指向学生学习的高中物理教学设计

蔡千斌

（浙江省温岭市新河中学，浙江 温岭 317502）

1 高中物理教学设计要直接指向学生的学习

课堂教学的对象是学生.学生的学习既是课堂教学的出发点也是课堂教学的归宿.因此，教师的教学设计要直接指向学生的学习.高中物理的教学设计自然不能例外，本文提出的“指向学生学习的高中物理教学设计”是一种紧紧围绕高中物理课堂教学中的核心知识，直接指向学生的困惑，针对学生的困惑设置情境、提出问题，通过课堂的互动解决学生的困惑，然后激发学生产生新的困惑的教学设计.那么，“指向学生学习的高中物理教学设计”有什么特征、执行时需遵循哪些原则、操作时又有什么模式，这是本文试图解决的3个问题.

2 “指向学生学习的高中物理教学设计”的基本特征

2.1 关注学生的困惑

“指向学生学习的高中物理教学设计”需紧紧围绕高中物理教学中的核心知识，针对学生的困惑进行具体的教学设计.教师要针对学生的困惑设计教学情境、提出教学问题，让学生充分展示自己的各种想法，然后切中学生的要害，一举破解关键的问题.例如，在“涡流”的教学中，当学生知道“整块金属处在变化的磁场中时金属内部会产生如图1所示的涡电流”后，他们会推想，圆柱形强磁铁在开有直缝的铝管内竖直穿过时，这种铝管内无法构成图1所示回路的涡电流.所以就误认为，当开有直缝的铝管竖直放置，圆柱形强磁铁在穿过铝管时，管内不会产生涡流.在这里，教师就要设置具体的实验，暴露学生隐于内心深处的困惑，才能实现富有针对性的教学.

图1 涡电流

2.2 注重学生的展示

“指向学生学习的高中物理教学设计”注重学生的展示，要求学生把自己心中真实的想法展示出来，以理论推导的形式或实验验证的形式展示自己的思考结果.这样做能有效地避免“教师将自己的观点强加于学生身上”此类现象的发生.通过展示，不仅使学生的思维变得更加严谨，还可使学生获得成功的体验，享受到学习的快乐，激发他们产生进一步学习的动力.

例如，在落体快慢的讨论中，在学生提出不同的看法时，教师就提供器材让学生自主选择器材来证明自己的观点.其中，教师提供的器材是：1张报纸、两张相同的16K复印纸、1个光盘、两张同光盘相同大小的白纸、粉笔头.

学生1认为，重的物体下落快.他是这样展示的：将1张报纸揉成一团，将1张16K白纸平铺展开，两者从同一高度同时释放，结果重的报纸先落到讲台桌上.

学生2认为，重的物体和轻的物体下落一样快.他是这样展示的：将1张同光盘同样大小的白纸揉成一团，将1张16K的白纸也揉成一团，两者从同一高度同时释放，结果重的物体与轻的物体同时落到讲台桌上.

学生3认为，即使质量相等的物体，形状如不同，下落也不一样快.他是这样展示的：两张质量相等的纸，1张揉成一团，另1张平铺展开，从同一高度同时释放落到讲台桌上，结果纸团下落快.说明在质量相等、形状不同的条件下，纸团下落快.

学生4认为，形状相同、质量不同的物体，重的下落快.他的展示是这样的：如图2所示，将“形状和光盘相同的白纸”与光盘在同一高度处同时释放，结果重的光盘先下落到桌上.

师：形状相同、质量不同的两个物体是否一定都是重的物体下落快呢？

图2 光盘下落快

学生5认为，形状相同，质量不同的物体，下落也可一样快.他的展示是这样的：如图3所示，在同一高度处同时释放光盘与白纸，则几乎同时落到桌上.

教师只要给学生机会，学生就会展示出许多教师意想不到的想法.然后教师根据学生展示的真实想法，寻找原因，找到问题的突破点.

3 “指向学生学习的高中物理教学设计”的基本原则

3.1 弹性预设

“指向学生学习的高中物理教学设计”提倡以“弹性预设”为基本原则.教师的预设不能固化，高中物理的课堂教学一旦沿着固定的预设走，就会禁锢学生的思维，使课堂教学变得死板而缺乏生机与活力.例如，在关于落体下落快慢的讨论中，学生的思路就不可能都是沿着以下的逻辑顺序进行：先想到可能重的物体下落快、再想到可能轻的物体下落快、最后想到可能重的物体与轻的物体下落一样快.课堂教学的设计不能严格地按上述的顺序进行.教学设计时，教师一定要考虑到“如何激发学生的思维、如何顺着学生的思路”来推进课堂的教学.因此，我们的教学设计应当是弹性的，不能固化的.弹性预设的好处是使课堂教学变得更为灵活，随着学生的有效生成而随时调整，从而更加契合学生的实际思维.

