基于变易理论的高中物理课堂学习研究

白玉 张红洋

摘   要：课堂学习研究是香港教育学院卢敏玲教授等创立的备课模式。该模式结合了日本授业研究和大陆的教研备课模式的优点，以变易理论为依据，通过识别、确定、设计学习内容的关键特征，针对学习内容的真正发生，对香港中小学产生了较为深刻的影响和较好的效果。文章以高中物理“理想气体的状态方程”教学为例，探索基于变易理论的课堂学习研究，切实提升和改进中学物理课堂实践活动。

关键词：课堂学习研究;变易理论;案例研究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2019）5-0010-5

笔者自从教以来，发现教师在备课环节普遍存在一些问题，如教师不能较好地把握教材，导致教学目标不清楚，重点不突出，学生无法准确地获取学习内容的关键特征和重要属性;再如，教师的教学内容常常不是基于学生已有的认知水平，一节课下来教师滔滔不绝，但相当一部分学生常常得不到及时有效的指导而被动、低效地学习。课堂学习研究使得教師在备课过程中针对以上问题有相应的解决策略。本文使用课堂学习研究的方法，对人教版高中物理选修3-3中的“理想气体的状态方程”这一课题进行实践探究。

1    关于课堂学习研究和变易理论

课堂学习研究是香港教育学院以卢敏玲教授为首的研究团队研发的以变易理论为依据的备课模式。它有效地结合了日本授业研究和大陆教研备课模式的优点，并且进一步发展与创新。变易理论是瑞典马飞龙博士于20世纪90年代末创立的。变易理论关注学习内容，强调在关注学习内容的关键特征的同时，教师应以学生已有知识为基础开展变易促进学生学习。学习应该是指向学习内容的，所以需要重点关注的是学习内容，以带给学生更好的学习体验与更深层次的理解。

变易理论认为，认知是审视和识别事物的关键属性。而审视和识别事物的关键属性可以通过有意识地利用变易图式实现。在使用变易图式的过程中要保证事物的关键特征不变，改变事物的其他方面的特征，促进学生对事物关键特征的识别和审视。

2    课堂学习研究的教学实践

本研究的研究内容锁定在人教版高中物理选修3-3中的“理想气体的状态方程”，以内蒙古包头市蒙古族中学高二年级2个班级的学生作为研究对象，通过对其学习内容的关键属性和关键特征的分析与研究，设计并组织教学过程（如图1）。

本次研究课研究的问题是——理想气体的状态方程，它是人教版高中物理教材选修3-3第八章《气体》的第三节。本节内容是整章内容的重点，同时也是整个选修3-3内容的重点。

2.1    教学设计

2.1.1    教师经验分享

首先，教师先与物理学科的其他教师交流经验，了解其他教师的教学方法和思路，以及教师认为的教学重点和难点。

2.1.2    学生的不同见解

笔者通过先导测试了解学生的掌握情况。具体操作是邀请六名来自高三年级的学生进行先导测试，六名学生物理单科学习情况分别是优秀、良好和较不擅长。通过先导测试，可以发现学生对于理想气体的状态方程掌握得很好，所以此处可以在课上少占用时间。而学生对于理想气体的条件缺乏理解，在将摄氏温度转化为开尔文温度时模棱两可，判断气体变量时存在问题。因此，在设计教学时需要更多地关注这些问题。

2.1.3    前测、后测的设计

在研究课开始设计前，针对全体参加研究课的学生进行前测，了解学生的认知难点和障碍。

2.1.4    确定学习内容和关键特征

学习内容：理想气体的状态方程。

专项属性：只要理想气体的质量一定，压强、体积和温度的数值必须遵守的定量关系。

关键特征：理想气体压强、体积和温度的关系。

CF1：什么是理想气体;

CF2：理想气体的状态方程;

