课堂教学设计的实例与评析

第三节　课堂教学设计的实例与评析

《物理课程标准》对物理教学过程提出了明确的要求和建议，课堂教学作为新课程实施的基本途径，无疑应当体现课程改革的精神，教学设计也就自然要以此为依据。本节通过典型物理课堂教学片断的设计，说明在教学设计中如何体现新课程的理念和要求。

一、问题情境的设计

问题是物理的“心脏”，是当前状态（教学开始前）与预期状态（教学结束后）之间存在的差距或矛盾，也是激活学生思维的动力。所以教学设计的过程实质上是一个创设问题情境的过程。所谓问题情境，是指一种具有一定困难，需要学生通过努力克服（或寻找达到目标的途径），且力所能及的学习情境（学习任务）。任何学习的愿望，总是在一定的情境中发生的。作为成功的教学，其关键就在于问题情境的创设。

例如，在进行“静电感应”教学时，可设计如下探究问题的过程。

1.启迪生疑。

教师先用毛皮与胶木棒摩擦后，把带负电的胶木棒接近验电器的铜球，发现验电器的铝箔张开，学生产生疑问：铝箔为何会张开？显然，矛盾的揭示诱发了学生的认知动机。接着教师进一步提问：“铝箔张开说明它带了电荷，但胶木棒和金属球接触到了吗？”这样便进一步使学生想到除了“接触”导致电荷转移外，还有另一种机理，此时大部分学生已被调动起“探究”的积极性，而且有了正确的思路。教师进一步点拨：“铝箔带电分开，可以肯定是胶木棒引起的，那么胶木棒的靠近为什么会使铝箔带有电荷呢？”这样，教师的实验和语言促使学生生疑、探疑并形成正确思路和积极探究的心态，激发了学生的成就动机。

2.提出假设。

对一切事物的探究活动来说，发现问题和找到症结所在是探究赖以进行的前提，提出假设则是核心。对上述问题，鼓励学生进行发散思维，提出各种假设，经共同探讨形成两类假设：其一，电荷从胶木棒中跳到验电器上去了（受闪电的启发）；其二，因为电荷同性相斥，铜球上的负电荷是被胶木棒上的负电荷沿着铜球和铜柱赶到铝箔上的。

3.实验判定。

如何判定两个不同假设的正误呢？可以通过实验来判定。先让学生把两个假设的带电情景（如下图所示）作比较，学生很快找到了两个假设中的不同。如图（a）所示的情景说明了铜球与胶木棒带有同种电荷，而图（b）所示的情景说明了铜球与胶木棒带有异种电荷。因此，判定铜球电的性质便成了判定两个假设正误的实验基础。如何判定铜球带电的性质呢？经讨论，用玻璃夹从验电器上拆下带电的可拆铜球（事先制作），靠近带有已知的某种性质电荷的通草球，可以很快地得出铜球带有与胶木棒所带电荷互为异种电荷的结论，这样便判定了后者的假设是正确的。

4.得出结论。

虽然学生已作出正确判断，但对问题的认识仍处于感性认识阶段。他们仅知道验电器上的电荷是被胶木棒上的电荷作用而分开的。因此，还要使感性认识向理性认识过渡，并上升为概念、规律。在此，进一步引导学生共同讨论，运用物理语言描述物理现象。如“带电体接近导体时，导体靠近带电体的一端将出现异种电荷，而远离带电体的一端将出现同种电荷”。这样，把前面实验中的胶木棒“置换”为带电体，验电器铜球“置换”成导体靠近带电体的一端，铝箔“置换”成导体远离带电体的一端，使问题从特殊扩展到一般，并把这一现象形象地称之为“静电感应现象”。