3.2 相信学生

“指向学生学习的高中物理教学设计”提倡以“相信学生”为基本原则.教师不应包办学生的所有，要相信学生能发现问题、相信学生能解决问题.如果教师不相信学生的能力，只是凭自己的经验讲教师自己的想法，势必扼杀了学生的创造性.而实际上，学生的很多想法往往超越了教师的经验.因此，在高中物理教学设计中，教师只需提出合适的问题，设置必要的引领，相信学生就会得出应有的结论.

例如，在前面所讲的自由落体运动的教学中，5位学生均通过自主选择的器材证明了自己的观点是正确的.但5位学生有5种观点：（1）“重的物体下落快”；（2）“重的物体和轻的物体下落一样快”；（3）“质量相等、形状不同的纸团与纸片，纸团下落快”；（4）“形状相同、质量不同的物体，重的物体下落快”；（5）“形状相同、质量不同的物体，下落一样快”.5种观点，对应的实验都能证实是正确的.5种不同的观点在不同的条件下均成立，看起来有点复杂.如将观点（1）、（4）合并，观点（2）、（5）合并后，还有3种观点.这时，学生就迷糊了，到底是什么缘故，好像与想象中的并不一样，凭直觉，这个现象的背后应当有一个更为简洁的物理规律.那么是什么引起了有这么多种答案？这时，需要教师做必要的引领.首先，让学生从落体悖论的讨论出发，发现“重的物体下落比轻的物体下落快”的结论是有问题的.其次，让学生分析观点（3）、（4）、（5）的条件，运用控制变量的思想，学生容易得出正是由于空气阻力的干扰，影响了我们对物体下落快慢的思考，然后让学生用牛顿管实验来验证自己的想法.最后，播放“美国宇航员在月球真空的环境下重锤与羽毛同时下落”的视频.至此，水到渠成，学生顺利地得出落体快慢的总结性结论.（1）在真空的环境下，重的物体与轻的物体下落一样快.（2）在有空气阻力的干扰下，重的物体与轻的物体下落时，有时重的快，有时轻的快，有时一样快，这要视空气阻力干扰的程度而定.

4 “指向学生学习的高中物理教学设计”的设计模式

“指向学生学习的高中物理教学设计”的设计模式如图4所示.首先，教师摸准学生的困惑，知晓学生已经知道了什么，还在哪些地方弄不清楚.然后，教师设置情境或设置问题，击中学生的困惑，特别是挖掘出学生的隐性困惑，再通过师生互动、生生互动的方式揭示问题的本质，澄清学生心中所隐藏的困惑.在原有困惑解决的基础上，学生可能会产生新的困惑.这时，教师就要及时抓住学生产生的新的困惑，构建出新的情境或新的问题，再展开新一轮的教学循环.

下面以“涡流”一节的教学为例，谈谈“指向学生学习的高中物理教学设计”的设计过程.

4.1 教师摸准学生的困惑

学生的困惑包括以下几点.

（1）一个导线环由于能组成一个闭合的回路，所以当导线环处于变化的磁场中，导线环中会产生感应电流.但是一个金属管处于变化的磁场中，从金属管截面来看，应当是一个断路，怎么在金属管内也会产生感应电流呢？如有感应电流产生，则金属管内的感应电流又会构成一个怎样的闭合回路？

（2）一块金属处于变化的磁场中，金属块内会产生感应电流吗？如有，则金属块内的感应电流回路是怎样的呢？

（3）当一块强磁铁穿越竖直放置的空心铝管时，由于铝管中产生了涡流对磁铁会产生阻力的作用，所以磁铁下落的时间会明显变长.一块强磁铁穿越竖直放置的“从上到下开有直缝的空心铝管”时，由于铝管开有直缝，感觉铝管中不能构成闭合回路，应当没有涡流存在，但事实上磁铁穿越这根铝管时，与自由落体运动相比下落时间也变长了，这又怎么解释？

（4）将一块铝板倾斜放置，当强磁铁沿铝板下滑时，铝板中会有涡流产生吗？

然后，教师针对学生的困惑，设置情境，提出问题.

图5 跳环实验

（1）如图5所示，当左边线圈接上交变电流的瞬间，线圈中产生了变化的磁场，可看到铝环突然飞出.试解释铝环飞出的原因.