CF3：理想气体的状态条件变化的识别。

2.2    教学实践计划（如表1）

 针对已确定的学习内容和关键特征，笔者设计了课堂教学，基于变易理论，课堂有效的教学必须经历必要的“变易”。

2.3    第一轮教学

教学活动及变易图式的分析：笔者利用变易图式，为研究课设计了五个活动，体现了变易理论的“变”和“不变”，审辨不同的关键特征有助于全面理解“理想气体的状态方程”。

活动一：何为“理想气体”

在教学开始，设计问题。通过展示等温变化过程中气体压强随体积变化的表格，以及等体积变化过程中气体温度和压强变化的表格，让学生自主发现在低温（小于0 ℃）或者高压（大于101.325 kPa）下，玻意耳定律和查理定律都失效。

然后，给出理想气体的定义：设想有这样的气体，气体分子本身体积完全可以忽略，分子间的作用力完全等于零，也就是说，气体严格遵守实验定律。这样的气体叫做理想气体。

但是，需要让学生注意：理想气体是一个理想化的模型。

所以理想气体的条件为：实际气体在低压（小于101.325 kPa）和高温（大于0 ℃）的条件下，接近理想气体。

活动二：理想气体的状态方程的推导（如图2）

首先设置情境：一定质量的理想气体由状态1变化到状态2，各状态参量变化有什么样的关系呢？（如表2）

分别根据找关系法的思路和中间参量法的思路解决问题。再根据查理定律得到压强与温度的关系，最后得到理想气体的状态方程。

活动三：找出理想气体的状态变化的条件

教师带领学生阅读一些常见的问题，并找出理想气体的状态变化的条件（如表3）。

活动四：课堂练习（如表4）

活动五：课堂小结

学生自主回忆并总结一节课的学习内容，并对比幻灯片，检验学习成果。

2.4    第一轮教学课后访谈与反思

课后访谈：

教师：什么是理想气体？

学生：气体分子本身体积完全可以忽略，分子间的作用力完全等于零，也就是说，气体严格遵守实验定律。这样的气体叫做理想气体。

教师：你能否尝试推导理想气体的状态方程？

学生在草稿纸上完成了推导，但是其中有出错的地方。

反思：在本节课之后，感觉学生在学习例题2的时候，该题梯度特别大，较难理解。但是，在笔者施教的过程中，还是坚持给学生添加此难度的问题，旨在接近高考选修3-3选做题的水平。

2.5    第二轮教学

2.5.1    教学活动的修订

在第二轮教学中，笔者做了适当的教学活动的修订，笔者将例2置为整节课的最后一题。将活动三删除，将原例题2直接放在课堂练习中，并且注重在练习中总结和渗透解题方法。这让课堂的主线更明确，学生在练习了4道练习题后做例题5更容易理解，整体效果不错。

2.5.2    前测、后测结果分析

第一轮和第二轮每轮教学后，都会进行学生后测。后测题的内容基本与前测题相同。通过对比前测数据和后测数据，教师可以了解学生学会了什么，同时了解学生还没有掌握的地方。以下统计是两轮前测、后测数据的比较分析：

题一：“理想气体状态方程图像的理解”的前测、后测数据如图3所示。

通过以上数据可以分析，两轮过程均有提升。本题属于图像问题，在等温条件下，气体体积和压强的变化关系成反比，在图像上体现为双曲线。但是很多学生无法应用，单纯地认为很多图像都是正比关系，因此选错了选项。应该说本题具有一定的迷惑性。

题二：“理想气体状态方程的应用”的前测、后测数据如图4所示。

本题在后测阶段答对的学生几乎占九成，说明学生可以初步应用理想气体状态方程。本题涉及到两个过程，首先是等温过程，体积减小，随之压强应该增加;第二个过程是等容过程，温度升高，随之压强也应该增大。

题三：“理想气体状态方程的简单计算”的前测、后测数据如图5所示。

通過数据分析，发现两轮教学中都有超过八成的学生掌握了理想气体状态方程的简单计算。但是也发现，两轮测试中仍有两成的学生在后测中没有回答正确，说明这部分学生在课上的收获很小。而这种情形出现以后，他们也必定无法完成之后的练习。