5.实践应用。

在明确“静电感应现象”的本质特征后，让学生思考如下图所示的问题：两个相同的一端封闭、另一端开口的短圆柱形空心金属筒，在封闭处分别挂一个通草球，把两筒的开口处接触合并。当带电玻璃棒靠近一个筒的封闭端时，通草球均分开，这说明了什么？然后先拿走带电玻璃棒，再移开两个短圆柱形金属筒，有何现象？若先移开两个短圆柱形金属筒，再拿走带电玻璃棒，又有什么现象？经过共同分析并演示，学生对“静电感应”的认识得到升华，并获得使导体带电的一种新的方法——感应起电。

在进行教学设计时，应该充分估计学生可能遇到的障碍，尽可能穿针引线般地设置好接口。教师上课时展现的是自己再创造的过程，如何把教师再创造的思维过程转化为学生再发现的过程，这是教学设计优化的关键。

二、课堂实验教学设计

物理是一门以实验为基础的科学，物理教学必须以实验为基础。能否体现这一重要观点，最终要看实验在教学上的落实情况。就课堂实验教学设计而言，有许多问题需要解决，例如：①在课堂教学的各个环节中，你打算选择哪些实验，选择的依据是什么？选择哪些器材，选择的依据又是什么？②你打算如何设计课堂教学结构，安排实验教学程序？为什么要这样安排？③你打算如何运用教学语言，边讲边演，边讲边做，引导学生观察，引导学生操作，引导学生思考，引导学生讨论，以达到一定的教学目的？④你如何实施课堂实验教学的组织和管理，使教学进程控而不死，活而不乱？等等。这些都不是一个单纯的实验技能，也不是单靠教师自身的经验就能很好地解决的问题。

【案例1】“瞬时速度”概念的教学

对于高中一年级的学生来说，正确地建立起瞬时速度的概念是非常难的。一个有效的方法就是：通过实验具体演示平均速度的测量（可用气垫导轨、光电门与计数器配合起来使用），并逐渐把位移（时间）取得越来越小（即上图中的凹点向A点靠近）。这时所测得的平均速度值会越来越趋向于某一定值，由此说明，当B点与A点越接近，通过AB这一段距离的速度变化越小，所得的平均速度越接近A点的速度。以此实验事实为依据，启发学生超越具体实验条件的限制，运用思维去继续操作“理想实验”。假如把B点与A点无限接近，作为位移来讲已经接近到了几乎只有A点，那么所测得的平均速度又是什么呢？学生的思维到了这一层次，瞬时速度的概念已经不言自明；这时测得的平均速度实际上已是通过A点时的速度了，这就可以自然地引出瞬时速度的概念了。这样做的好处是把需要用抽象的思维方法才能引出的概念转化成具体可以操作的实际问题，达到了抽象问题具体化的目的。

【案例2】“远距离输电”

在对“远距离输电”的教学中，有两个问题比较突出。一是在功率一定的情况下，输送的电压越高，电能损失越少。这个问题在形式上学生是接受了，但在思维深处却总是感到有点难以理解。二是在计算电能损失时，对输送电压、线路损失电压这两个概念搞不清楚，不知道用哪个电压来计算电能的损失。但是，如果在教学过程中把远距离输电的实验搬到课堂上来，那么问题就可以得到满意的解决。实验原理如下图所示。

在上述实验中，电源可用低压电源的交流输出端，变压器可用自耦变压器，输电线可用电阻率较大的合金丝。先让电源的电压为U₀，设此时A₀的读数为I₀，同时线路上损失的电压U₂、U₃及变压器两端的电压U₁可从电压表上读出。将交流电源电压提高到2U₀，通过调节B，使A₀读数变为，以保持输送功率不变。此时可以发现，线路上损失的电压U₂、U₃明显减少，灯L的亮度增加，实验效果十分明显，同时通过实验可使学生明确地看到输送电压U₀与线路损失电压（U₂＋U₃）的意义和本质区别，从而避免计算电能损失时经常出现的输送电压与线路损失电压之间概念的混淆。

