基于模型建构视角的高中物理教学设计比较研究

肖祥清 罗华权

摘   要：站在模型建构的视角，以“探究连接体问题”教学设计为例，对递进和发散两种设计方式进行对比，尝试从教学设计思想、教学目标、教学流程以及教学重难点突破等方面进行对比研究，挖掘两种方式教学设计的内涵和价值，探索新形势下高中物理教师在日常教学中有效进行教学设计的思路，促进物理学科核心素养培养目标真正落地。

关键词：模型建构;教学设计;递进;发散

模型建构是以科学事实为依据，经过简化、理想化等方式对客观事物进行抽象概括处理的科学方法，是高中物理学科核心素养中“科学思维”的要素之一 [ 1 ]。在新课程改革的新形势下，如何在物理课堂教学中落实学生科学思维的培养目标？如何在日常教学设计环节促进学生物理学科核心素养的形成？下面以“探究连接体问题”为课题的教学设计过程中，尝试了两种不同的设计思路。

1  教学设计思想对比

两种教学设计（分别为甲、乙）的设计思想对比分析如表1所示。

从表1可以看出，教学设计甲从生活实例的认知中建立概念，实现模型建构，再按照三种类型的顺序引导学生经历“线”式学习的过程，不断向纵深方向探索，逐步完善，层层递进，最终实现对连接体问题的探究。这样的教学设计具有递进的特征，故称为递进式教学设计。

相比之下，教学设计乙则从演示实验出发，教师引导学生经历“错误”——“正确”的探究过程，制造认知冲突，形成概念，接着进行“正”、“反”、“变”三种并列的探究活动，带领学生经历“面”式学习的过程，学生的认知过程不断沿横向拓展，层层发散，铺展开来，最终达成对连接体问题的探究目标。这样的教学设计具有发散的特征，故称为发散式教学设计。

作为课堂教学的“总工程师”，教师在进行这两种思维方式相反的教学设计过程中，需要坚守相同的精神内涵，那就是聚焦科学思维的培养，基于模型建构的视角，以多种形式的教学活动，努力建构教师的教与学生的学之间的相互交融的关系，以教学相长为根本指导思想。

2  教学目标对比

从上述分析可见，两种教学设计思想既相互区别又相互兼容，因此，教学目标设计也同样存在差异与兼容并存的特点。（如表2所示）

3  教学流程对比

教学目标的差异性决定了教学流程的多样性。教学流程的合理性直接影响课堂教学的成败。基于模型建构视角的教学流程设计需要教师围绕模型建构这一核心思维方法，站在学生的立场思考问题，设置科学合理的教学环节和教学方式。基于此，分别进行了如下的流程设计。

3.1  递进式教学流程

递进式教学流程意在激发学生的主观能动性，引导学生一步步向前探索未知世界，在一系列层次鲜明的探究活动中逐步完善对连接体模型的认知，进而走向课后延伸，有利于拓宽学生认知视野。教学流程图如图1所示。

3.2  发散式教学流程

相比于递进式教学流程，发散式的教学流程显得较为跌宕起伏，由于认知冲突的存在，该方式的教学过程势必具有一定的挑战性，发散式的探究历程不断丰富学生的认知经验，有利于形成正确认知。教学流程图如图2所示。

4  教学重难点突破对比

4.1  教学重难点及突破策略对比

连接体问题作为高中物理的难点内容之一，对学生的物理学科素养提出较高的要求。因此，在进行教学策略的选择与优化时，教师需要进行学生角色扮演，推敲学生可能遇到的困难和困惑。表3为两种方式的教学重难点及突破策略。

由表3可知，在突破重难点的学习要求方面，发散式教学设计高于递进式，这就决定了突破重难点策略上的差异。尽管如此，两种方式的重难点突破设计还是存在以下三个相同点：围绕一个核心——通过教学活动实现建构连接体模型;实现多样化——多种媒介载体、多样活动相互交融，形成一体;达成相同意图——构建“师——生学习共同体”。

4.2  教学重难点突破关键环节

4.2.1  基于递进式教学设计的教学重难点突破关键环节例析

递进式教学设计重在突破学生由已知到未知的认知难点，其最大的亮点在于侧重启发学生走向横向的深度学习，按照同向运动型连接体——反向运动型连接体——不共线方向运动型连接体三种类型展开。

4.2.1.1  案例1——模型构建环节设计

课件展示：火车和牛犁地图片。

问题1：生活中经常可见奔驰着的火车、牛犁地等场景，如果我们要从物理角度去描述这些场景，往往需要建立物理模型。那么，我们该如何建立物理模型？在建立物理模型时，要注意哪些问题？（师生互动后，展示模型建构成果，如图3所示）

