基于目标矩阵法的新课标物理实验教材实例分析

熊小丽 刘志娟 谢伟

1 广西师范学院 南宁 530023

2 南宁市第四十一中学 南宁 530200

1 前言

《基础教育课程改革纲要（试行）》[1]指出：课程标准是教科书编写、教学、评估和考试命题的依据。2012年秋季，广西实施《广西普通高中课程改革实施方案》，拉开广西课程改革的帷幕。高中物理新课程旨在进一步提高学生的科学素养，要求从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。教材分析是教学活动的开端，也是教师进行教学目标设定的前提。因此，教师如何对教材正确把握和分析无疑是新课改下教师面临的一大挑战。教材分析的方法有很多种，目标矩阵法是一种系统分析的方法，用其来分析教材，可以使得教材内容层次化和简洁化，有助于教师对物理教材的分析和把握，进而进行有效教学。

2 目标矩阵

在用ISM法分析教材时，为了决定要素间的层级关系，需要进行复杂的运算，当教材中要素太多时计算量太大，这给教师带来很大的困难。目标矩阵法与ISM法具有相同的原理，但是避免了许多复杂的计算，仅以一些简单的操作就能达到ISM法的效果。这种方法在学校教学中具有很好的使用效果[2]。用目标矩阵法进行教材分析的步骤：1）制定教学目标；2）决定具有形成关系的直接低级目标；3）目标矩阵；4）按目标水平分类；5）形成关系图。

3 目标矩阵法实例分析

本文选取的教材是人教版高中物理新教材（必修1）。此教材是由人民教育出版社按照《普通高中物理课程标准（实验）》的要求编写出版的，在我国使用范围大、影响广，是我国目前各种同类教材中的典型代表，也是广西新课改首选的教材。牛顿第二定律是连接运动学和力学的桥梁，掌握和理解这节的知识点对学生来说至关重要。鉴于此，笔者认为对牛顿第二定律进行教材分析具有很好的代表性。

3.1 制定教学目标

“牛顿第二定律”学习的教学目标G：能准确表述牛顿第二定律，理解牛顿第二定律是连接运动学和力学的桥梁；能运用牛顿第二定律分析和处理简单的生活问题。

基于给定的教学目标，考虑到学习的前提知识和学习课题的引入方法。前提知识：R1，三角形定则；R2，平行四边形定则；R3，依据实验目的确定研究对象；R4，能根据y=ax的函数，绘制正比例函数图像；R5，能根据y=1/x的函数，绘制反比例函数图像。

与给定目标具有形成关系的低级目标：1）依据研究对象采取控制变量法进行实验；2）依据实验内容设计表格记录数据；3）能根据实验记录的数据在坐标系中进行描点，并用光滑的曲线进行连接；4）能指出F、m、a三个量中F和a为矢量，m为标量；5）能根据a-F图像判断加速度和力成正比；6）能根据a-m图像判断加速度和质量成反比；7）依据大量实验和观察到的事实总结一般性规律即牛顿第二定律F=kma；8）在F=kma式子中，F指的是物体所受的合力；9）在国际单位制中k=1，即牛顿第二定律数学表达式为F=ma。

表1 直接低级目标

3.2 决定具有形成关系的直接低级目标

如果教师认为学生在对知识点A进行学习之前必须先掌握知识点A1，则称A与A1之间具有“直接关系”，并称A1为A的直接子知识点。以这种方法得出“牛顿第二定律”课题中各目标的直接低级目标如表1所示。

3.3 目标矩阵

目标矩阵是基于低级目标（表1）做出的。将各种水平的低级目标在横轴与纵轴上进行排列，排列的顺序没有特殊的要求。以位于横轴上的目标为高级目标，若位于纵轴上的某一目标是横轴上某目标的直接低级目标，则在二者交点的位置处置1。例如，位于横轴上的8是以R1和R2作为直接低级目标的，因此在这两个目标的交点位置处置1，如图1所示。依此法，对应于横轴上的各个高级目标，按照表1中给出知识点之间的关系，分别在相应的交点位置处置1。由此可得到图1这样的目标矩阵I。

3.4 按目标水平分类

根据目标的水平不同，可对目标进行分类。目标分类可通过对目标矩阵的一定操作而得到。这种操作可按从低到高的方向进行[2]。首先观察目标矩阵I（图1）的横轴。对应于R1、R2、R3、R4、R5等5个低级目标所在的列均无“1”出现，这表示R1～R5这些知识点不存在直接低级知识点，所以，它们是目标层次结构中的底层。实际上，这些知识是作为课程学习的前提知识，所以，它们作为目标体系的底层是容易理解的。位于底层的低级目标是一种水平最低的低级目标，根据实际的目标分类情况，称之为第10类目标。

图1 目标矩阵（I）

图2 目标矩阵（II）

图3 目标矩阵（III）

观察目标矩阵的纵轴，将第10类目标与目标R1～R5所在行上的1全部置为空白，由此构成目标矩阵Ⅱ，如图2所示。在图2中，观察横轴上各低位目标所在的列，除第1层目标R1～R5对应的列外，1、4、8所在的列全部为空白（不存在“1”）。这类目标被列为第9类目标。

