基于物理教材开发的案例分析

□蒋天林

（江苏省六合高级中学，江苏南京 211500）

基于物理教材开发的案例分析

□蒋天林

（江苏省六合高级中学，江苏南京 211500）

物理教材开发是指教师在教学过程中根据教学的需要，对物理教材进行适当加工、处理、增删、更换等.教师对教材进行适当的开发，灵活处理教材，合理取舍，本着最优化的方案，实现从教材内容到教学内容的构建.教材开发要遵循：以普通高中物理课标要求为依据的原则、以学生认知水平等教学实际为主体的原则、以促进学生发展、提升物理核心素养为目标的原则等.

教材开发；教学设计；案例

一、问题的提出

教学是一门科学，是一门艺术，更是一门技术.课堂教学的有效性在很大程度上取决于教师的教学设计.我们教学后常做这样的反思：我们的教学是否顺应知识体系和学生的认知规律？能否设计出更优化的教学程序？

二、理论的探究

美国著名的教学设计研究专家马杰（R.Mager）指出：教学设计依次由三个基本问题组成.首先是“我去哪里”，即教学目标的制订；接着是“我如何去那里”，包括学习者起始状态的分析、教学内容的分析与组织、教学方法与教学媒介的选择；最后是“我怎么判断我已到达了那里”，即教学的评价.“如何去那里”即我们老师常说的如何教，这是我们教学设计中的重中之重.物理教材的开发是指教师在教学过程中根据教学的需要，对物理教材进行加工、处理、增删、更换等.合适的教学内容建立在对课程标准和教材的正确理解、对学生学习状态准确把握的基础上，蕴含着教师用教材教的理念.

建构主义理论提出，学习者是以自己的经验为基础来建构现实，来理解和建构新的知识和信息.教学不能无视学生的已有知识经验，简单强硬地从外部对学生实施知识的“填灌”，而是应当把学生原有的知识经验作为新知识的生长点，引导学生从原有的知识经验中生长新的知识经验.教材向教师和学生提供了需要学习的知识，同时也提供了教学素材与物理思想、方法，但教学内容不能完全等同于教材内容，教学不能照本宣科.教师要根据教学的需要对教材进行适当的开发，从而准确把握课标要求，明确教材编写意图及使用方法，灵活处理教材，合理取舍，本着最优化的方案，实现从教材内容到教学内容的构建.使教材作为课程资源为教学服务，真正做到创造性用教材，而不是教教材，从而提升教师统领物理学科全局的意识和驾驭教材的能力.教材开发要遵循：以普通高中物理课标要求为依据的原则、以学生认知水平等教学实际为主体的原则、以促进学生发展和提升物理核心素养为目标的原则等.

下面以人教版物理八年级（下）第十一章第一节“功”、人教版高中物理选修3-1第三章第四节“通电导线在磁场中受到的力”中安培力的方向为例说明在教学中如何进行教材开发的.

三、具体的案例

物理学是一门以观察和实验为基础的学科，物理概念的形成、规律的建立都与生活、生产实际密不可分，都要借助观察和实验手段得以落实和深化.正如诺贝尔奖得主德国科学家玻恩所言：“与其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础.”

案例一 初中“功”的概念引入

人教版物理八年级（下）第十一章第一节“功”

教材中情景引入：用叉车搬运货物时，叉车把货物从地面提升到一定的高度.叉车用力托起货物，使货物在这个力的方向上发生了位置的移动，我们看到了叉车的工作成效.

在物理教学中，我们不仅仅是要求学生理解物理概念、规律，更重要的是要让他们知道物理学上为什么要引入这个物理量以及规律的来龙去脉.教材中“用叉车搬运货物时，叉车把货物从地面提升到一定的高度.叉车用力托起货物，使货物在这个力的方向上发生了位置的移动.我们看到了叉车的工作成效”引入物理量“功”.笔者近期观摩了初二物理“功”的公开课、优质课，发现好多教师并没有理解教材中的“工作成效”的物理含义，自然也就没有讲清为什么要引入“功”的概念，功为什么等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积？

笔者认为本节课的重点首先是要让学生知道为什么要引入“功”的概念，功为什么等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积；其次才是掌握功的相关知识.也就是如何理解教材中的“工作成效”的物理含义？因此，笔者设计了如下的问题.