在物理课堂教学中，应该向学生提供足够的感性材料。这些感性材料的获取，主要来自两个方面：一是从学生日常生活中的所见所闻中获得，二是从物理实验中获得。作为一名物理教师，在课堂教学的设计中，更应注重后者，因为物理是一门以实验为基础的学科，虽然学生在生活的实例中电可以得到感性材料，但从实验获得的感性材料有它独特的优点。从生活中得到的感性材料通常来自复杂的运动形态，本质的、非本质的因素往往交融在一起，从而使学生难以把握本质的东西。而实验则可以提供精心选择的、经过简化和纯化了的感性材料，使学生对物理事实获得明确、具体的认识。学生之所以对一些概念规律难以理解，其主要原因是进行抽象思维时，头脑中缺少表象的支持，而利用实验，则有助于学生形成表象，克服学习中的难点。

对于物理学中的经典实验，也应积极创设问题情境，引导学生去追溯物理学家们思考研究的源头，他们精巧的设计、独到的方法、深刻的分析，都是值得我们继承和发扬的瑰宝。例如，伽利略研究物体机械运动的规律时，曾无数次进行斜面实验，为什么选用斜面？（冲淡重力，放大时间）；卡文迪许利用扭秤实验，第一次测得了万有引力恒量，它是如何放大微小引力的作用效果的？实验原理设计中进行了哪三次转化和三次放大？等等，从中可帮助吸取物理思想的营养。

三、专题研究的教学设计

【案例3】“能源的利用与开发”教学活动设计

（1）阅览。充分利用图书馆、阅览室的资料，让学生自己在课前进行查阅。设置思考的问题有：我国（及世界）的能源情况；能源的战略意义；大亚湾及秦山核电站概况；切尔诺贝利事件的教训；环境的含义；环境中不利于人类生存的主要因素；具有应用前景的新能源和新发电方式有哪些；等等。

（2）调查。设置调查的问题有：锅炉的烟尘、汽车的尾气所造成的大气污染对居民生活的影响；浪费能源的实例；风能、太阳能等新能源在本地的利用情况；等等。

（3）讨论。考虑到目前我国对太阳能最为广泛的利用是真空管太阳能热水器，为了把理论联系实际落到实处，培养学生的创造性思维能力和想像能力，设置讨论的问题有：太阳能热水器的真空管为什么被涂成黑色；真空管太阳能热水器水箱中的水变热的原理；能否把太阳能热水器的水箱放在真空管的下方以增加稳度；在使用中，为了排除雨雪天、昼夜的影响，从能量转化的角度出发，如何进行辅助加热；设计一个利用太阳能的方案；等等。

（4）估测。为了训练学生养成分析实际问题时能抓住主要因素而略去次要因素的能力，让学生测算家用炉具的热效率；或测算电冰箱的日平均电功率。

（5）撰写小论文。目前，我国大部分农村都存在着农民焚烧麦秆、落叶等生物质能的现象，这种行为不仅造成了大量能源的白白浪费。同时也造成严重的大气污染。因此，请同学们以“提高农村生物质能的利用率，促进农村欠发达地区的经济发展”为研究课题，写一篇小论文。

根据《物理课程标准》的要求，“能源的利用与开发”所涉及的知识与技能不是教学的重点，也无难点可言，但它却为过程与方法、情感态度与价值观的教育提供了丰富的素材和话题。而许多教师认识不到这一点，在教材的处理上。常常采用讲读或在教师指导下学生阅读来完成教学任务。上述教学设计采取了专题研究的形式，较好地体现了新课程的要求。

四、课堂提问的设计

提问是教师授课中一种常用的教学手段，也是谈话法、讨论法、引探式等教学法的基础。提问艺术是教师教学艺术的重要组成部分。良好的提问艺术能优化课堂教学过程，使师生间不断地处于和谐的信息交流中，从而提高课堂教学的效果。

【案例4】“楞次定律”

