他们间接感知得出新概念。例如，讲物体的惯性和惯性定律时，可以一定速度水平抛出的球在不同表面上的运动为例，说明路面越光滑，受到的阻力越小，它运动的距离就越远。如果在没有任何摩擦阻力的路面上运动，那么球能运动多远呢？这个实验是不能直接做出的，但可通过推理得出：阻力越小，运动的距离就越远，若不受任何阻力的影响，则球将永远运动下去，保持运动状态不变。由球的例子再加以推广，便可以得出：一切物体在没有受到外力作用的时侯，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力的作用迫使它改变这种状态为止。

②要努力使学生完成认识上的飞跃

概念是理性的认识，它是将丰富的感性材料经过头脑的“加工”和“制作”的过程来完成的，我们要充分发挥A层次学生的主观能动性来完成这种认识上的飞跃。讲物体运动的加速度，就要列举大量速度随时间变化的实例（如汽车的进站和出站，飞机的起飞和降落，物体的下落和上抛，以及导弹的发射，卫星的运转等等），从而比较出它们速度变化的不同。这种不同可以用加速度这个概念来表示，它是在速度和时间这两个概念的基础上，经过对实际问题的分析比较而引出的。这样有意识地引导学生，使之在认识上有所进展，在思维能力上得到提高。

2）深化──思维加工

在学生形成表象的基础上，引导学生进行分析、比较、综合、概括、排除次要因素，抓住主要因素，找出一系列现象的本质属性，形成科学概念，并用简洁的物理语言，给出确切的表述或定义。概念建立之后，教师还要在揭示概念的主要性质和内涵上下功夫，使学生深化对概念的认识。例如，在楞次定律的教学中，很多学生往往只抓住“阻碍”二字，而丢掉“阻碍”的对象的“变化”，于是便把定律中“阻碍引起感应电流磁通量的变化”理解为“阻碍磁通量”，而得出“感应电流的磁场总是与原磁场方向相反”的错误结论。在教学中应引导学生区别“阻碍磁通”与“阻碍磁通量的变化”所表示的不同意义，这可以联系力学中“阻碍运动”与“阻碍运动（状态）的变化”来理解，阻碍运动是使运动停止最后速度趋于零，而阻碍运动的变化则是加速度趋于零，二者所表达的物理意义是有区别的，但在“阻碍”变化这一点上有相似之处。在此基础上指出，“阻碍（磁通量）变化”所表达的物理意义为“增反减同”，即：

①当原磁通增大，则感应电流的磁场必与原磁场方向相反。

②当原磁通减少，则感应电流的磁场必与原磁场方向相同。

这两点是通过对概念内涵的揭示来理解楞次定律的本质，也是对定律内容难点的突破。

3）迁移──对比巩固

物理概念建立之后，还须进行知识的迁移，即通过与有关相近概念的对比，以及进行适当的运用来巩固、深化对概念的理解，完善对概念深度和结构的认识。该步骤应注意以下两方面的问题：

①要注意概念之间的联系与区别

第一、了解概念之间的因果关系。一些物理量和物理现象之间存在这样或那样的联系，因此，反映它们本质的概念之间也有一定的关系。我们不但要掌握每一个概念的性质和特点，还要了解它和其他概念之间的联系，以及它们在相互关系中所处的地位和作用。A层次学生的逻辑思维较严谨，很多学生善于从事物的固有联系来进行推理、论证，教师可充分利用学生这一长处来进行概念的理解和运用教学。

案例1 讨论不同频率ν的色光在同一种介质（真空和空气除外）中传播时，波速v、波长λ、折射率n及偏向角δ之间的联系，如图2一束白光经玻璃三棱镜色散后，经研究得到如图3所示的推论。

第二、注意区别易混淆概念。有些概念是相近的、易混的，一定要注意它们之间的区别，以免运用时产生负迁移，必要时可用对比的方法阐明各自的物理意义。例如，压力和重力，学生往往把放在水平桌面上的物体对桌面的压力大小等于物体重力这一特殊情况，错误地认为重力即压力。因此，我们讲压力这一概念时，除正确地理解压力是垂直于接触面的作用力之外，还应指出它和重力的联系与区别：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，而压力则是垂直于接触面的两个物体之间的相互作用，是和重力不同的弹力，它的大小可以等于重力或为重力的一部分，并可利用物体在水平面上、斜面上和竖直面上静止不动时的情况进行分析，这样就可以将重力和压力区别开来。另外，动量和动能、热量和温度、电压和电动势等等，都应加以区别。

②在反复实践中巩固概念

A层次学生思维敏捷，思考问题有一定的独创性。因此，我们在概念的创新运用阶段，主要是通过变式迁移，将概念灵活地、创造性地运用于新的物理情景中，把实际问题转化为物理概念化的模型问题，然后分析、解决问题。教学中，教师还要引导学生总结运用物理概念的方法和规律性，提高学生思维的发散性、逆向性、灵活性等，增强物理概念运用的创新能力。在知识迁移的过程中，既要重视问题类型的多样性，也要有适当的重复；既要有单一概念的练习，也要有综合性的运用。选择题、计算题、实验题等的训练都不失为是理解和巩固高中物理概念的重要举措。

