遵循学生习得规律，优化物理知识“运用”设计，提高教学实效
——读《物理教学设计》体会
上海市龙苑中学 曾鸿
假期阅读了华东师范大学陈刚博士编著的《物理教学设计》一书。陈博士指出教学设计是一门以学习心理学、教学理论和教学技术的研究成果为基础，寻求解决教学问题、优化教学效果的应用性学科。该书主要面向课堂教学，阐述物理课堂教学设计理论和相应的操作程序。仔细阅读了第三章第四节“物理概念和规律‵运用′的教学设计”相关内容，进一步理解了影响知识运用的相关因素，对于开展专项的设计有了初步的认识。
概念和规律的“运用”是在概念和规律意义习得后的一个学习过程，一般做法是选择一些主要是运用所学定理、定律、概念可以解决的问题，提供这些问题给学生练习解决，伴随练习的数量增加，学生运用也逐渐自动化。如果用学习心理学的语言来解释，就是：学生经过变式练习，概括性知识由其陈述性知识表征转变为程序性知识——产生式表征，并随着运用次数增加，技能逐渐自动化。所谓变式练习，就是在其他有效学习条件不变的情况下，概念和规律例证的变化。具体来说，就是在知识习得阶段，概念和规律正例的变化有助于学生排除无关特征的干扰。在知识转化和运用阶段，题型或问题情景的变化，将有助于学习者获得熟练解决问题的技能。当然，为了更好地适应学生实际情况，在概念和规律习得的最初阶段，最好设置与原先学习情景相似的问题情景进行练习，练习题之间要保持一定的同一性。随着知识的渐趋稳定和巩固，问题类型要有变化，可逐渐演变成与原先的学习情景完全不同的新情景，以促进学生概念规则的纵向迁移、促进思维能力的发展。
研究了陈刚副教授在书中提供的案例，我现在按照书中的案例模式，以“阿基米德原理的运用”为主题尝试进行概念规律“运用”的教学设计。
教学设计案例 阿基米德原理的运用
【教学内容】
阿基米德原理的运用
【教学目标】
“运用”阿基米德原理，正确解决浮力相关问题。
【教学任务分析及教学设计】
初学者往往忽视条件的判断，看到“物体的体积”就迫不及待地套公式进行计算，造成“运用”时发生错误。因此，教学中应该重点帮助学生分析条件，通过正例与反例的分析，使学生了解阿基米德原理运用的条件及关键点。
教学环节一，考虑到本校学生多为外地务工人员子女，学习基础相对薄弱，因此，在本环节中主要以复习的方式呈现陈述性知识。让学生在相对熟悉的问题情景中练习，在进入巩固阶段后，设计教学环节二，呈现正例与反例，引发学生思考；教学环节三，通过改变问题情景来在进行变式练习，让学生在这一过程中获得解决问题的技能。
通过正反例的分析，学生将“物体沉浮情况”与“阿基米德原理”建立联系，所用的逻辑推理方法为差异法。
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场合 |
先行条件 |
结果 |
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1 |
考虑物体沉浮情况 |
浮力计算正确 |
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2 |
不考虑物体沉浮情况 |
浮力计算不正确 |
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所以，浮力计算应该考虑物体的沉浮情况 | ||
【教学过程】
第一环节
师：上节课我们用实验探究的方法，学习了阿基米德原理，如何做到理论联系实际解决具体的问题，这是我们今天的主题。请同学们完成下面3道题目：
例1：阿基米德原理的数学表达式是： 。
例2：体积为1立方分米的铁块浸没在水中，其所受的浮力为 牛。
例3：体积为1立方分米的木块（0.7×103千克/米3），漂浮在水面上时所受的浮力为 牛。
同学思考、运算，教师巡视，然后简要点评。
（点评：例1是陈述性知识，直接写出阿基米德原理的数学表达式；例2则在例1的基础上直接运用公式；例3引入“漂浮”的概念，需要综合重力、二力平衡的知识来解决该问题。）
第二环节
通过刚才的复习与练习，大家对于阿基米德原理有了初步的认识，下面再请大家完成一道例题
例1、有一个物体，质量为
