基于学生体验的“三步走”教学设计——以“长度的测量”教学为例

秦 嵘

(江苏省苏州市吴中区城西中学,江苏 苏州 215128)

在初中物理教学中开展体验教学,既是课程标准的要求,也是创新教学方式、增强教学效果的有效途径．基于体验的教学设计能有效的促使学生进行自主学习建构,在全新的体验中实现深度学习．现以苏科版物理教材八年级上册“长度的测量”为例,就如何基于学生体验开展“三步走”的物理教学设计做一些探讨,以期抛砖引玉．

1 基于学生体验的教学设计路径

1.1 教材分析

教材是我们教师组织教学的主线,是学生学习的主要素材,研究教材,吃透编者意图,是用好教材的前提,也是我们日常教学的基础．长度的测量是物理学中最基本的测量,在课程标准中的要求是:会根据生活经验估测长度,会选择适当的工具测量长度．从要求来看,就是要通过学习使学生掌握测量的基本技能和简单的误差知识,能为正确进行其他物理量的测量提供可供迁移的基础．本课在苏教版教材中处于第5章第1节,是研究物体运动的开始．为了使学生掌握长度测量的基本技能和了解误差的初步知识,教材主要安排了两个体验活动,一是比较课桌的长、宽、高的活动知道比较需要标准,进而了解单位的意义;二是通过练习使用刻度尺的活动掌握测量的基本技能和误差的概念．从教材内容安排来看,就是要充分利用学生经验,组织学生去体验,让学生在课堂上动起来,所以要抓住编者的意图来组织教学．

1.2 学情分析

大卫·奥苏伯尔曾说过:“影响学生学习的唯一最重要的因素是学习者已经知道了什么．要先探明这一点,然后再进行相应的教学．”对于本课的重点内容——刻度尺的使用,学生们已经有了较为丰富的生活经验．为此,上课之前对两个班92名学生开展了学情调查,结果如表1．

表1 课前学情调查情况

调查显示,对于学生来说,本节学习内容比较基础缺乏挑战性是普遍认识,学生在上课之前的状态往往决定了教学的有效性．有鉴于此,本课教学应该充分利用学生的经验,着眼于当堂学习体验,安排一定的实践活动让学生充分发挥已有能力解决问题,再引发新的问题触发学生思考,让学生在活动中体验,在体验中讨论,在体验中反思,帮助学生养成勤于思考和细致观察的习惯,培养学生善于利用科学方法解决问题的基本技能和思维能力,为以后的物理学习打好基础．

1.3 教学目标分析

根据教材分析和学情分析,可以细化教学目标如下:通过操作体验和活动讨论知道物理单位的意义;通过操作实践学会正确使用刻度尺,学会正确读数,知道测量结果由数值和单位组成;在体验活动中发现实验测量存在误差,并提出减小误差的方法,感悟科学实验方法,培养学生严谨的科学态度．本课的重点是物理单位的意义认识和正确使用刻度尺等基本实验技能的掌握,难点在于重点问题的凸显和实验误差的发现．

1.4 “三步走”教学过程设计及说明

长度的测量虽然基础,却有很丰富的体验学习素材．那么,基于教材、学情和教学目标分析,如何利用好学生已有生活经验,创设情境设计实验活动,更好的完成预设教学目标呢?本课设计改变了传统模式,引导学生通过“三步走”的体验活动作为主线,抓住问题,层层推进,丰富了学生体验,增强了教学效果,设计流程如下表2．

表2 “三步走”活动设计流程和意图

(1) 第1步——学生依着经验“自由走”.

