基于變易理論的高中物理課堂學(xué)習(xí)研究

白玉 張紅洋

摘 ? 要：課堂學(xué)習(xí)研究是香港教育學(xué)院盧敏玲教授等創(chuàng)立的備課模式。該模式結(jié)合了日本授業(yè)研究和大陸的教研備課模式的優(yōu)點，以變易理論為依據(jù)，通過識別、確定、設(shè)計學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征，針對學(xué)習(xí)內(nèi)容的真正發(fā)生，對香港中小學(xué)產(chǎn)生了較為深刻的影響和較好的效果。文章以高中物理“理想氣體的狀態(tài)方程”教學(xué)為例，探索基于變易理論的課堂學(xué)習(xí)研究，切實提升和改進中學(xué)物理課堂實踐活動。

關(guān)鍵詞：課堂學(xué)習(xí)研究;變易理論;案例研究

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2019）5-0010-5

筆者自從教以來，發(fā)現(xiàn)教師在備課環(huán)節(jié)普遍存在一些問題，如教師不能較好地把握教材，導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)不清楚，重點不突出，學(xué)生無法準(zhǔn)確地獲取學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征和重要屬性;再如，教師的教學(xué)內(nèi)容常常不是基于學(xué)生已有的認知水平，一節(jié)課下來教師滔滔不絕，但相當(dāng)一部分學(xué)生常常得不到及時有效的指導(dǎo)而被動、低效地學(xué)習(xí)。課堂學(xué)習(xí)研究使得教師在備課過程中針對以上問題有相應(yīng)的解決策略。本文使用課堂學(xué)習(xí)研究的方法，對人教版高中物理選修3-3中的“理想氣體的狀態(tài)方程”這一課題進行實踐探究。

1 ? ?關(guān)于課堂學(xué)習(xí)研究和變易理論

課堂學(xué)習(xí)研究是香港教育學(xué)院以盧敏玲教授為首的研究團隊研發(fā)的以變易理論為依據(jù)的備課模式。它有效地結(jié)合了日本授業(yè)研究和大陸教研備課模式的優(yōu)點，并且進一步發(fā)展與創(chuàng)新。變易理論是瑞典馬飛龍博士于20世紀(jì)90年代末創(chuàng)立的。變易理論關(guān)注學(xué)習(xí)內(nèi)容，強調(diào)在關(guān)注學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征的同時，教師應(yīng)以學(xué)生已有知識為基礎(chǔ)開展變易促進學(xué)生學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)應(yīng)該是指向?qū)W習(xí)內(nèi)容的，所以需要重點關(guān)注的是學(xué)習(xí)內(nèi)容，以帶給學(xué)生更好的學(xué)習(xí)體驗與更深層次的理解。

變易理論認為，認知是審視和識別事物的關(guān)鍵屬性。而審視和識別事物的關(guān)鍵屬性可以通過有意識地利用變易圖式實現(xiàn)。在使用變易圖式的過程中要保證事物的關(guān)鍵特征不變，改變事物的其他方面的特征，促進學(xué)生對事物關(guān)鍵特征的識別和審視。

2 ? ?課堂學(xué)習(xí)研究的教學(xué)實踐

本研究的研究內(nèi)容鎖定在人教版高中物理選修3-3中的“理想氣體的狀態(tài)方程”，以內(nèi)蒙古包頭市蒙古族中學(xué)高二年級2個班級的學(xué)生作為研究對象，通過對其學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵屬性和關(guān)鍵特征的分析與研究，設(shè)計并組織教學(xué)過程（如圖1）。

本次研究課研究的問題是——理想氣體的狀態(tài)方程，它是人教版高中物理教材選修3-3第八章《氣體》的第三節(jié)。本節(jié)內(nèi)容是整章內(nèi)容的重點，同時也是整個選修3-3內(nèi)容的重點。

2.1 ? ?教學(xué)設(shè)計

2.1.1 ? ?教師經(jīng)驗分享

首先，教師先與物理學(xué)科的其他教師交流經(jīng)驗，了解其他教師的教學(xué)方法和思路，以及教師認為的教學(xué)重點和難點。

2.1.2 ? ?學(xué)生的不同見解

筆者通過先導(dǎo)測試了解學(xué)生的掌握情況。具體操作是邀請六名來自高三年級的學(xué)生進行先導(dǎo)測試，六名學(xué)生物理單科學(xué)習(xí)情況分別是優(yōu)秀、良好和較不擅長。通過先導(dǎo)測試，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于理想氣體的狀態(tài)方程掌握得很好，所以此處可以在課上少占用時間。而學(xué)生對于理想氣體的條件缺乏理解，在將攝氏溫度轉(zhuǎn)化為開爾文溫度時模棱兩可，判斷氣體變量時存在問題。因此，在設(shè)計教學(xué)時需要更多地關(guān)注這些問題。

