基于SWH模式的“探究平抛运动”教学设计

邓文清 周航 桑芝芳 高雷

[摘 要]SWH模式是一种将论证和写作融入探究实验的教学模式，能提升学生的科学论证能力。文章基于SWH模式将“探究平抛运动”教学过程分为五个环节，以提高学生参与课堂论证的积极性，培养学生的物理学科核心素养。

[关键词]科学论证;SWH模式;平抛运动

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）05-0048-03

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中将科学论证列为科学思维的基本要素之一，科学探究中也包含了科学论证的相关要素，由此可见科学论证在中学物理教学中的重要性[1]。那么如何在物理教学中培养学生的科学论证能力？SWH（Science Writing Heuristic）模式是一种行之有效的教学方式。国外已有研究表明将SWH模式应用于实验教学之中，可培养学生的科学论证能力、元认知能力和自我批判的科学态度等[2-5]。

一、SWH模式简介

物理是一门以实验为基础的学科，但教师在实验教学中常忽视学生的独立思考，出现许多“食谱式”的实验活动[6]。基于此背景，1999年Keys和Hand提出了将写作和论证融入科学探究的SWH模式，SWH模式通过将实验活动与同伴讨论、阅读、写作相结合，明确问题、程序、数据、证据和主张之间的联系，从而促进学生对科学概念和规律的理解[7]。该模式可以在课堂教学中促进学生独立思考、交流讨论、质疑批判，能更好地帮助学生深入理解物理概念和规律，培养学生的科学论证能力。

SWH模式包含一系列与科学活动相关的写作提示，要求学生通过规范的推理形式来协商理解科学本质。该模式有两个组件：教师模板与学生模板[7]。教师模板（如表1）包括一系列建议的活动，教师可以使用该模板来创建适合特定实验活动的任务和问题。此模板共有八个阶段，根据实验活动的具体情况，教师可以组织学生重复进行3至6阶段。学生模板（如表2）内的问题形成了一个启发式结构，以培养学生独立思考和阐述想法的能力，教师可以直接呈现这些启发式问题或根据具体的实验重新编写问题。

二、基于SWH模式的“探究平抛运动”的教学设计

（一）研读课标，分析教材

“探究平抛运动”是高中学生必做实验之一。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中要求学生能认识平抛运动的物理模型特征，在做该实验时能明确实验需要测量的物理量并由此设计实验方案，能通过对数据的分析发现其中的特点，进而归纳实验结论，并尝试对其做出解释，能撰写简单的实验报告[1]。

“探究平抛运动”为人教版高中物理必修第二册第五章第三节的内容，在学习本节之前学生已经学过曲线运动和运动的合成与分解，此时学生并不能直接观察得出平抛运动的特点，但对研究曲线运动的物理思想和方法已经有了一定的了解，为本节能够在教师指导下通过自主活动进行学习打下了基础[8]。该课程安排符合学生的认知发展规律，体现了实验教學的重要作用。教材并未给出具体确定的实验方案和操作程序，而是给出两个以问题串形式展开的实验方案和一个参考案例，辅助学生设计实验方案探究平抛运动的特点，为学生提供更加开放的实验环境。

（二）教学思路

本文以SWH模式为基础，结合《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》对本节的要求，考虑学生的知识结构和能力基础，以学生思维活动为主线设计“探究平抛运动”的教学思路（如表3）。

2.实验前的活动，包括非正式写作、观察、头脑风暴和提出问题。 1.开始想法：我的问题是什么？ 环节2：指导实验，收集数据 3.参与实验活动，收集实验数据。 2.实验：我做了什么？ 环节3：分析数据，构建主张 4.协商活动Ⅰ：为实验活动撰写个人对数据意义的理解（如日记、写作等）。 3.观察：我看到了什么？

4.主张：我的观点是什么？

5.证据：我是如何得到这个观点的？我得到这个观点的原因是什么？ 环节4：讨论阅读，深入理解 5.协商阶段Ⅱ：在小组中共享和比较数据（如制作小组图表）。

6.协商阶段Ⅲ：将自己的想法与权威观点比较（如教科书、其他印刷资料、教师观点等）。 6.阅读：我的观点与其他观点相比有何异同？ 环节5：反思转变，进行写作 7.协商阶段Ⅳ：个人反思和写作（如制作海报、实验报告、有说服力的文章、多媒体演示）。

8.通过概念映射，探索教学后学生对概念的理解。 7.反思：我的观点是如何改变的？ ]

（三）教学流程

环节1.创设情境，明确问题

教师活动1：请学生参与套圈游戏并提出问题（套圈落地的位置和哪些因素有关？怎么才能成功套准？若不计空气阻力套圈在空中做什么运动？这种运动的特点又是什么？），用多媒体展示标枪、铅球等的运动，引导学生总结平抛运动的概念。