目标：把12袋相同的装修材料搬运到6米高的楼上，现分别采用A、B、C、D四种方式搬运：

A：每次将3袋装修材料搬运到2米高的楼上；B：每次将1袋装修材料搬运到3米高的楼上；C：每次将4袋装修材料搬运到1米高的楼上；D：每次沿水平面将2袋装修材料搬运2米.

问题1：各自需要搬运几次才能完成任务？

学生：

A：每次将3袋装修材料搬运到2米高的楼上，需要12次完成任务；B：每次将1袋装修材料搬运到3米高的楼上，需要24次完成任务；C：每次将4袋装修材料搬运到1米高的楼上，需要18次完成任务；D：每次沿水平面将2袋装修材料搬运2米，无法完成任务.

问题2：哪种搬运方式成效最大？

学生：A搬运的次数最少，所以A的成效最大.

问题3：成效与哪些因素有关？什么关系？运用什么方法寻找？

学生：运用控制变量法寻找成效与哪些因素有关；成效与每次搬运的袋子数（即搬运装修材料用的力）和高度（物体运动的距离）这两个因素有关；成效与每次搬运的袋子数（即搬运装修材料用的力）和高度（物体运动的距离）的积有关.

设计意图 通过上面的教学设计，帮助学生理解了“工作成效”，即我们为什么要引入“功”的概念，功为什么等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积，接着的讲授自然就显得水到渠成.

案例二 高中的“左手定则”规律的建立

人教版高中物理选修3-1第三章第四节“通电导线在磁场中受到的力”中安培力的方向

教材中的情景引入：把一段直导线悬挂在蹄形磁铁两极间，通电后导线会摆动，引入安培力；方向判定：教材中直接给出左手定则.

笔者认为该部分教材的处理存在不足：教材中直接给出了左手定则.教材中并没有利用实验引导学生归纳出磁感应强度方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系，向学生清晰展示科学探究的过程.因而不能使学生领悟建立新理论的科学方法，不能很好地培养学生的猜想、探究意识、科学精神和探究能力，不利于提升学生的物理核心素养.

笔者恰恰是对磁感应强度方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系通过实验让学生总结出来的，向学生清晰展示科学探究的过程.具体设计如下.

老师：如何通过实验探究磁感应强度方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系？

学生：控制变量法

（1）保持磁场的方向不变，改变电流的方向，观察导体运动方向；

（2）保持电流的方向不变，改变磁场的方向，观察导体运动方向.

按照学生的设想，我们做下列四组实验，如表1.

表1

老师：请根据实验结果总结：磁感应强度方向、电流方向和安培力方向三者间的关系？

学生：安培力垂直于磁场的方向，安培力垂直于通电导线的电流方向.

老师：直线电流的磁场、通电螺线管的磁场是如何判定的？

学生：右手定则.

老师：我们能不能用类似的方法进行表达呢，请同学们思考一下.

学生：左手定则.

老师：如何表示？

让我们再回到实验中，笔者利用自制（如图1所示）的三维空间模型表示这三个方向（如：A表示磁感应强度方向、B表示电流方向、C表示安培力方向），对实验结果进行归纳后发现：不管是实验中的何种情况，都可以用这个模型替代，来判别安培力方向.

图1

请同学们翻开书本91页，共同朗读：

伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.

设计意图利用自制的教具，将空间问题转化为平面问题，将抽象问题转化为直观问题，更贴近学生已有认知知识，学生更易接受；同时让学生从实验结果中借助教师自制的三维空间模型总结出左手定则，这是本课的难点.教学过程培养学生的探究能力、归纳能力，让学生经历规律发现的过程，提升学生的物理核心素养.

四、结束语

教材联系着编者、教者、学生，如何实现从教材内容到教学内容的有效构建，获得最大化的教学效益，这是我们每个教师不懈追求的目标.教材内容是固定的，但教学内容是可选择的.在教材内容和教学内容之间，实际上存在着许多需要重新整合、优化的地方，这要求教师有创造性教学的意识和能力，物理教师应依据教学目标、学生认知的水平、具体的教学情境以及自身对教学内容的理解，对教材内容重新进行整合、优化，合理组织教学内容，真正做到“用教材教”，达到“教无定法”、“以学定教”的境界 .