学生对“阻碍”含义的理解是掌握楞次定律的关键，由于受到思维定势的影响，学生常把“阻碍”理解为“相反”。为此，教学中可设计成系列问题进行点拨：①闭合回路中原磁场方向怎样？②闭合回路中原磁场的磁通量怎样变化？③闭合回路中原磁场的磁通量增加时，感生电流产生的磁场方向怎样？减少时又怎样呢？通过讨论、演示，使学生认识到“两磁场方向间具有‘增反减同’的规律”。

当学生的思维积极向前推进去攻克难点时，教师的提问又会帮助他们开辟新的路径，接通新的联系，产生顿悟和突破。例如，学生对公式的含义不甚理解时，教师可通过提问引导他们将它与罟进行类比；学习生时，可以通过与的比较，帮助学生弄清场强的特征。

学生能否积极地进行思考和语言交流，与他们的思维是否受到“点拨”有关。教师在授课中不仅要善于巧设疑，同时还要善于导疑、点拨。当学生在学习过程中陷入困境或对某个问题发生争执而无法深入时，教师就要迅速而细心地分析学生成疑的原因，及时以适当的方式点破迷津，独辟蹊径。这时，教师要根据教科书的实际和学生的认知能力，预测学生学习新知识时可能产生的思维障碍，并通过巧妙的设疑，突破难点和关键，为学生学习新知识做好铺垫。

【案例5】“原子核的人工转变，原子核的组成”

教师可先提问：“卢瑟福的“粒子散射实验表明，原子是由带正电的核和核外电子组成。那么，原子核是否仍具有复杂的结构呢？”引导学生由天然放射现象自然地联想到原子核确实具有复杂的结构后，再问：“那么原子核是由什么组成的呢？”通过对有关物理事实进行分析、推理后，使学生确信质子是原子核的基本组成部分。至此，原子核的组成似乎很清楚了：“原子核由质子组成”这时教师连问：“原子核是否仅由质子组成？为什么？”教师将针对这一问题设计成的系列化问题进行提问讨论后，使学生领悟到原子核内可能还存在着质量跟质子质量相等的不带电的中性粒子，再引导学生通过对一系列事实的分析综合后，认识到中子是原子核的基本组成部分。这种追根究底的提问教学法，可以有效地帮助学生提高逻辑思维能力，进一步树立辩证唯物观，掌握科学地分析问题和解决问题的方法。

提问具有设置悬念的功能。这种功能无论在课堂活动中的启动阶段、深入阶段还是结尾阶段，都能充分地反映出来，并能发挥意想不到的作用。问题提出来了，学生急于知道究竟，教师却并不着急，甚至有时还预示有两个或多个答案，使学生暂时处于莫衷一是的境地，直到问题解决了，学生才放心，但教师却又来一问。这样，在设悬和释疑的矛盾运动中完成一节课内容的教学，使师生处于兴奋与和谐的思想交流中，从而提高了教学效果。

【案例6】“动量守恒定律”

讲解新课之前，教师筛选出五个问题，公布在小黑板上：①康乐球在桌上碰来碰去，它们的动量守恒吗？②为何要用钢球来做动量守恒的实验？③动量守恒的前提是什么？④你是如何理解动量守恒定律中所说的物体问的“互相作用”的？⑤中国球员的体重一般不及欧美运动员，为了提高冲撞的能力，应在哪些方面下工夫？