学生活动1：学生观察火车、牛犁地图片，通过小组讨论得出相应的物理模型。

设计意图：在情境导入的基础上，选择典型的实例，以图片形式创设情境，引导学生通过小组合作的形式完成模型建构的体验，为后续的探究学习做铺垫。

4.2.1.2  案例2——反向运动型连接体模型创设情境环节设计

课件展示：阿特伍德机（如图4所示），介绍阿特伍德机物理学史材料。

学生活动3：了解阿特伍德机物理学史，自主完成模型建构。

设计意图：以物理学史为媒介，鼓励学生自主体验模型建构过程，提升学习效果，引出对反向运动型连接体模型的探究。

4.2.2  基于发散式教学设计的教学重难点突破关键环节例析

相比之下，发散式教学设计则侧重启发学生走向橫向的深度学习，以认知冲突作为思维起点和发散点。以实验演示现象为中心点向外发散，内在逻辑上按照“‘正’式探究”——“‘反’式探究”——“‘变’式探究”三个环节逐步推进。

4.2.2.1  案例3——“正”式探究环节设计

课件展示：如图5所示的装置中，一质量为M的小车置于倾角为θ的粗糙倾斜长木板上，长木板底端固定一轻滑轮，质量为m的钩码通过细绳绕过定滑轮系于小车，细绳方向平行于长木板斜面。已知重力加速度为g，小车所受阻力大小恒定且满足f=Mgsinθ，不计轻绳与滑轮之间的摩擦，现在由静止释放小车，请尝试解决下列问题：

（1）画出小车、钩码的受力分析示意图;

（2）求小车运动加速度a的大小;

（3）细绳对小车拉力T的大小;

（4）画出-M图象;

学生活动2：基于学案中本题答题情况进行小组讨论，解决4个问题;利用实物投影仪进行学习成果展示。

设计意图：题图实际上是实验装置经过简化处理得到的模型图，本题以学生熟悉的实验情境为背景，引导学生在模型建构的基础上运用所学知识解决实际问题，考查学生对物理观念的掌握水平。

4.2.2.2案例4——“反”式探究环节设计

课件展示：如图6所示，启发学生思考此时小车和钩码运动状态的差异。

学生活动3：在教师的引导下分析此时小车和钩码的运动速度大小关系。

设计意图：在分析小车运动时受力发生变化的同时，利用分析推理的方式引导学生发现小车和钩码的运动速度存在关联问题。

5  感悟与启发

基于上述的分析发现，从模型建构的视角审视“探究连接体问题”的教学设计，递进式与发散式各有特色。由此得出以下的启示：

首先，教师要树立教学平衡的教学观。新形势下的高中物理教学设计应把握好教与学两个出发点。在比较研究中，兼顾教与学的课堂教学活动设计有利于师生之间在课堂教学活动中充分成长，有利于构建灵动而高效的物理课堂，有利于促进学生学科核心素养的形成。

其次，教师要树立以学生为本的学生观。通过比较分析，不同的设计思路之间具有差异性与兼容性并存的特点，要让物理学科核心素养在物理课堂中真正落地，教师还需要深入研究学生，从学情实际出发，从学生的实际需要出发，优化教学设计，让教师的教学设计思想与学生的课堂生成、素养形成过程进行无缝对接。

再次，教师要树立素养先行的教师观。在新课程背景下，以落实核心素养培养目标的教学设计应当常态化。这就要求物理学科核心素养首先应当在物理教师心中生根发芽。在比较分析两种方式教学设计过程中，对不同教学设计的差异性、兼容性的解读过程需要教师本身具备过硬的必备知识和关键能力。因此，物理教师应当主动作为，争取素养先行，让物理学科核心素养真正在教师心中落地生根。

6  结束语

在对两种方式的教学设计的对比研究中，分别从“线”式递进探索与“面”式发散拓宽两个层面感受了模型建构这一思维视角的独特魅力。在差异性与兼容性并存的对比研究中，感悟到了探究性教学的精髓，而探究性教学的“魂”在于独立的思考和探索的实践[ 2 ]。因此，在新课程背景下，高中物理教师在进行教学设计时，应当努力贯彻让物理学科核心素养落地的时代要求，牢牢把握住教师与学生、教与学之间的辩证关系，让课堂教学成为物理学科核心素养的聚焦阵地，同时也成为教书育人的发散起点。

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（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 陶昌宏.探究性教學的“魂”—— 独立的思考，探索的实践[J].物理教师，2012，33（3）：1-5.