“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)在A層次物理概念教學(xué)中的使用

羅翀

摘 要：本文試圖圍繞教育部《課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出的培養(yǎng)學(xué)生三維目標(biāo)體系，結(jié)合中學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐，從“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)的理論簡介、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、幾點(diǎn)反思等三個(gè)方面，對該教學(xué)結(jié)構(gòu)在高中物理概念教學(xué)中的使用作粗淺探討。

關(guān)鍵詞：“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)；感知；內(nèi)化；遷移

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）6-0004-5

隨著教育改革的深入，我們深切感到要提高教學(xué)效率，離不開優(yōu)化教學(xué)過程。而教學(xué)過程的考究離不開對教學(xué)結(jié)構(gòu)的分析。因?yàn)閷?shí)施結(jié)構(gòu)性原則對學(xué)生系統(tǒng)理解學(xué)科知識、培養(yǎng)創(chuàng)造性的思維能力，并形成良好的學(xué)習(xí)方法等有著重大意義。

1 “螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)的理論簡介

教學(xué)結(jié)構(gòu)指的是進(jìn)行某種課堂教學(xué)相對穩(wěn)定的教學(xué)程序（或稱步驟）。課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，不應(yīng)當(dāng)理解為僅僅是對四十五分鐘時(shí)間作簡單的劃分或分配，而應(yīng)當(dāng)是對“教”這一特殊性的活動(dòng)過程加以考察和確定，即其包含了學(xué)科的方法論內(nèi)容。

根據(jù)對教師優(yōu)秀課堂教學(xué)實(shí)錄分析，可將高中物理課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)歸納為三種基本類型：①承接型；②螺旋型；③輻射型。

本文主要介紹“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)：感知—內(nèi)化—遷移。

感知，即指通過一些認(rèn)知過程獲得豐富的感性材料或是對具體問題的認(rèn)識；內(nèi)化，即在學(xué)生形成表象的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維加工，抽象出現(xiàn)象的本質(zhì)屬性；遷移，主要是指通過知識在新的物理背景的運(yùn)用來鞏固完善對知識的理解。在一堂課的教學(xué)中，使感知、內(nèi)化、遷移三者形成緊密銜接，交替螺旋上升的總趨勢，產(chǎn)生步步為營，一步一個(gè)腳印的升華。

2 “螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)在A層次物理概念教學(xué)中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

我校從2009年開始實(shí)行學(xué)年學(xué)分制及高中分層次教學(xué)改革，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況將學(xué)生分成A層次（特保班）、B層次（普通班）兩個(gè)教學(xué)班。特保班學(xué)生的學(xué)習(xí)成績及接受能力等比普通班學(xué)生相對更好，教師針對A、B兩個(gè)層次學(xué)生的不同情況因材施教，最終使這兩個(gè)層次的學(xué)生和諧發(fā)展、共同進(jìn)步。在我校的這項(xiàng)教改項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，2013年，筆者向全國教育規(guī)劃辦申報(bào)的課題——“促進(jìn)自主探究——高中物理專題研究性學(xué)習(xí)實(shí)施策略研究”，有幸被立項(xiàng)為全國教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度教育部重點(diǎn)課題（課題批準(zhǔn)號：DHA130284）。針對之前A層次學(xué)生物理概念學(xué)習(xí)中存在的問題和不足，我們課題組決定在A層次學(xué)生中進(jìn)行“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)。經(jīng)過近兩年的實(shí)踐，摸索出高中物理概念的“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)操作模式，現(xiàn)總結(jié)如下，以作拋磚引玉之用。

試驗(yàn)對象：2015屆高三（1）班（A層次特保班）。因?yàn)檫@種教學(xué)結(jié)構(gòu)經(jīng)常在較為抽象、教學(xué)難度大的概念教學(xué)中使用，而這種概念常需要聯(lián)想、拓深、挖掘、靈活運(yùn)用，這就要求學(xué)生有扎實(shí)的“雙基”，能較熟練地進(jìn)行聯(lián)想、類比、歸納等?；诖它c(diǎn)考慮，課題組選擇了A層次特保班學(xué)生來進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。

試驗(yàn)時(shí)間：2013—2015年，跟蹤實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)前后狀況：對A層次特保班學(xué)生物理概念的學(xué)習(xí)，在2013年和2015年，也就是在試驗(yàn)前后進(jìn)行了兩次問卷調(diào)查，現(xiàn)將調(diào)查情況對比如下：

