基于“四级三阶段”的中学物理教学设计研究

段波宇 海明兰 王骋

摘   要：“四级三阶段”是指实验类物理课程普适的一种物理教学模型，“四级”指生活、问题、实验、原理；“三阶段”指生活到问题、问题到实验、实验到原理。在学生原有认知的基础上，根据日常生活中的例子，启发思考进行提问，逐层设计实验探究，分析归纳物理原理。文章以“四级三阶段”的教学模型为指导，对“电磁铁 电磁继电器”一节进行教学设计。

关键词：四级三阶段;教学模型;电磁继电器

引言

物理学是基于观察和实验，通过建构物理模型，利用科学推理和论证，形成系统的研究方法和理论体系的基础性学科。《义务教育物理课程标准（2022年版）》提出，物理课程要从生活走向物理，从物理走向社会，注重科学探究，突出问题导向，引导学生不断探索，倡导教学方式多样化 [ 1 ]。初中阶段的学生对事物具有较强的好奇心，思维开阔喜欢提问，善于通过动手获取知识。“四级三阶段”层层递进，生活、问题、探究并存的教学过程十分契合物理学科特性、学生特点和新课标的要求。为优化教学实践，进一步提高学生学习物理的积极性，培养学生的科学探究能力，促进学生全面发展，本文以“四级三阶段”教学模型为理论指导对“电磁铁 电磁继电器”一节进行教学设计，对“电磁继电器”片断详细描述突出该教学模型的特点。

1   “四级三阶段”简介

建构主义理论认为学习是学习者基于原有的知识经验生成意义、建构理解的过程，张震[ 2 ]指出学生要积累生活活动经验，在亲自探究和解决问题的过程中习得学习方法，在实验中进行教学，在实践中促进教学。刘天罡[ 3 ]鼓励学生将物理思想融入生活，提高实验课的比重。 “四级三阶段”教学法明确提出，物理教学是实际生活、问题思考、实验验证、原理呈现的知识建构过程，并遵循循序渐进、由浅入深的规律。笔者对物理教学展开新的思考，提出了“四级三阶段”的物理教学模型，其流程图如图1所示。

在“四级三阶段”的物理教学模型中，四级分别为生活、问题、实验和原理，三阶段分别为生活到问题、问题到实验、实验到原理，国家教育现状、学生身心发展特点以及物理学科特征是“四级三阶段”物理教学思想形成的前提条件。教学第一阶段：教师根据学生对生活的求知欲和好奇心引导提问；教学第二阶段：教师针对问题引导学生进行实验探究；教学第三阶段：根据实验结果分析归纳物理原理。三个阶段既相互独立，又是相互依存，第一阶段是第二、三阶段的基础，第三阶段是第一、二阶段的深化和升华。

2   “电磁铁 电磁继电器”教学设计思路

2.1  基于“四级三阶段”教学模型设计教学的适用性分析

2.1.1 学生的认知水平和教师的教学能力[ 4 ]

皮亚杰的认知发展理论指出，初中阶段的學生已经能够采用推理、归纳和演绎的方式来解决问题。同时新课标的提出也要求教师不能简单地将知识灌输给学生，要向“创造型”的教师方向发展。“四级三阶段”的教学法以日常生活引发学生思考，进行实验验证后得出最终结论，有利于学生动手动脑配合学习。

2.1.2 物理的学科特性和教材的编排逻辑

人教版教材将本节内容划分为电磁铁、电磁铁磁性和电磁继电器三个部分，即按照物体、物体属性和物体的实际应用由浅入深的逻辑顺序编排，并以生活例子、实验贯穿整节内容。为进一步优化教学，可以在教材编排的基础上与“四级三阶段”教学模型结合，以生活例子引出物体，并结合物理学科以实验为主的特点探究物体属性，最后在原理总结中发现物体的实际运用。

综上所述，从学生的认知发展水平、教师的教学能力、物理的学科特性和教材的编排逻辑四个层面看“四级三阶段”的教学模型适合本节课的物理课堂教学设计。

2.2  教学流程

基于“四级三阶段”的物理教学模型对物理九年级第二十章第3节“电磁铁 电磁继电器”进行教学设计，具体流程图如图2所示。

3  教学案例片断

教学片段：电磁铁的运用——电磁继电器

设计理念：电磁继电器内容虽然单一，但学生容易一知半解，因此从生活例子入手，提出简单直接的问题，并在实验的基础上进行简单建模，将电磁继电器实物用简单的结构图表述，便于学生观察构造和学习工作原理，有利于学生更快接受知识。

【一级：生活】

教师活动：展示工人师傅利用按钮轻松控制巨大机器的图片和视频，如图3所示。

学生活动：思考，为什么能灵活操作机器。

【二级：问题】  按钮怎么能轻松控制机器，它是如何工作的？

【三级：实验】  电磁继电器工作实验。

实验器材：小灯泡2个、导线若干、电源2个、电磁继电器1个。

实验步骤：根据线路图连接实验仪器，如图4a所示。

教师活动：进行实验，控制开关S1、S2通过小灯泡L1、L2亮灭来展示电磁继电器工作情况。

学生活动：闭合开关S1、S2，小灯泡L1亮，继电器工作；闭合开关S2，打开开关S1，小灯泡L2亮，继电器不工作。

【四级：原理】

教师活动：带领学生将实物逐步简画为结构图（如图5所示），讲解电磁继电器的构造和原理。

电磁继电器是由电磁铁、衔铁、弹簧、触点组成，利用低电压、弱电流的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。当较低的电压加在接线柱D、E两端，较小的电流流过线圈时，电磁铁把衔铁吸下，使B、C两个接线柱所连接的触点接通，较大的电流就可以通过B、C带动工作。

学生活动：自己动手实验。

延伸活动：介绍电磁铁的其他应用——磁悬浮列车。

磁悬浮列车（如图6所示）在每节车厢“底盘”和铁轨上布置铁体，磁极相对，通电后产生磁力相互作用让列车悬浮在空气上与铁轨道表面无接触，列车与轨道形成行波磁场，加速推动列车前进，通过改变电磁铁的磁极来实现磁悬浮列车的加速与减速。

4 总结

基于“四级三阶段”的物理教学法就“电磁铁 电磁继电器”一节进行教学设计，根据“层级”划分“阶段”，设置教学过程，最终使学生掌握电磁铁、影响电磁铁磁性因素和电磁继电器的内容。“四级三阶段”的教学法不仅仅是四个层级、三个阶段的简单划分，“生活到问题”贯穿观察与问题思考；“问题到实验”涉及模型的建立、推理猜测与动手实践；“实验到原理”包含归纳总结、推理验证等物理方法。四级层层递进，三阶段环环相扣，每个过程都符合学生的认知发展水平，有利于提高学生的创新意识，培养学生的探究能力，符合核心素养的要求。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）[S].北京：人民教育出版社，2022.

［2］ 张震.以物理思想为核心的初中物理教学策略探究：以苏科版教材八年级下册“摩擦力”为例[J].教育界，2021（13）：8-9.

［3］ 刘天罡.高中物理教学中渗透物理思想方法探讨[J].课程教育研究，2020（47）：76，78.

［4］ 刘欢欢，任新成.基于PBL教学法的高中物理教学设计：以“向心力”教学为例[J].中学物理教学参考，2021，50（23）：44-46.