为了利用好学生的已有经验,激发学生的学习热情,在一开始上课时,设置一定难度的挑战,利用任务清单(如表3)考验学生们即时解决问题的合作能力,教师放手让学生“自由走”,安排学生们通过小组合作的形式开展测量活动．

表3 测量任务清单

片断1.小组合作完成测量任务

师:既然同学们都会使用刻度尺,那么现在给大家一把刻度尺(0～30 cm,分度值为1 mm)、一套三角板(0～10 cm,分度值为1 mm)、一根纸条(约30 cm)和一根棉线(约30 cm),请各小组根据抽签确定测量任务,然后结合器材讨论测量方案．

学生按小组开展讨论完成测量．

图1 测量长线管的长度

学生汇报测量方法和结果．

任务①：“测量长线管的长度”,在刻度尺量程不够的情况下,学生使用“接力”刻度尺的方法完成实验,如图1所示,主要结果有49.5 cm和49.4 cm等．

任务②：“测量一枚一元硬币的直径”,在不能直接测量的情况下,学生们想出了如图2的多种方法,有用两把三角尺相夹化暗为明呈现直径并测量的,有画出圆周对折呈现直径的,有测出圆周长再利用数学公式计算的,主要结果是2.5 cm．

图2 测量一枚一元硬币的直径

任务③：“测量短线管的外管周长”,同任务② 相似,学生们大都利用纸条或细线测出圆周长再利用数学公式计算,如图3所示,主要结果是15.8 cm或者是16.1 cm．

任务④：“测量课本内页一页纸的厚度”,在纸张厚度低于分度值1 mm的情况下,学生们想到了测多算少法主要有两种形式,一是测量66内页整体厚度再测算一页纸的厚度,二是测量1 mm宽度内可以紧压多少张纸,主要结果是0.1 mm或者是0.125 mm．

图3 测量短线管的外管周长

师:同学们很好地完成了4个测量任务,下面请大家就刚才的测量思考讨论以下四个问题．

问题①:“测量数据时能不能省略‘厘米’、‘米’等单位,为什么?”

问题②:“物理单位具有什么意义?你是如何认识的?”

问题③:“你认为使用刻度尺测量长度需要注意些什么?”

问题④:“不同的人使用同一把尺测量同一物体长度或者同一个人用不同的尺测量同一个物体长度,测量结果都相同吗?为什么?”

学生们开展小组讨论．

评析：一开始布置了富有挑战性的任务,让学生根据自己的经验来设计测量方案,然后分组实际测量,在交流测量方法和研究测量数据的过程中引发问题．实践证明,学生们学习热情一开始就被点燃了,并且在小组合作下都能很好地利用已有经验解决实际问题,并在合作中获得直接指向学习内容的反思体验．

(2) 第2步——师生一起“牵手走”.

让学生们带着问题去逐步体验物理单位的意义、单位换算的实质和刻度尺的使用规则,是牵着学生的手一起有目的地走．

片断2.讨论、交流、对话

针对问题①②,生:不能．如果不明确数值后的单位,那么将一页纸的单位由原先的毫米变为厘米的话就不符合事实了,没有单位就不能知道物体到底有多长．

师引:那么米、厘米、毫米这些不同的单位,到底给我们传递了什么信息?具有什么实际意义呢?

生:这些物理单位给了我们一个确定的值,让我们可以比较出物体长短的不同．

师:其实这个确定的值就是我们物理学中公认的标准量,测量就是基于标准量的科学比较．例如硬币的直径2.5 cm实质上就是2.5倍的1 cm．……基于讨论对话介绍长度单位和单位换算等知识．