另外，從問卷分析得知，試驗(yàn)前A層次特保班學(xué)生在物理概念學(xué)習(xí)中存在以下幾點(diǎn)問題：

1）對概念學(xué)習(xí)的重要性主觀認(rèn)識不夠。A層次學(xué)生初中物理基礎(chǔ)較好，常有些自負(fù)心態(tài)。班上有位曾是物理興趣小組的同學(xué)稱：物理學(xué)習(xí)中若能記住一些公式、定律，并用之去攻克一些難的計(jì)算題，基礎(chǔ)題就不用怕，而且一定能拿高分。孰不知，物理概念未扎實(shí)掌握，在特定的物理情景中就會(huì)張冠李戴，審題出現(xiàn)偏差，更談不上從容面對千變?nèi)f化的物理問題。

2）概念的物理意義理解不夠。很多同學(xué)對教材為什么要引入這個(gè)概念不管，認(rèn)為書上既然有這個(gè)概念學(xué)就是了。

3）概念的本質(zhì)深挖不夠。有一次復(fù)習(xí)波長概念時(shí)，一連提問了數(shù)個(gè)學(xué)生都未講到實(shí)質(zhì)，說“兩個(gè)波峰或波谷間距離叫波長”的大有人在，對“連續(xù)相鄰的兩個(gè)對平衡位置位移總相等的兩質(zhì)點(diǎn)間距離叫一個(gè)波長”中的“相鄰”“位移”“總相等”等關(guān)鍵字眼，還有很多學(xué)生不能深刻理解。

4）概念的合理遷移不夠。很多概念都有千絲萬縷的聯(lián)系，但學(xué)生不善于采用聯(lián)想、歸類、類比、圖表等方法對概念進(jìn)行記憶、理解和運(yùn)用，很多人是死學(xué)不能活用，這必將導(dǎo)致在解有復(fù)雜物理過程、多概念運(yùn)用的綜合問題時(shí)遇到很大障礙。

試驗(yàn)操作：經(jīng)過實(shí)踐，針對A層次學(xué)生，我們摸索出物理概念“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)的教學(xué)模式，如圖1所示：

1）感知──創(chuàng)設(shè)情境

對人腦的生理機(jī)制和心理學(xué)研究的成果表明：高中階段，學(xué)生的邏輯思維已占主要地位，不過在掌握復(fù)雜的抽象概念時(shí)，他們?nèi)孕枰唧w形象的支持，因此，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn)：

①要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，直觀教學(xué)

從具體的、生動(dòng)的感性材料出發(fā)，經(jīng)過分析綜合，抽象出科學(xué)的概念來。在引入新的物理概念時(shí)，通常采用三種方式：

首先，從學(xué)生所熟悉的生活事例進(jìn)行綜合概括，找出反映其本質(zhì)的特點(diǎn)，引出概念。例如，講力的概念時(shí)，可以舉這樣的例子，人推車從靜止開始運(yùn)動(dòng)，人和車發(fā)生了相互作用，使車改變了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；手拉彈簧，則彈簧形變，等等。從而總結(jié)出：力是物體對物體的作用，它的效果是使受力物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化或產(chǎn)生形變。

其次，從實(shí)驗(yàn)總結(jié)出概念。例如，講光電效應(yīng)，不是先下定義，而是通過對實(shí)驗(yàn)的分析，總結(jié)出：金屬受到射線照射時(shí)放出電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。在電磁部分，如電場、磁場、感應(yīng)電流、自感等等，都是通過對實(shí)驗(yàn)的觀察得出概念。

最后，通過邏輯推理得出新概念。特保班學(xué)生邏輯推理能力普遍較強(qiáng)，在講解一些無法直接感知、實(shí)驗(yàn)的概念時(shí)，要充分利用A層次學(xué)生的這一優(yōu)勢來讓他們間接感知得出新概念。例如，講物體的慣性和慣性定律時(shí)，可以一定速度水平拋出的球在不同表面上的運(yùn)動(dòng)為例，說明路面越光滑，受到的阻力越小，它運(yùn)動(dòng)的距離就越遠(yuǎn)。如果在沒有任何摩擦阻力的路面上運(yùn)動(dòng)，那么球能運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)呢？這個(gè)實(shí)驗(yàn)是不能直接做出的，但可通過推理得出：阻力越小，運(yùn)動(dòng)的距離就越遠(yuǎn)，若不受任何阻力的影響，則球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去，保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。由球的例子再加以推廣，便可以得出：一切物體在沒有受到外力作用的時(shí)侯，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力的作用迫使它改變這種狀態(tài)為止。