试验成效和不足：经过近两年的“螺旋型”教学结构的概念教学，不但使A层次学生能较好地掌握高中物理概念，而且还通过概念的学习有力地促进了学生系统理解学科知识，培养了学生在新的、特殊的物理情景中的创造性思维能力。三明市2015年高三上学期期末统考物理试题较灵活，创新性物理背景、实际应用性的题型较往年更多。然而，据统计，在此次全市统考中该特保班学生物理成绩“985”大学上线率为58.5%、“211”大学上线率为88.5%、本一上线率为99.5%、本二上线率为100.0%。不可否认，这必将为该班学生能更加从容自信地应对2015年理综高考夯实基础。

本次试验也存在一些不足：

1）试验项目中的理论研究还比较少，有待于进一步丰富。

2）如何通过物理概念的学习来更好地带动整个物理学科的学习，有待于进一步研究。

3）以前高考理综学科省状元的学生未出现，也就是尖子生领头羊的培养还须加强。

4）如何使B层次普通班学生也纳入此项试验有待于课题组后期进一步探索。

3 对“螺旋型”教学结构的几点反思

为了更好地优化“螺旋型”教学结构，以提高学生的学习效果，课题组在教学中还有以下几点反思：

3.1 引导学生创新问题训练，扩展“螺旋型”教学结构的认知深度

根据认知理论，认知的兴趣是由与已知事物相联系的新东西而引起的。适时训练一些物理情景较新颖的生题，不但可以提升“螺旋型”教学结构下学生的认知水平，而且对激发学生的求知欲和兴趣也是很有意义的。

案例2 图4（a）是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收经反射回来的超声波脉冲信号，根据发出和接收到的时间差，测出汽车的速度。图4（b）中p1、p2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2是相应的由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，p1、p2之间的时间间隔△t=1.0 s，超声波在空气中传播的速度是v=340 m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图4（b）可知，汽车在接收到p1、p2两个信号之间的时间内前进的距离是 ，汽车的速度是 。

接下来据题意可画出几何关系示意图，并提醒学生汽车接收到p1、p2两个信号之间的时间间隔并不是1.0 s。经提示后学生就不难解决本题，他们会觉得这种解法思路新颖，解法独特，似有“山外青山楼外楼”之感，有跃跃欲试的要求。

对于一些有条件的学校，可以引导学生参加一些课外的科技活动，以及学科兴趣小组活动，活动的过程，也是一个学习螺旋上升、提高的过程。从中可以不断培养学生的求知欲，使他们不断产生新的学习要求，有的甚至达到“入了迷”的地步。此外，还可以介绍学生阅读有关的课外科技书刊，进一步扩展他们的视野。

3.2 引导学生总结解题方法，提升“螺旋型”教学结构的认知能力

解题方法是对平时解题积累的一种归纳、提高，是学生对知识的认知得到“螺旋型”的提高后的一种成果展示。这种经常性的方法总结可极大地提高学生分析和解决问题的能力，培养他们的创造意识，训练思维的广阔性、深刻性和逻辑性。

案例3 在复习《电磁感应》一章时，电磁感应的力电综合问题是该章的核心问题，同时也是该章教学的重难点内容。这种问题一般会涉及到以下物理规律的考查：力学中的牛顿定律和运动学公式、电磁学中的闭合电路欧姆定律及法拉第电磁感应定律。

1）导体棒的动力学分析

①列出力学方程（常画出受力分析图）：

牛顿第二定律：F合=ma，若处于平衡状态：F合=0，其中合外力中涉及到的安培力为F安=BI感l·sinθ。如图5所示，要特别注意安培力方向的分析，即先用右手定则或楞次定律判断出I感的方向，再用左手定则判断出F安的方向。

②列出电磁学方程（常画出等效电路图）：

联立上述力学方程和电磁学方程可求解出某未知量。导体棒在安培力和其他恒力作用下做的变速运动通常是加速度逐渐减小的变加速运动，但在一定条件下，也可以做匀变速直线运动，此时一般还需列出运动学公式等辅助方程。

教无定法，教学方法应防止呆板单一，“螺旋型”教学结构这种教学方法在较为抽象、教学难度较大的概念教学中使用有自己的独特优势，是符合学生的认知规律的，但这种教学方法也不是万能钥匙。我们教育工作者应根据实际的教学内容、实际的学生情况等因素，采取以某种教学结构为主，并注意有机地渗透其他教学方法和手段，我们不应“单兵种”，而应“多兵种混合作战”，这样才能“克敌制胜”。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]廖伯琴. 普通高中课程标准实验教科书·物理2（必修）·教师用书[M].济南：山东科学技术出版社，2009.

[3]梁新灿. 创新性课堂教学模式初探[J].物理教学探讨，2000，（8）：3.

（栏目编辑 赵保钢）