基于“三序合一”理论的初中物理教学设计

费志明 陈懋

摘 要：一节好课要讲究知识序、认知序以及教学序的有机组合.以“重力”教学为例，通过画结构图，理清知识序，通过科学交流，把握思维序，通过问题导引，设计教学序，进而达到“三序合一”，让学生真正成为课堂的主人，课堂能充满活力，发展学生的科学思维.

关键词：三序合一，初中物理，科学思维

文章编号：1008-4134（2020）08-0045    中图分类号：G633.7    文獻标识码：B

一节课中学生学习知识是解决“去哪儿”的问题，知识序解决的是学生要“准备什么”的问题，认知序解决的是学生现在“在哪儿”的问题，教学序解决的是如何让学生“高高兴兴地走”，而又不错过沿途的风景且能达到终点的问题.教师要尊重学生的情感，理清知识序、把握认知序、设计教学序，进而达到“三序合一”，课堂才能充满活力，才能达到教学的高效，发展学生的思维品质，让学生真正成为课堂的主人[1].本文以浙教版初中科学“重力”教学设计为例，以期抛砖引玉.

1 画结构图，理清知识序

所谓知识序，是指科学知识本身内在的逻辑顺序.任何一个知识点都不是孤立的，它必然处于某一知识体系当中，有相应的下位知识，也有上位知识，三者构成了一个知识序列.有序的知识序是课堂教学的骨架和支撑，如果没有，课堂就会显得杂乱无章.如何找一个知识点所需要的下位知识呢？一个简单的方法就是画“鱼骨图”， 从学生认知视角，不断稚化追问下去，把知识点写到鱼的脊梁骨上，每一个需要的下位知识写在鱼刺上.

本节课的核心内容是重力的概念，包括重力的方向、大小和重力的作用点，探究物体受到的重力与质量大小关系.重力的方向“总是竖直向下”中“总是”的意义，即无论物体是静止的还是运动的，无论物体是做什么运动，无论外界条件如何变化，物体受到的重力的方向始终保持竖直向下，“总是竖直向下”中“竖直向下”的意义，即重力的方向与水平面垂直，水平面也可以认为是地平线.对重力而言，它的知识序如图1所示.   2 科学交流，把握认知序

所谓认知序是指学习者学习活动内在的认知规律.心理学研究证明，要有效地开展教学活动，学习者对学习内容的认识兴趣与智力积极性是一个首要的条件，而这种认识兴趣与智力积极性只有当教学活动同学习者原有的经验、知识、能力联系起来时，才能在最大程度上得到诱发.而且学习者认知的发展也有内在的序列性，如从已知到未知、从感知到理解、从巩固到应用、从具体到抽象等.因此教师在进行教学设计时，必须考虑学习者现有的智能水平和个性倾向等心理特征，并按照认知发展的程序来进行.

如何找到学生“在哪儿”的教学设计基点呢？教师可以通过科学交流，包括对话、导学案、任务单以及小测试等，在本节前，可以设置三个问题：（1）假如没有重力，我们的生活会变得怎样？（2）标出图2中每棵苹果树上苹果落地的方向.（3）一只西瓜要比一只苹果重，一桶水要比一杯水重，为什么？通过三个问题，学生的前概念基本都能被激活.

有些学生由于受其生活经验的影响，觉得重力的方向应该是垂直地面向下或与接触面相垂直，有的学生受到放在斜面上的物体将会沿斜面下滑的影响，认为重力的方向是沿斜面向下的，也有学生在生活中听说“重量”一词，以为“重量”“质量”“重力”是一回事，手拿物体克服的是重力还是质量也分不清，教师需要在课堂上有效转化学生的这些前概念，通过科学表达，让学生真正理解重力的概念.

3 问题导引，设计教学序

教学序就是课堂教学的流程，就是先学什么，后学什么.事实上，每节课要学习的知识已经决定了它所需要的知识序和认知序，已经搭建起了一节课的基本框架.但具体的操作方案仍面临诸多选择.如在某一环节使用多媒体素材，文本、图形、图像以及动画哪种效果最好？这需要我们进行比较、抉择，优中选优，即通常所说的“优化过程”.在具体的选择过程中，就要兼顾素材和方法，遵守优化过程的三条原则：一是有吸引力，学生感兴趣，二是简洁，学生容易理解，三是高效，能促进学生有效思维.