在“验证动量守恒定律”的实验中，先给学生提供实验器材，让学生体验如何根据实验目的去确定研究对象。接着提出如下问题，引导学生自己得出结论。

问题1：利用什么器材能使小球获得稳定的速度＇

结论：利用斜槽，并让小球从等高处静止释放。

问题2：设计怎样的碰撞过程可使实验简单又合理？

结论：其中1个球静止，两球碰撞时对心正碰。

问题3：根据提供的器材，能否直接测量小球碰撞前后的速度？利用学过的运动知识，是否可以进行物理量的转化测量？还应该设计怎样的运动过程？

结论：等高平抛，将较难测量的速度巧妙转化为较易测量的位移，等等。

问题4：请同学们自己设计其他实验方案验证动量守恒定律。

结论：两摆球的摆动碰撞；斜面上的小车碰撞（利用打点计时器）；冲击摆装置；气垫导轨，滑块和数字计数器等。

巴尔扎克有一句名言：“打开一切科学大门的都是问号。”爱因斯坦也说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”提问的方法多种多样，并非完全独立，在授课中往往根据具体情况、对象，相互渗透，灵活运用。授课时不在于“多问”，而在于“善问”、“巧问”。教育心理学的研究表明，在很多情况下，学生的兴趣和刨根问底的热情总是与其期望心理联系在一起的。学生一旦产生了某种期望，就会对与之相关的问题发生兴趣，才能表现出强烈探究的欲望。因此，教师在教学中，要努力研究学生的实际需要，紧紧抓住学生的求知心理进行设疑、导疑和释疑，只有这样，才能充分发挥提问的教学功能，促进学生思维的发展和教学质量的提高。

五、充满活力的师生互动

【案例7】教科书中有这样一道题：某人站在平板车上，用大锤敲打车的左端，在锤子的连续敲打下，这辆平板车能持续地向右驶去吗？

课堂实录如下：

教师：……现在知道：①小车不能持续地向右运动；②也不是静止不动，而是随着锤子的起落左右晃动。不过，正是因为此题不难，我在上周布置预习时，就希望大家从中找出几个高质量的“牛角尖”，让大家比一比，谁的“牛角”最“尖”。

学生A：能否让平板车向一侧运动后，不再回到另一侧呢？

学生B：他只要从平板车的一端走到另一端，就可以了。

学生C：但是，人走车也走，人停车也停。能不能让车子不停地向前运动呢？

学生D：可在车上装个风扇，不住地吹风。

学生E：还可装个水箱，水箱一侧开个小洞，让水喷出来。

学生F：其实，他只要把手中的大锤平抛出去就可以了。

教师：我也凑个“牛角尖”：刚才的讨论有前提吗？

学生G：有！车轮和地面的滚动摩擦应该是零。

学生H：还有，空气阻力可以忽略不计。

教师：还有吗？想想看，在人的双脚和车的平面之间……

学生I：对了，必须有足够的摩擦力。

学生J：老师，我有个问题，不知能不能——就是当车子前进时，天上有位仙女看中了他，把车上的小伙子一把抓去，请问，这时的车子，速度会有变化吗？

教师：啊，这个假设真是太妙了！（鼓掌）

最后，大家公认，学生J的“牛角”最“尖”！

现代教学论认为，教师在课堂教学中是与学生处于平等地位的首席。在课堂教学中，教师的参与调动了学生的情绪，师生间的互动拉近了师生间的距离，与学生进行平等的对话和交流，使教师真正成为学生学习的指导者、帮助者和促进者。学生通过讨论、合作交流，他们的学习潜能得到充分发挥，学习灵感也不断产生，同时促进了学生各种能力的培养，以及知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的和谐发展。教师在与学生的互动过程中，教学的智慧得到发挥，教学思想、教学方法不断丰富，教学能力得到提高。

教学设计没有最好，只有更好。我们所给出的示例也不是很完善的，还需要在教学实践中不断充实。但要做好课堂教学设计，教师一是要熟悉《物理课程标准》，明确要求，领会精神。二是要了解学生，教学的缘起和归宿就是教会学生学，教师的职责不仅是“the teach our student physics”，而且应是“to teach our students how learn physics”，要明白学生需要学什么，怎样学，就必须了解学生。三是要钻研教材，整体把握教学内容，明确教学目的和要求，把握教学重点和难点。四是要确定教法，通过研究教材，科学处理教学内容，精心设计教案。