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初中科学概念教学的设计、组织、诊断和反思
作者：曹俊
物理教学探讨 2015年05期
一、“认识杠杆的五要素”单元教学的设计
1.运用图式和程序教学设计理论分析教学内容
初中物理学中把一根在力的作用下可绕固定点转动的硬棒叫做杠杆。
杠杆的概念简洁扼要，但实现学生的深度理解，却需要学生具有一定的观察想象能力、扎实的力学知识和熟练的作图技能（见图1）。
从图中可以看出，认识杠杆的五要素首先需要学生经历和体验以下学习活动：
（1）通过观察或想象使处于静止状态的杠杆转动起来，从而确定杠杆的支点。
（2）运用受力分析的方法找准杠杆受到的动力和阻力，用力的示意图表示。
（3）运用过直线外一点作已知直线的垂线的技能，画出动力臂和阻力臂。
（4）分析动力和阻力的作用效果，既可以是核查手段，也可以为动力和阻力方向的分析提供帮助和支持。
2.运用前测分析学生的前概念
基于以上分析，第一阶段的教学以“寻找生活中的杠杆”（特别说明不建议运用课本图例）活动作为课前作业（前测），要求学生在预习课本内容和观察生活物品的基础上，图示杠杆的五要素。教师根据学生作业的表现，统计和分析学生在各环节上的表现（见右表1），运用照片记录学生典型作业的样本共17份（典型样例见右图2），确定单元教学的起点和重难点。
在正确判断力的作用点项目上，师生评价的结果存在着较大的差异。因学生认为，只要表示出杠杆受到的力的大致位置就算正确。而在教师看来，学生必须用力的示意图，也就是一条带箭头的线段准确地示意力的作用点和方向，而且作用点必须在杠杆上，才能算正确。
仅从数据上看，画力臂错误率最高。但结合教学分析就可以知道，如果学生不能正确示意力的作用点和方向，肯定不能正确地画出力臂，而且画力臂所需的技能是最简单的（需要对小学数学基础不好的学生做出一定的补偿教学和个别指导）。因此，指导学生准确分析和图示阻力和动力是学生认识和理解杠杆的关键。
“寻找生活中的杠杆”的作业成果还表明，学生能准确地判定生活中看到过、使用过的杠杆的支点，如筷子、剪刀、杯盖乃至自行车的手闸、自卸车等。但是，当学生面对支点随解题需要或使用情况发生变化，或者是面对没有见过的复杂杠杆时，是否还能够准确地判断和选择支点值得教师关注。
二、“认识杠杆的五要素”单元教学的组织和实施
备课组讨论认为：基于生活中的实例展开教学，并在课堂上给予学生足够的时间展开作图练习，是激发学生认识杠杆的兴趣，理解杠杆的五要素的重要手段。但杠杆在生活中普遍存在，就算有再多的教学时间，也不可能把生活中所有的杠杆都画一遍。因此，需要选择典型的例子，通过适当地练习，实现学生的迁移运用。基于以上认识，第一阶段的教学中选择了以下例子做了重点的讲解和练习，每个实例讲练的平均时间约为15分钟，期间完成了杠杆平衡条件的实验教学（如表2）。
三、运用后测诊断和反思教学成果
第一阶段教学结束，选择在课本和习题中没有出现过的起重臂、羊角锤和独轮车为例，以10分钟课堂练习的形式检测学生“杠杆的五要素”的掌握情况，学生的典型错误和统计结果分别见下页图3和表3。
综合学生作业的表现和教学后测得的统计数据，可以发现：
通过一周的教学，约2/3以上的学生，能够将所学的杠杆知识迁移运用到新的情景中。3道题错2题的学生共计7人，与1题中出现多个错误的学生在数量上和人员上基本保持一致，这些学生需要教师付出额外的努力，给予个别的指导。
结合习题可以发现，学生在判断作用在杠杆上的拉力、推力、支持力时，因为找不准施力物体和受力物体，容易错误地判断力的作用点和方向。因此，帮助学生正确判断作用在杠杆上的力及其方向是学生认识杠杆的重点和难点。
拉力和支持力都属于弹力，帮助学生正确认识拉力和支持力，也会为学生将来在高中阶段学习弹力打好基础。
四、诠释与讨论
1.关于教学设计
在本阶段的课例研究中，笔者首先根据教学内容，运用图式表征与学生认识杠杆及其五要素相关的概念，结合自身已有的教学经验、学生已学的知识和技能，根据加涅的程序教学理论，将图式进一步转化为学生解决问题需要经历的思维程序，思考和分析学生解决问题必备的知识和技能，建立教学设计的模型。
教学前，设计开放性作业任务“寻找生活中的杠杆”作为前测。根据学生在前测中的表现，对比学生的自评和教师的评价，在备课组讨论和自身教学经验的基础上，决定把判断杠杆的支点、力的作用点和方向作为单元教学的重点。
根据教学设计理论研究的成果，完成精准的教学设计，理应做到更多，如分析学生学习的资源、学习的动机乃至学习机会的创造等等。因此，对于专业教师而言，在教学设计方面还有很多值得探索和研究的领域。
2.关于学习活动的组织
在教学实践的过程中，学生的学习活动主要有读图、作图和习题讲练。在实例的选择方面，主要运用的是来自于生活、课本习题的支点位置可能会发生改变的例子，采用了循序渐进，每天多学一点点的教学策略。由于在课前并没有来得及与备课组的老师们一起展开集体的研讨，更没有展开深入地对比研究，因此教学过程中所选实例的典型性，以及它们对学生的迁移应用可能造成的影响，还需要在未来做进一步的思考和研究。
3.关于变式和题组的运用
学习材料的概括水平、组织结构、学生的认知结构、学习和应用的情境等都会影响学生的迁移，而深度理解概念和熟练运用技能是正迁移得以发生的基础。一些研究表明，提供变式和运用题组会有利于学生深度理解概念。在本阶段的教学实践中，不是采用在一节课内呈现全部题组展开教学的方式，而是采用了一种松散的、每天多学一点点的方式组织教学。不同的教学需求、不同层次的学生，需要采用形式各异的教学组织方式。所以通过比较研究，发现不同教学组织方式的利弊和适用条件，也会是一个值得老师们做进一步研究的重要方向。
作者介绍：曹俊，杭州北苑实验中学（杭州 310022）。
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