同样，将纵轴上的目标1、4、8所在行上的“1”全部置空，由此得到图3所示目标矩阵（III）。

除第10类目标和第9类目标所在列全部为空白外，目标2和目标9所在的列也全部为空白，目标2和目标9列为第8类目标，得到图4所示目标矩阵（IIII）。

如此类推，可得到低级目标按不同水平的分类表（表2）。

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基于上述的实际分类情况，各级目标的水平随分类号的数值增加而下降，第一类目标为给定的教学目标，是目标体系中级别最高的教学目标。

3.5 形成关系图

根据目标水平，将同一水平的目标排在同一水平线上，第7类低级目标位于最底层，第一类位于最高层，并将各级目标的形成关系以箭头表示，由此得到图5形成关系图。

3.6 根据关系图进行分析与研讨

从图5可知，在进行牛顿第二运动定律的教学时，第一层是最低级的目标，也就是学生学习的前提知识；第二层就是要学生知道学习这节时是采取控制实验变量法进行实验，在F=ma中3个量代表是矢量还是标量，同时也要知道F是合力；接下来到第三层就是要指导学生依据实验内容设计表格记录数据和引入k；到第四层就要求学生根据记录的实验数据在坐标轴上描点；第五层就是根据a-F和a-m图像判断加速度与力和质量的关系；到第六层就根据实验和观察得到的事实和k=1得出F=ma，即本节最终要学习的知识点牛顿第二定律。这样教学逻辑就非常紧密，教学思路也一目了然。同时研讨之后，教师在教学中还应注重对学生思想观念和心理的影响，联系实际生活，即让学生感受到物理学在认识自然上的本质性、深刻性、有效性。另外，在教学过程中特别是实验中，教师应引导学生进行必要的讨论。

4 启示

物理学是科学课程的一部分，其知识点是具有内在逻辑的零散知识，看似零散但又具有内在的联系。

对教材知识点的逻辑分析对于教师来说至关重要，同时作为课堂教学活动的组织者、领导者，教师在新课程改革的前提下更应该科学地使用好高中物理新教材，有效地进行课堂教学，使学生学到物理科学知识的同时，提高科学素养，真正达到新课改的教学目标。通过这个实例的分析，笔者得出几点启示。

4.1 落实教学目标，善用教材分析法准确分析教材

《广西普通高中课程改革实施方案》[3]指出，高中物理新课程旨在进一步提高学生的科学素养，要求从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。物理学本身就是科学知识、科学过程与思维方法和科学价值观的统一体。三维目标乃是物理学的本质在物理课程中的反应。而利用目标矩阵方法进行教材分析，可以使得知识点的逻辑性更加清晰明了，同时又提高了教材分析的效率。也可以从深层次解释各要素之间的关系和结构。在分析教材中结合课程标准中的相关要求，把握各个知识要素的前后关系，组织科学有效的教学活动，对于物理教学具有非常大的现实指导意义。

图4 目标矩阵（IIII）

4.2 重视科学探究，实现教学方式的多样化

教学是教师与学生相互活动的过程，教师在新课程改革的前提下应尽可能地创造多样化的问题情境，通过探究性学习、参与性学习、体验性学习等学习方式，使学生从被动的接受者转变成学习的主体。教师不能剥夺学生主动学习的权利，应该相信学生，放手让学生去探索去发现，让学生能够主动地得到发展。学生先通过分析思考，自己得出结论，之后在与他人的交流中逐步完善修正自己的观点[4]。这样才能激发学生的好奇心与求知欲，引导学生积极主动地参与学习活动，使学生在获得知识与技能的过程中学会学习、学会研究，形成积极的情感态度与价值观，提高科学素养。

图5 形成关系图

4.3 教学紧密联系生活实际，实现“书本是科学的世界”

在使用目标矩阵法得出教材的层级关系后，经过探讨，物理教学应引导学生从身边熟悉的自然现象和生活现象出发，探索和认识物理规律，联系生活实际，分析学生的心理特点，让他们体会到物理学在社会进步中的作用，真正懂得“从生活走向物理，从物理走向社会”。

5 结论

教材分析的方法很多，目标矩阵法是一种高效简单的教材分析法。特别是对物理学这样的科学课程，通过使用目标矩阵法，可以很好地理清教材各知识点的逻辑联系和层级关系。新课改教材也有了很大的改编，做好教材分析是每个高中物理教师的必修课，也是做好教学设计的前提。使用目标矩阵法分析教材无疑是教师的首选。然而在用目标矩阵法分析教材时，虽然运用了比较精准的矩阵分析，但前提是教师要根据自己的教学经验分析出每个环节所涉及的知识点以及前提知识，所以教师更应该具备丰富的知识，让目标矩阵这个教材分析法的效果最大化。

[1]基础教育课程改革纲要（试行）[EB/OL].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2002/content_61386.htm.

[2]傅德荣,章慧敏.教育信息处理[M].北京：北京师范大学出版社,2006：80-82.

[3]广西普通高中新课程物理学科教学指导意见（试行）[EB/OL].http：//www.gxedu.gov.cn/Item/8843.aspx.

[4]孔德刚.高中新教材的几点教学建议[J].观察视角,2012(5)：156.