本节通过对比实验激起学生的认知冲突，设置与学生认知不同或匹配的问题情境，培养学生质疑意识和思维能力，通过观察现象、逻辑推理以及实验探究，最后上升为理论认识.整节课分为两部分，重力的方向、重力的大小.通过探究“重力的大小与物体质量的关系”，让学生充分经历猜想、实验数据分析的过程，再通过质疑、对比分析等环节，得出结论.

3.1 环节1：重力的效果

地面上的物体都受到重力的作用，重力产生的最直接的效果是使物体下落.（1）认识重力的存在.播放太空视频实验：太空中的单摆运动，T形支架上，细绳拴一颗小钢珠，宇航员把小球拉升到一定高度后放手，小球悬停在了半空中.再演示地面实验：单摆运动，对比视频实验与演示实验，为什么相同的实验在地面和太空会出现完全不一样的结果呢？学生讨论分析得出：地球对近地面的物体会产生吸引而使单摆受到一个向下的力，太空中没有这样的力.（2）物体从运动状态上，分静止的物体和运动的物体，从物质状态上，分固体、气体、液体，为了让学生认识这些现象具有普遍性，可分别列举相关、具体事例，如静止的物体，苹果树上的苹果，运动的物体，上抛的石块，可借助频闪照相机的图片说明，如图3所示，下雪（冰雹）、下雨、尘埃落地，然后归纳这些现象的共同原因：物体受到地球向下的吸引.再让学生列举生活中的其它现象验证，从而得出：物体由于地球的吸引而受到的力叫做重力.

【设计意图】通过太空实验与地面实验对比，让学生直观地感受到重力的存在，再通过列举各种事例和频闪照片，认识这种现象的普遍性，拉近学生与所学知识的距离，激发兴趣.

3.2 环节2：重力的方向

对重力的方向，教师可以利用如图4所示的实验，图4甲，球静止时线向下，与水平面垂直，我们把这个方向叫做竖直向下，图4乙，铁架台倾斜的过程中，球静止时线的方向不变，与水平面始终垂直，说明重力的方向始终竖直向下.这句话表明两个方面：重力的方向不变，重力的方向竖直向下.

但学生对竖直向下不理解，只认可“向下”，往往把竖直向下与垂直向下混淆，学生对重力的方向始终不变也惑疑，因为这只是静止物体的状态，如果物体从斜面滚下，它的重力方向是否改变，学生存在疑惑.对此，采用任务驱动，帮助学生理解科学概念.

任务1：如图5所示，画出物体受到的重力方向，并说明理由.

任务2：竖直向下与垂直向下一样吗？学生画图表示，如图6所示，竖直向下是与水平面垂直向下，垂直向下是垂直于物体表面，无论什么物体只要是向着物体垂直于物体表面的都叫垂直向下.竖直向下和垂直向下是两个不同的概念.

任务3：请画出每个人的重力的方向.如图7所示，我们平常所说的“向下”，到底指的是什么方向？引导学生画出每个人的水平面，然后重力的方向是与水平面垂直，学生很快就知道重力的方向都是指向地球地心.

任务4：作图，画出图8中空中运动足球的重力方向.引导学生画出水平面，重力的方向是垂直水平面向下，学生发现运动物体的重力也是竖直向下.

【设计意图】学生对重力的方向的认识是模糊的、片面的.通过实验活动，清楚了竖直与垂直的区别，让学生根据自己的判断猜一猜并画一画，以暴露学生的前概念，突破难点.

3.3 环节3：重力的大小

根据力有大小、物体有轻重，学生不难知道重力也有大小.根據力可以用弹簧测力计测量，学生自然也会想到重力可以用弹簧测力计测量.先探究重力大小究竟跟哪个因素有关，再探究重力的大小跟质量存在怎样的关系.对于重力的大小跟哪些因素有关，要充分利用学生的前概念，引导学生根据自己生活经验提出合理的假设，如：（1）重力跟物体的质量有关，（2）重力跟物体的体积有关，等等.在这个基础上，利用实验检验假设的真伪，确定重力的大小只跟物体的质量有关，跟物体的体积无直接关系.