②要努力使學(xué)生完成認(rèn)識上的飛躍

概念是理性的認(rèn)識，它是將豐富的感性材料經(jīng)過頭腦的“加工”和“制作”的過程來完成的，我們要充分發(fā)揮A層次學(xué)生的主觀能動(dòng)性來完成這種認(rèn)識上的飛躍。講物體運(yùn)動(dòng)的加速度，就要列舉大量速度隨時(shí)間變化的實(shí)例（如汽車的進(jìn)站和出站，飛機(jī)的起飛和降落，物體的下落和上拋，以及導(dǎo)彈的發(fā)射，衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)等等），從而比較出它們速度變化的不同。這種不同可以用加速度這個(gè)概念來表示，它是在速度和時(shí)間這兩個(gè)概念的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對實(shí)際問題的分析比較而引出的。這樣有意識地引導(dǎo)學(xué)生，使之在認(rèn)識上有所進(jìn)展，在思維能力上得到提高。

2）深化──思維加工

在學(xué)生形成表象的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、比較、綜合、概括、排除次要因素，抓住主要因素，找出一系列現(xiàn)象的本質(zhì)屬性，形成科學(xué)概念，并用簡潔的物理語言，給出確切的表述或定義。概念建立之后，教師還要在揭示概念的主要性質(zhì)和內(nèi)涵上下功夫，使學(xué)生深化對概念的認(rèn)識。例如，在楞次定律的教學(xué)中，很多學(xué)生往往只抓住“阻礙”二字，而丟掉“阻礙”的對象的“變化”，于是便把定律中“阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化”理解為“阻礙磁通量”，而得出“感應(yīng)電流的磁場總是與原磁場方向相反”的錯(cuò)誤結(jié)論。在教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生區(qū)別“阻礙磁通”與“阻礙磁通量的變化”所表示的不同意義，這可以聯(lián)系力學(xué)中“阻礙運(yùn)動(dòng)”與“阻礙運(yùn)動(dòng)（狀態(tài)）的變化”來理解，阻礙運(yùn)動(dòng)是使運(yùn)動(dòng)停止最后速度趨于零，而阻礙運(yùn)動(dòng)的變化則是加速度趨于零，二者所表達(dá)的物理意義是有區(qū)別的，但在“阻礙”變化這一點(diǎn)上有相似之處。在此基礎(chǔ)上指出，“阻礙（磁通量）變化”所表達(dá)的物理意義為“增反減同”，即：

①當(dāng)原磁通增大，則感應(yīng)電流的磁場必與原磁場方向相反。

②當(dāng)原磁通減少，則感應(yīng)電流的磁場必與原磁場方向相同。

這兩點(diǎn)是通過對概念內(nèi)涵的揭示來理解楞次定律的本質(zhì)，也是對定律內(nèi)容難點(diǎn)的突破。

3）遷移──對比鞏固

物理概念建立之后，還須進(jìn)行知識的遷移，即通過與有關(guān)相近概念的對比，以及進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用來鞏固、深化對概念的理解，完善對概念深度和結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。該步驟應(yīng)注意以下兩方面的問題：

①要注意概念之間的聯(lián)系與區(qū)別

第一、了解概念之間的因果關(guān)系。一些物理量和物理現(xiàn)象之間存在這樣或那樣的聯(lián)系，因此，反映它們本質(zhì)的概念之間也有一定的關(guān)系。我們不但要掌握每一個(gè)概念的性質(zhì)和特點(diǎn)，還要了解它和其他概念之間的聯(lián)系，以及它們在相互關(guān)系中所處的地位和作用。A層次學(xué)生的邏輯思維較嚴(yán)謹(jǐn)，很多學(xué)生善于從事物的固有聯(lián)系來進(jìn)行推理、論證，教師可充分利用學(xué)生這一長處來進(jìn)行概念的理解和運(yùn)用教學(xué)。

案例1 討論不同頻率ν的色光在同一種介質(zhì)（真空和空氣除外）中傳播時(shí)，波速v、波長λ、折射率n及偏向角δ之間的聯(lián)系，如圖2一束白光經(jīng)玻璃三棱鏡色散后，經(jīng)研究得到如圖3所示的推論。