教师巡视，分别让2位同学板书自己解题过程。
解法一：
解法二：
1、物体的重力
2、若物体完全浸入水中所受浮力，则
因
学生思考，分组讨论交流，分析上述两种答案哪种正确；教师巡视。
第三环节（组织学生阐述自己判断的理由）
师：经过一段时间的讨论，大家应该有自己的结论了。下面请小组派代表来说明自己的答案并阐述理由。
生1：我们认为第一种方法正确，因为
师：好的，请坐，对于前面小组的答案，有不同的意见吗？
生2：我们小组认为，第一种解法是错误的。
师：为什么？
生2：因为这种解法没有考虑到物体浮沉的情况。如果物体不是完全浸没在液体中的话，就不能用物体的体积等同于其排开液体的体积。因此，计算就出错了。
师：还有不同的方法吗？
生3：我们小组先通过物体的质量和体积，确定它的密度，计算出密度为
师：刚才同学的分析很好，因为题目没有告诉我们物体浸在液体中的情况，是部分浸没呢还是完全浸没，所以，在运用阿基米德原理解决浮力的问题时，先要判断物体是完全沉没在液体中、还是部分浸没在液体中或者说是否漂浮在液体表面。然后根据阿基米德原理或者二力平衡的原理去分析和计算，并最终解题。
为了强化同学的认识，教学中又设计一个正反例的分析环节，通过正反例的分析，学生将“二力平衡”与“阿基米德原理”建立联系，所用的逻辑推理方法为差异法。
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场合 |
先行条件 |
结果 |
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1 |
采用二力平衡的方法 |
判断正确 |
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2 |
不采用二力平衡的方法 |
判断不正确 |
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所以，漂浮物体的浮力判断（计算）应该采用二力平衡的原理 | ||
例1、海水的密度比江水大些，一艘轮船从长江驶入东海后，浮力将 （选填“增大”、“减小”或“不变”），轮船将 一些（选填“上浮”或“下沉”）。
生1：因为江水密度小，所以轮船所受浮力变小；
生2：虽然江水密度小，但轮船会下沉一些，即排开液体的体积增大，一边是增大，一边是减小，而且都不知道他们增加多少、减少多少，因此所受浮力大小变化无法判断；
生3：我们认为，轮船所受浮力大小不变。因为不管是在海面上，还是在江面上，轮船都是漂浮在液面上的，所以浮力都等于其重力，于是不变。
师：刚才第三位发言的同学讲的很好，把握了物体在漂浮状态下，通过二力平衡来解决浮力的大小及排开液体体积变化的判断，老师接下来请同学们完成例2、例3。
例2：体积为1立方分米的木块（0.7×103千克/米3），求它漂浮在水面上时露出水面的体积是 分米3。
例3：体积为1立方分米的木块（0.7×103千克/米3）漂浮在某种液体上，其中有五分之二的体积露出液面，则该液体的密度为 千克/米3。
学生练习求解，教师巡视，接着请学生说出解题思路。
学生1：……
学生2：……
师：点评学生的解题思路。刚才同学的思路清晰，过程完整。下面布置一道课后作业，请同学们进一步学习和掌握。（附，课后作业：漂浮在杯中液面上的冰块熔化后，杯中液面的高度如何变化？设冰块熔化后，杯中无液体溢出。）
总之，“运用”的含义就是教师要通过教学流程的优化设计，帮助学生将概念和规律的陈述性知识逐步转变为程序性知识，即从陈述性表征转化为产生式表征，从概念规律的“知道”向“理解”跨越，并形成运用的技能和逐渐自动化的过程。在新的概念和规律的教学之后，教师安排一定量的正反例供同学分析练习判断，让学生在互动参与中明晰推理的逻辑关系，从而把握解决问题的关键要素。通过学习和设计“阿基米德原理的运用”案例，使自己对《物理教学设计》中概念和规律的习得方式及教学结构有了一定的理解，今后将不断的运用到教学实践中，通过更多的符合教育规律的教学设计来促进学生学习方式的转变，提高教学的针对性和有效性。
上海市龙苑中学 曾鸿
2011、9、