学生活动1：根据已有知识和生活经验，总结平抛运动的概念。

教师活动2：明确问题并在学生已有知识（平抛运动的概念、运动的合成与分解、牛顿运动定律）的基础上利用问题串（应该如何对曲线运动进行研究？从哪两个方向分解平抛运动？为什么？）启发学生猜想。

学生活动2：在明确所要研究的问题后提出猜想，并以文本或图形的形式进行记录。思考如何设计实验验证猜想，小组讨论给出研究思路。

设计意图：利用套圈小游戏引入研究课题并适时提出问题，既能够激发学生的学习兴趣，又能引发学生思考，使学生积极主动地建构知识，而不是被动地接受知识。通过科学写作进行记录可以促进学生对物理概念的理解。

环节2.指导实验，收集数据

教师活动：介绍平抛运动实验仪（如图1）的结构原理及使用方法，指导学生设计实验方案（用定量的方法设计实验）并进行实验。

学生活动：设计实验方案，使用平抛运动实验仪进行实验，并通过录像记录小球经过相等时间间隔所达到的位置（数据记录表格见表4）。

设计意图：本环节学生在小组讨论和教师指导的基础上设计实验方案，通过平抛运动实验仪进行实验、收集数据，以培养学生的自主探究能力和动手能力。

环节3.分析数据，构建主张

教师活动：指导学生处理实验结果（数据处理结果表明，相等时间间隔内小球水平位移近似相等，竖直位移之差[Δ y]也近似相等，利用逐差法可求得竖直方向加速度与重力加速度g），进行误差分析。

学生活动：通过实验数据的处理，得到证据支持或修改自己的主张，以提纲、表格、笔记等形式记录探究过程。

设计意图：学生需要根据实验数据支持或修订主张，并以文本的形式进行记录，在实验证据的基础上进行书面论证，建立对平抛运动特点的正确理解，为学生独立思考创造条件，这样有利于培养学生的科学论证能力。

环节4.討论阅读，深入理解

教师活动：引导学生进行组内讨论并给出权威观点，倾听学生代表发言。

学生活动：展示自己得到的结论和推理过程，参考权威观点，进行小组讨论并修订自己的主张，每组推选出学生代表发言，重点阐述所得结论（平抛运动水平方向为匀速直线运动，竖直方向为自由落体运动）和推理论证过程。

设计意图：在组内和组间展开讨论，小组派代表运用各种证据以小组笔记、演示文稿、海报等形式展示结论和推理论证过程，便于教师和其他学生提出批评或建议，从而培养学生的沟通交流能力、论证能力和自我批判的科学态度。

环节5.反思转变，进行写作

教师活动：总结学生发言并进行板书，帮助学生明确科学论证的过程。

学生活动：在以上环节的基础上，整理手稿并撰写实验报告。

设计意图：SWH模式在学生探究的过程中为学生构建自己的主张提供了空间。学生通过写作进行回顾和反思，发现自身主张的发展和转变过程，体会科学论证在物理学习中的魅力。

SWH教学模式在物理教学中要结合分组实验活动进行，教师在教学设计时要根据实验的具体情况灵活使用该模式，把握其核心理念，做到真正以学生为中心，以促进学生思考探究。本教学设计通过套圈游戏引入，以激发学生的学习兴趣。在教学过程中启发学生理解“化曲为直”的物理思想，引导学生猜想平抛运动的特点并设计实验，鼓励学生自主构建对平抛运动的理解，引导学生讨论并反思，结合语言论证和书面论证使学生对平抛运动的理解更加深刻，同时体会完整的论证过程。

[   参   考   文   献   ]

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]  GREENBOWE T J，POOCK J R，BURKE K A，et al. Using the science writing heuristic in the general chemistry laboratory to improve students’academic performance[J].Journal of chemical education，2007（8）：1371.

[3]  CHEN Y C，HAND B，PARK S. Examining elementary students’development of oral and written argumentation practices through argument‑based inquiry[J].Science & education， 2016（314）：277-320.

[4]  HAND B，NORTON‑MEIER L A，GUNEL M，et al. Aligning teaching to learning： a 3‑year study examining the embedding of language and argumentation into elementary science classrooms[J].International journal of science and mathematics education， 2016（5）： 847-863.

[5]  HAND B， SHELLEY M C， LAUGERMAN M， et al. Improving critical thinking growth for disadvantaged groups within elementary school science：a randomized controlled trial using the Science Writing Heuristic approach[J]. Science education，2018（4）： 693-710.

[6]  HAND B，KEYS C W.Inquiry investigation[J].The science teacher，1999， 66（4）：27.

[7]  KEYS C W， HAND B， PRAIN V， et al. Using the science writing heuristic as a tool for learning from laboratory investigations in secondary science[J]. Journal of research in science teaching， 1999（10）： 1065-1084.

[8]  人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.物理必修第二册[M].北京：人民教育出版社，2019.

（责任编辑 易志毅）