第二、注意區(qū)別易混淆概念。有些概念是相近的、易混的，一定要注意它們之間的區(qū)別，以免運(yùn)用時(shí)產(chǎn)生負(fù)遷移，必要時(shí)可用對比的方法闡明各自的物理意義。例如，壓力和重力，學(xué)生往往把放在水平桌面上的物體對桌面的壓力大小等于物體重力這一特殊情況，錯(cuò)誤地認(rèn)為重力即壓力。因此，我們講壓力這一概念時(shí)，除正確地理解壓力是垂直于接觸面的作用力之外，還應(yīng)指出它和重力的聯(lián)系與區(qū)別：重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，而壓力則是垂直于接觸面的兩個(gè)物體之間的相互作用，是和重力不同的彈力，它的大小可以等于重力或?yàn)橹亓Φ囊徊糠郑⒖衫梦矬w在水平面上、斜面上和豎直面上靜止不動(dòng)時(shí)的情況進(jìn)行分析，這樣就可以將重力和壓力區(qū)別開來。另外，動(dòng)量和動(dòng)能、熱量和溫度、電壓和電動(dòng)勢等等，都應(yīng)加以區(qū)別。

②在反復(fù)實(shí)踐中鞏固概念

A層次學(xué)生思維敏捷，思考問題有一定的獨(dú)創(chuàng)性。因此，我們在概念的創(chuàng)新運(yùn)用階段，主要是通過變式遷移，將概念靈活地、創(chuàng)造性地運(yùn)用于新的物理情景中，把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理概念化的模型問題，然后分析、解決問題。教學(xué)中，教師還要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)運(yùn)用物理概念的方法和規(guī)律性，提高學(xué)生思維的發(fā)散性、逆向性、靈活性等，增強(qiáng)物理概念運(yùn)用的創(chuàng)新能力。在知識遷移的過程中，既要重視問題類型的多樣性，也要有適當(dāng)?shù)闹貜?fù)；既要有單一概念的練習(xí)，也要有綜合性的運(yùn)用。選擇題、計(jì)算題、實(shí)驗(yàn)題等的訓(xùn)練都不失為是理解和鞏固高中物理概念的重要舉措。

試驗(yàn)成效和不足：經(jīng)過近兩年的“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)的概念教學(xué)，不但使A層次學(xué)生能較好地掌握高中物理概念，而且還通過概念的學(xué)習(xí)有力地促進(jìn)了學(xué)生系統(tǒng)理解學(xué)科知識，培養(yǎng)了學(xué)生在新的、特殊的物理情景中的創(chuàng)造性思維能力。三明市2015年高三上學(xué)期期末統(tǒng)考物理試題較靈活，創(chuàng)新性物理背景、實(shí)際應(yīng)用性的題型較往年更多。然而，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在此次全市統(tǒng)考中該特保班學(xué)生物理成績“985”大學(xué)上線率為58.5%、“211”大學(xué)上線率為88.5%、本一上線率為99.5%、本二上線率為100.0%。不可否認(rèn)，這必將為該班學(xué)生能更加從容自信地應(yīng)對2015年理綜高考夯實(shí)基礎(chǔ)。

本次試驗(yàn)也存在一些不足：

1）試驗(yàn)項(xiàng)目中的理論研究還比較少，有待于進(jìn)一步豐富。

2）如何通過物理概念的學(xué)習(xí)來更好地帶動(dòng)整個(gè)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)，有待于進(jìn)一步研究。

3）以前高考理綜學(xué)科省狀元的學(xué)生未出現(xiàn)，也就是尖子生領(lǐng)頭羊的培養(yǎng)還須加強(qiáng)。

4）如何使B層次普通班學(xué)生也納入此項(xiàng)試驗(yàn)有待于課題組后期進(jìn)一步探索。

3 對“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)的幾點(diǎn)反思

為了更好地優(yōu)化“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，課題組在教學(xué)中還有以下幾點(diǎn)反思：

3.1 引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新問題訓(xùn)練，擴(kuò)展“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知深度

根據(jù)認(rèn)知理論，認(rèn)知的興趣是由與已知事物相聯(lián)系的新東西而引起的。適時(shí)訓(xùn)練一些物理情景較新穎的生題，不但可以提升“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)下學(xué)生的認(rèn)知水平，而且對激發(fā)學(xué)生的求知欲和興趣也是很有意義的。