2.1.3 ? ?前測、后測的設(shè)計

在研究課開始設(shè)計前，針對全體參加研究課的學(xué)生進行前測，了解學(xué)生的認知難點和障礙。

2.1.4 ? ?確定學(xué)習(xí)內(nèi)容和關(guān)鍵特征

學(xué)習(xí)內(nèi)容：理想氣體的狀態(tài)方程。

專項屬性：只要理想氣體的質(zhì)量一定，壓強、體積和溫度的數(shù)值必須遵守的定量關(guān)系。

關(guān)鍵特征：理想氣體壓強、體積和溫度的關(guān)系。

CF1：什么是理想氣體;

CF2：理想氣體的狀態(tài)方程;

CF3：理想氣體的狀態(tài)條件變化的識別。

2.2 ? ?教學(xué)實踐計劃（如表1）

?針對已確定的學(xué)習(xí)內(nèi)容和關(guān)鍵特征，筆者設(shè)計了課堂教學(xué)，基于變易理論，課堂有效的教學(xué)必須經(jīng)歷必要的“變易”。

2.3 ? ?第一輪教學(xué)

教學(xué)活動及變易圖式的分析：筆者利用變易圖式，為研究課設(shè)計了五個活動，體現(xiàn)了變易理論的“變”和“不變”，審辨不同的關(guān)鍵特征有助于全面理解“理想氣體的狀態(tài)方程”。

活動一：何為“理想氣體”

在教學(xué)開始，設(shè)計問題。通過展示等溫變化過程中氣體壓強隨體積變化的表格，以及等體積變化過程中氣體溫度和壓強變化的表格，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)在低溫（小于0 ℃）或者高壓（大于101.325 kPa）下，玻意耳定律和查理定律都失效。

然后，給出理想氣體的定義：設(shè)想有這樣的氣體，氣體分子本身體積完全可以忽略，分子間的作用力完全等于零，也就是說，氣體嚴(yán)格遵守實驗定律。這樣的氣體叫做理想氣體。

但是，需要讓學(xué)生注意：理想氣體是一個理想化的模型。

所以理想氣體的條件為：實際氣體在低壓（小于101.325 kPa）和高溫（大于0 ℃）的條件下，接近理想氣體。

活動二：理想氣體的狀態(tài)方程的推導(dǎo)（如圖2）

首先設(shè)置情境：一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，各狀態(tài)參量變化有什么樣的關(guān)系呢？（如表2）

分別根據(jù)找關(guān)系法的思路和中間參量法的思路解決問題。再根據(jù)查理定律得到壓強與溫度的關(guān)系，最后得到理想氣體的狀態(tài)方程。

活動三：找出理想氣體的狀態(tài)變化的條件

教師帶領(lǐng)學(xué)生閱讀一些常見的問題，并找出理想氣體的狀態(tài)變化的條件（如表3）。

活動四：課堂練習(xí)（如表4）

活動五：課堂小結(jié)

學(xué)生自主回憶并總結(jié)一節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并對比幻燈片，檢驗學(xué)習(xí)成果。

2.4 ? ?第一輪教學(xué)課后訪談與反思

課后訪談：

教師：什么是理想氣體？

學(xué)生：氣體分子本身體積完全可以忽略，分子間的作用力完全等于零，也就是說，氣體嚴(yán)格遵守實驗定律。這樣的氣體叫做理想氣體。

教師：你能否嘗試推導(dǎo)理想氣體的狀態(tài)方程？

學(xué)生在草稿紙上完成了推導(dǎo)，但是其中有出錯的地方。

反思：在本節(jié)課之后，感覺學(xué)生在學(xué)習(xí)例題2的時候，該題梯度特別大，較難理解。但是，在筆者施教的過程中，還是堅持給學(xué)生添加此難度的問題，旨在接近高考選修3-3選做題的水平。

2.5 ? ?第二輪教學(xué)

2.5.1 ? ?教學(xué)活動的修訂

在第二輪教學(xué)中，筆者做了適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動的修訂，筆者將例2置為整節(jié)課的最后一題。將活動三刪除，將原例題2直接放在課堂練習(xí)中，并且注重在練習(xí)中總結(jié)和滲透解題方法。這讓課堂的主線更明確，學(xué)生在練習(xí)了4道練習(xí)題后做例題5更容易理解，整體效果不錯。

2.5.2 ? ?前測、后測結(jié)果分析

第一輪和第二輪每輪教學(xué)后，都會進行學(xué)生后測。后測題的內(nèi)容基本與前測題相同。通過對比前測數(shù)據(jù)和后測數(shù)據(jù)，教師可以了解學(xué)生學(xué)會了什么，同時了解學(xué)生還沒有掌握的地方。以下統(tǒng)計是兩輪前測、后測數(shù)據(jù)的比較分析：

題一：“理想氣體狀態(tài)方程圖像的理解”的前測、后測數(shù)據(jù)如圖3所示。

通過以上數(shù)據(jù)可以分析，兩輪過程均有提升。本題屬于圖像問題，在等溫條件下，氣體體積和壓強的變化關(guān)系成反比，在圖像上體現(xiàn)為雙曲線。但是很多學(xué)生無法應(yīng)用，單純地認為很多圖像都是正比關(guān)系，因此選錯了選項。應(yīng)該說本題具有一定的迷惑性。