题四：“理想气体状态方程的一般计算”的前测、后测数据如图6所示。

在第四题中，我们发现学生在挑战有一些难度的理想气体计算题时，有一定程度的提升。但是经过对比后，我们发现学生在第二轮教学中的提升更加明显，说明课堂学习研究的应用有一定的效果。在本题中，第一问重点考查的是等压情况下气体体积和温度的变化关系，第二问考查的是气体压强与受力关系的结合。对于学生来说具有一定的难度。

题五：“理想气体状态方程的一般计算”的前测、后测数据如图7所示。

通过题五的数据可以发现，第二轮教学过程中学生的提升较大。而本题考查的是理想气体状态方程的应用，属于一般难度的问题，但是由于涉及到情境，学生还存在审题难的问题。

3    总结与反思

3.1    课堂学习研究是提升教学质量的一种有效方式

在进行了两轮的研究课之后，我们通过分析前测、后测的对比数据，课后访谈以及教师课堂观察等方法，证明课堂学习研究是一种十分有效的学习模式。我们看到，学生在前测、后测中的完成情况有所提升，课后访谈中对知识点的掌握有更深的认识，同时学生整体在课堂上表现得更加自信从容。这些都说明这种方式主导下的课堂教学要明显好于传统的课堂教学，同时也要比当前很多教学模式都要更为有效。

3.2    课堂学习研究有助于加深学生对学习内容的理解

通过本次研究，我们发现当教师明确学习内容的关键特征以后，学生通过对这些特征的审辨可以明显加深对学习内容的理解。在众多的学习理论中，课堂学习研究的一个突出特点就是关注学习内容。因此，在课堂学习研究中，为了教师的教能够更有利于学生的学，也就是在学习过程中学生必须有更多的机会能够亲身经历学习内容的关键特征的变易，教师必须安排有利于学生学习的环境，让学生能够学到预期的、有意义的、有价值的学习内容。因此，为了能够更好地实现教学效果的提升，教师在培养学生学习能力、沟通能力、高阶思维能力的时候，也同时要更好地考虑学习哪些内容最适合培养学生的相关能力。

3.3    课堂学习研究有助于促进教师的专业发展

本文教师在备课的过程中，与传统的课程准备存在明显区别。教师可以通过和其他教师交流了解课程的重点和难点，通过与上届学生的访谈了解学生对学习内容理解的欠缺部分，通过前测了解所要授课的学生的掌握水平。这些都带给教师更多的经验。

而教师在确定学习内容的过程中，通过“对照”“类合”“区分”“融合”四种方法在备课阶段厘清学生学习内容面对的难点和关键特征，设计出有利于审辨学习过程的变易图式。这个过程在促进学生审辨过程发生的同时，也增强了教师对于课程内容把握和分析的能力。

最后，在教师对比前测、后测数据之后的总结阶段，也可以积累经验，大幅度提升自己的能力。而且整个过程都伴随着教学研究的方法，通过对课堂学习研究的应用，同样可以增强教师教研的能力。

参考文献：

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[2]卢敏玲，李树英.课堂学习研究——一种优化教与学的评估实践[J].教育科学研究，2007（9）：22-25.

[3]卢敏玲，李树英，郭永贤.聚焦一课超越一课——香港地区“优化课堂学习计划”[J].江苏教育研究，2009（13）：8-11.

[4]Lo M L. Learning Study-the Hong Kong Version of Lesson Study： Development， impact and Challenges. In M Matoba， K A Crawford and M R Sarkar Arani（Eds.）.Lesson Study， International Perspectives on Policy and Practice[M]. Beijing， China：Educational Science Publishing House，2006：133-157.

[5]王玉英. 变易理论在中职数学课堂教学中的研究[J]. 淮北职业技术学院学报，2011，10（6）：65-66.

[6]须利华. 变易理论对大学英语教学校本化改革的启示[J]. 淮南职业技术学院学报，2017，17（3）：74-76.

（栏目编辑    赵保钢）