检验假设（1）：将体积相同的铝块和铜块分别放在天平的两个托盘上，铜块的质量较.用弹簧测力计测得铜块受到的重力较.

检验假设（2）：用天平测得质量相同的木块和铜块，木块的体积较.用弹簧测力计测得两者受到的重力（填“相同”或“不同”）. 以上实验表明，重力的大小跟物体的质量（填“有关”或 “无关”），跟物体的体积（填“有关”或“无关”）.

这时，我们可以提出一个新的问题：重力的大小与质量之间究竟存在怎样的关系？请用以下实验步骤探究这个问题.（1）每小组准备 1个弹簧测力计、4个质量均为100克的钩码，（2）用弹簧测力计依次测出 1～4个钩码受到的重力，把测量结果记录在表1中.

以质量为横坐标，重力为纵坐标，建立如图9所示的直角坐标系.根据表格中的数据，在坐标系上描点，连接这些点，看看重力和质量有什么关系.分析数据，找多组学生出示实验记录，让学生自己得出正确结论，教师适当补充说明，引导学生根据实验数据画出对应的图像，并利用实物投影展示学生所画的图像.得出结论：物体所受的重力与质量成正比.

得出重力大小的相关因素后，还要帮助学生解开思想上的疙瘩：为什么生活经验中，一桶水比一杯水重？这是因为对同一种物质来说，体积大的物体质量也大，体积小的物体质量也小的缘故.而实际上，在这里，体积是影响重力大小的非本质因素，质量才是影响重力大小的本质因素.

【设计意图】引导学生先暴露前概念，然后让学生自己去探究，分析数据得出结论，比值法在科学中经常采用，通过动手、动脑的表格处理、图像处理，发展学生的思维品质.

3.4 环节4：重力的应用

在重力的方向学习时，为了使学生了解重力的方向总是竖直向下这一原理的应用，教科书介绍了重锤线，这是建筑工人用来检查墙壁是否竖直的工具.为了培养学生的技术设计能力，笔者让学生用重锤线制作水平仪，通过自己画图和讨论，提出自己的方案，还鼓励学生课外查找资料，设计创新作品，学生首先展示重锤线，如图10a所示，然后教师展示等腰三角尺和量角器，学生设计的作品如下：取等腰直角三角尺，在顶角处悬一重锤线，在底边的中心刻度处作一标记，即成一简单的水平仪，如图10b所示，在量角器中心位置悬一重锤线，锤尖指向量角器的90°刻度线，即成一个简单的测倾斜仪，如图10c.当学生展示自己的作品，发现自己的产品比别人的更有创意，他们的创新思维被点燃.

【设计意图】引导学生技术设计，让学生通过自己画图和讨论，提出自己的方案，培养学生的创造力，明确重力的方向总是竖直向下，学以致用，培养应用所学知识解决问题能力.

4 结语

一节好课要讲究知识序、认知序、教学序的有机组合[2].我们应该以建构合理的教学逻辑为抓手，蹲下身子，从学生的逻辑起点出发，顺应学生思维序，注重教学内容的结构层次，耦合课堂教学序，设计基于真实情景的问题解决任务，符合学习知识序，使学生在解决问题的活动中逐步发展学科核心素养.

参考文献：

[1]张伟.初中物理教学中学生核心素养的培养策略[J].课程教育研究，2019（50）：135-136.

[2]孙雯.探寻初中物理实验课的教学逻辑[J].中学物理教学参考，2017，46（07）：7-9.

[3]邓衍民.初中化学“素养为本”有效课堂的建构——以“人类重要的营养物质”同课异构为例[J].中学化学教学参考，2019（09）：61-64.

[4]费忠. “三序合一”在校外教学中的实践与探索[A]//创新科学教育内容的实践探索[C].上海：上海市青少年科普促进会，2013：31-36.

（收稿日期：2020-01-08）