題二：“理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用”的前測、后測數(shù)據(jù)如圖4所示。

本題在后測階段答對的學(xué)生幾乎占九成，說明學(xué)生可以初步應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程。本題涉及到兩個過程，首先是等溫過程，體積減小，隨之壓強應(yīng)該增加;第二個過程是等容過程，溫度升高，隨之壓強也應(yīng)該增大。

題三：“理想氣體狀態(tài)方程的簡單計算”的前測、后測數(shù)據(jù)如圖5所示。

通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)兩輪教學(xué)中都有超過八成的學(xué)生掌握了理想氣體狀態(tài)方程的簡單計算。但是也發(fā)現(xiàn)，兩輪測試中仍有兩成的學(xué)生在后測中沒有回答正確，說明這部分學(xué)生在課上的收獲很小。而這種情形出現(xiàn)以后，他們也必定無法完成之后的練習(xí)。

題四：“理想氣體狀態(tài)方程的一般計算”的前測、后測數(shù)據(jù)如圖6所示。

在第四題中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在挑戰(zhàn)有一些難度的理想氣體計算題時，有一定程度的提升。但是經(jīng)過對比后，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在第二輪教學(xué)中的提升更加明顯，說明課堂學(xué)習(xí)研究的應(yīng)用有一定的效果。在本題中，第一問重點考查的是等壓情況下氣體體積和溫度的變化關(guān)系，第二問考查的是氣體壓強與受力關(guān)系的結(jié)合。對于學(xué)生來說具有一定的難度。

題五：“理想氣體狀態(tài)方程的一般計算”的前測、后測數(shù)據(jù)如圖7所示。

通過題五的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，第二輪教學(xué)過程中學(xué)生的提升較大。而本題考查的是理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用，屬于一般難度的問題，但是由于涉及到情境，學(xué)生還存在審題難的問題。

3 ? ?總結(jié)與反思

3.1 ? ?課堂學(xué)習(xí)研究是提升教學(xué)質(zhì)量的一種有效方式

在進行了兩輪的研究課之后，我們通過分析前測、后測的對比數(shù)據(jù)，課后訪談以及教師課堂觀察等方法，證明課堂學(xué)習(xí)研究是一種十分有效的學(xué)習(xí)模式。我們看到，學(xué)生在前測、后測中的完成情況有所提升，課后訪談中對知識點的掌握有更深的認識，同時學(xué)生整體在課堂上表現(xiàn)得更加自信從容。這些都說明這種方式主導(dǎo)下的課堂教學(xué)要明顯好于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，同時也要比當(dāng)前很多教學(xué)模式都要更為有效。

3.2 ? ?課堂學(xué)習(xí)研究有助于加深學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解

通過本次研究，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)教師明確學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征以后，學(xué)生通過對這些特征的審辨可以明顯加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。在眾多的學(xué)習(xí)理論中，課堂學(xué)習(xí)研究的一個突出特點就是關(guān)注學(xué)習(xí)內(nèi)容。因此，在課堂學(xué)習(xí)研究中，為了教師的教能夠更有利于學(xué)生的學(xué)，也就是在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生必須有更多的機會能夠親身經(jīng)歷學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征的變易，教師必須安排有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的環(huán)境，讓學(xué)生能夠?qū)W到預(yù)期的、有意義的、有價值的學(xué)習(xí)內(nèi)容。因此，為了能夠更好地實現(xiàn)教學(xué)效果的提升，教師在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、溝通能力、高階思維能力的時候，也同時要更好地考慮學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容最適合培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)能力。

3.3 ? ?課堂學(xué)習(xí)研究有助于促進教師的專業(yè)發(fā)展

本文教師在備課的過程中，與傳統(tǒng)的課程準(zhǔn)備存在明顯區(qū)別。教師可以通過和其他教師交流了解課程的重點和難點，通過與上屆學(xué)生的訪談了解學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容理解的欠缺部分，通過前測了解所要授課的學(xué)生的掌握水平。這些都帶給教師更多的經(jīng)驗。

而教師在確定學(xué)習(xí)內(nèi)容的過程中，通過“對照”“類合”“區(qū)分”“融合”四種方法在備課階段厘清學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容面對的難點和關(guān)鍵特征，設(shè)計出有利于審辨學(xué)習(xí)過程的變易圖式。這個過程在促進學(xué)生審辨過程發(fā)生的同時，也增強了教師對于課程內(nèi)容把握和分析的能力。

最后，在教師對比前測、后測數(shù)據(jù)之后的總結(jié)階段，也可以積累經(jīng)驗，大幅度提升自己的能力。而且整個過程都伴隨著教學(xué)研究的方法，通過對課堂學(xué)習(xí)研究的應(yīng)用，同樣可以增強教師教研的能力。

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（欄目編輯 ? ?趙保鋼）