（2）利用思想实验的方法，推导一个空心铝管如处于变化的磁场中，内部会产生感应电流吗，如有，则感应电流的回路是怎样的？

（3）利用思想实验的方法，推导一个实心的铝圆柱体处于变化的磁场中，内部会产生感应电流吗，如有，感应电流的回路又是怎样的？

4.2 学生展示隐性的困惑

学生觉得一个空心的铝管、一个实心的铝圆柱没有与外界构成回路，处于断路状态，铝管或铝圆柱内不应有感应电流的产生.

教师通过对比实验：钩码穿越竖直放置的空心铝管时间短，强磁铁穿越竖直放置的空心铝管时间长.

通过师生、生生的讨论，解释实验现象.仔细观察空心铝管，不难发现，铝管虽薄，但也有一定的厚度，所以在薄铝管的横截面方向上会构成一个个闭合的回路，说明只要空心铝管中的磁通量发生变化，空心铝管内就会产生涡流.也可以将空心铝管看成是由多个金属铝环叠合而成的，每个细分的铝环都可以看成一个闭合回路，所以在空心铝管中当然存在着涡流了.经讨论，有学生提出，实心的铝圆柱体也可以细分成一片片的金属铝片.实心铝圆柱体可看成是由一片片金属铝片叠合而成.而每一片铝片又可看成是多个半径不同的同心铝环构成，所以金属圆柱体处于变化的磁场中同样会产生涡流.

4.3 师生揭示问题的本质

根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场产生涡旋电场.正是由于涡旋电场的存在，导致空心铝管、实心铝圆柱体内都产生了涡旋状的涡电流.

4.4 教师摸准学生新的困惑

教师提出新的问题：金属块与磁场发生相对运动时，金属块内会产生涡流吗？比如，当强磁铁穿越竖直放置中间开有竖直直缝的铝管时，这个不完整的铝管内有涡流产生吗？学生普遍认为不可能有.理由是：不完整的铝管的横截面是断路，无法形成闭合回路，应当没有涡流产生.

教师设置情境：教师演示对比实验.实验表明，钩码穿越竖直放置的开有竖直缝隙的空心铝管时间短，强磁铁穿越竖直放置开有竖直缝隙的空心铝管时间长.

4.5 学生展示新的困惑

学生普遍认为，不完整的铝管横截面是断路，无法形成闭合回路，不应产生涡流.这与“强磁铁穿越竖直放置开有竖直缝隙的空心铝管时间长”的事实发生了矛盾.

教师再提出新的问题：如强磁铁从铝板构成的斜面上滑下，铝板内会有涡流产生吗？

教师设置情境：教师演示对比实验.木板一端垫高，另一端置于水平面，在木板上铺一张白纸，圆柱体强磁铁置于木板的上端，静止释放磁铁，磁铁做匀加速直线运动，下滑时间较短.在木板上铺一张铝板（可保证前后两次实验倾角相等），再在铝板上铺一张白纸，然后将圆柱体强磁铁置于铝板的上端，静止释放磁铁，结果磁铁下滑很慢，下滑时间很长.

这时，学生就更糊涂了.磁铁滑过铝板，铝板内怎么也有涡流产生，这里边的涡电流怎么组成回路？

然后通过师生、生生的互动，逐步揭示问题的本质.

4.6 师生再次揭示问题的本质

经仔细观察，不难发现：不管是开有直缝的空心铝管还是薄薄的金属铝板，它们其实还是有一定厚度的，当空心铝管和薄铝板中的磁通量发生变化时，在它们的截面上也能构成一个个闭合回路，所以在它们的内部也会形成一圈圈的涡流.

5 结论

“指向学生学习的高中物理教学设计”由于紧紧围绕着学生的困惑展开，所以课堂教学更具针对性.不过，设计时要注意以下两点.

5.1 了解学生的困惑是“指向学生学习的高中物理教学设计”的设计基础

践行“指向学生学习的高中物理教学设计”，需要教师充分了解学生的困惑.只有充分了解学生的困惑，才能根据学生的困惑，设计出具有吸引力的教学情境、提出击中学生困惑的问题，帮助学生解决心中的困惑，最好还能激发学生产生新的困惑，然后进一步解决出现的问题.

5.2 相信学生的能力是“指向学生学习的高中物理教学设计”的根本保证

“指向学生学习的高中物理教学设计”是为了促使学生更好的学习.而学习是学生自己的事情，设计时教师要充分相信学生的能力，相信只要设计合理，学生一定有能力发现问题，一定有能力解决问题.设计时千万要注意教师不能起过多的干预作用，教师过多的干预会影响到学生能力的发展.尊重学生、相信学生是“指向学生学习的高中物理教学设计”的根本保障.