案例2 圖4（a）是在高速公路上用超聲波測速儀測量車速的示意圖，測速儀發(fā)出并接收經(jīng)反射回來的超聲波脈沖信號，根據(jù)發(fā)出和接收到的時(shí)間差，測出汽車的速度。圖4（b）中p1、p2是測速儀發(fā)出的超聲波信號，n1、n2是相應(yīng)的由汽車反射回來的信號。設(shè)測速儀勻速掃描，p1、p2之間的時(shí)間間隔△t=1.0 s，超聲波在空氣中傳播的速度是v=340 m/s，若汽車是勻速行駛的，則根據(jù)圖4（b）可知，汽車在接收到p1、p2兩個(gè)信號之間的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離是 ，汽車的速度是 。

接下來據(jù)題意可畫出幾何關(guān)系示意圖，并提醒學(xué)生汽車接收到p1、p2兩個(gè)信號之間的時(shí)間間隔并不是1.0 s。經(jīng)提示后學(xué)生就不難解決本題，他們會(huì)覺得這種解法思路新穎，解法獨(dú)特，似有“山外青山樓外樓”之感，有躍躍欲試的要求。

對于一些有條件的學(xué)校，可以引導(dǎo)學(xué)生參加一些課外的科技活動(dòng)，以及學(xué)科興趣小組活動(dòng)，活動(dòng)的過程，也是一個(gè)學(xué)習(xí)螺旋上升、提高的過程。從中可以不斷培養(yǎng)學(xué)生的求知欲，使他們不斷產(chǎn)生新的學(xué)習(xí)要求，有的甚至達(dá)到“入了迷”的地步。此外，還可以介紹學(xué)生閱讀有關(guān)的課外科技書刊，進(jìn)一步擴(kuò)展他們的視野。

3.2 引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)解題方法，提升“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知能力

解題方法是對平時(shí)解題積累的一種歸納、提高，是學(xué)生對知識的認(rèn)知得到“螺旋型”的提高后的一種成果展示。這種經(jīng)常性的方法總結(jié)可極大地提高學(xué)生分析和解決問題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造意識，訓(xùn)練思維的廣闊性、深刻性和邏輯性。

案例3 在復(fù)習(xí)《電磁感應(yīng)》一章時(shí)，電磁感應(yīng)的力電綜合問題是該章的核心問題，同時(shí)也是該章教學(xué)的重難點(diǎn)內(nèi)容。這種問題一般會(huì)涉及到以下物理規(guī)律的考查：力學(xué)中的牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、電磁學(xué)中的閉合電路歐姆定律及法拉第電磁感應(yīng)定律。

1）導(dǎo)體棒的動(dòng)力學(xué)分析

①列出力學(xué)方程（常畫出受力分析圖）：

牛頓第二定律：F合=ma，若處于平衡狀態(tài)：F合=0，其中合外力中涉及到的安培力為F安=BI感l(wèi)·sinθ。如圖5所示，要特別注意安培力方向的分析，即先用右手定則或楞次定律判斷出I感的方向，再用左手定則判斷出F安的方向。

②列出電磁學(xué)方程（常畫出等效電路圖）：

聯(lián)立上述力學(xué)方程和電磁學(xué)方程可求解出某未知量。導(dǎo)體棒在安培力和其他恒力作用下做的變速運(yùn)動(dòng)通常是加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動(dòng)，但在一定條件下，也可以做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)一般還需列出運(yùn)動(dòng)學(xué)公式等輔助方程。

教無定法，教學(xué)方法應(yīng)防止呆板單一，“螺旋型”教學(xué)結(jié)構(gòu)這種教學(xué)方法在較為抽象、教學(xué)難度較大的概念教學(xué)中使用有自己的獨(dú)特優(yōu)勢，是符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律的，但這種教學(xué)方法也不是萬能鑰匙。我們教育工作者應(yīng)根據(jù)實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)際的學(xué)生情況等因素，采取以某種教學(xué)結(jié)構(gòu)為主，并注意有機(jī)地滲透其他教學(xué)方法和手段，我們不應(yīng)“單兵種”，而應(yīng)“多兵種混合作戰(zhàn)”，這樣才能“克敵制勝”。

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（欄目編輯 趙保鋼）