针对问题③,生:联系温度计的使用,我们要注意刻度尺的量程和分度值．我们手头的长刻度尺的量程是0～30 cm,分度值为1 mm．

师:所以刚刚测量长线管时直尺的量程不够用,同学们变通着用接力的方法完成了任务,如果有一把量程够用的直尺就更准确了．

生:我在刚才的测量中注意到刻度尺的0刻度线要与被测物体的一端对齐,放正尺的同时视线要垂直尺面去读数．

师:看来同学们都已经掌握了使用刻度尺的方法,那么我们来实践一下．

片断3 指导实践发现问题

图4 引入估计值

实践1:如图4指导学生在读数时发现物体末端没有对准整数刻度线,由此产生估读的需要,得到科学的测量值应该包括准确值+估计值+单位．

实践2:指导学生用没有分度值、分度值为10 cm、1 cm和1 mm的4把米尺测量同一根线管的长度,如图5．

图5 体验不同分度值的刻度尺测量同一物体长度

从测得的数据不尽相同的分析中,引入估计值、引入误差,直观深刻地反映了由于估计值和测量仪器精确程度的不相同的情况下实验误差的客观存在．

学生顺利回答问题④．

评析：结合实际的测量活动,抓住机会向学生们提出问题,引导学生展开讨论,在讨论中反思,在解答问题的过程逐步构建起诸如单位的意义、测量的本质、正确刻度尺的方法等知识,学生用不同分度值的刻度尺测量同一物体直观感受到误差的客观存在,并由此获得积极的情感体验．

(3) 第3步——点拨学生“自主走”.

片断4.联系实际解决问题

师:既然实验误差客观存在,那么你们有哪些办法来减少误差呢?能否就刚才的4个实验任务具体说明?

生:测量线管长度的实验告诉我们可以使用更加精确的测量仪器．

生:虽然测量同一个物体时估计值可能不一样,但是我们可以通过多次测量求平均值来减小误差．

生:我们可以改进实验方法来减小实验误差,例如刚才测量一页纸厚度的实验中,我认为尽可能测量更多的纸厚度来计算一张纸的方案更好．

……

师适时点评,指导学生再次开展实验测量一页纸的厚度．

评析：学生已有了丰富的学习体验,已经进入深度学习,自然能够联系实际顺利地提出减小实验误差的方案．最后的操作训练,帮助学生进一步掌握实验技能,契合学生参与间接测量的实践体验,加深感悟了科学实验方法,培养了学生严谨的科学态度．

2 基于学生体验的教学设计策略

2.1 基于建构知识的行动反思体验策略

基于建构知识的行动反思体验策略路径是:创设情境→提供挑战→任务驱动→问题引导→自主建构→合作共生,其中的关键是挑战性任务后的问题推进,层层推进能够引发深度学习,促成新知识的合作构建．例如在本课中有关单位意义的讨论,催发学生结合实际进行思考,进而获得一系列的知识．学生不是一张白纸,他们都是带着生活经验来学习的,学生的经验只有在学习中通过行动体验、反思重组才能内化为科学知识,形成科学素养．因此,教师的重要性在于为学生提供具有挑战性、指向性的经历,让学生在行动中暴露问题,形成反思,就能产生学习的需要．

2.2 基于发现问题的直观感受体验策略

基于发现问题的直观感受体验策略路径是:让学生直观感受问题的出现,并由此引发理性思考,既有助于学生克服学习困难、感悟科学方法、获得有意义的知识,又能培养学生应对现实情境有效解决问题的科学素养．例如,学生联系温度计的使用了解了刻度尺使用的方法后,在物体末端没有对准整数刻度线和3把不同刻度尺测量同一物体的实践中,直观感受到了新的问题,即怎么读数才科学?读数不同反映了什么?如何才能使实验测量更准确?这些新问题催生了估计值和实验误差的呈现．高质量有价值的疑问需要培养,教师的重要性在于课堂上通过创设真实情景,在解决实际问题中产生新的问题,在求索答案中接受新的知识和新的技能．

2.3 基于产生联想的思维转换体验策略

基于产生联想的思维转换体验策略路径是:引导学生去关注某个现象、某一组数据、某一个事实,诱发学生思辨,在思辨中产生联想,在思辨中解决问题,体现了“尝试”→“获得”→“应用”的学习进阶过程．例如一开始测量任务后,引导学生思辨能不能省略单位的问题,进而总结单位的意义所在,帮助学生理解了单位换算的实质;再如减小实验误差的方法问题,引导学生联系误差存在的事实和当堂实际方法,在思辨中产生了答案,同时再次开展应用实验测量纸的厚度．所以,教师的重要性在于为学生提供学习策略上的支持,指导学生在体验活动中开展思辨,进而指向学生思维品质的提升．