遵循认知规律 重视过程方法＊——建构主义理论指导下的课堂教学设计

张 林 何 龙

（1.清华大学附属中学，北京 100094；2.清华大学附属中学永丰学校，北京 100094）

好的教学设计是成功课堂的保证，而教学设计的优劣则由学生的学习效果来评判.建构主义学习理论认为学习是学习者基于原有的知识经验，进而生成意义、建构理解的过程.因此课堂教学就应以学生的认知水平为出发点，遵循学生的认知规律组织课堂，针对物理学科更是如此.物理是一门十分注重科学逻辑的自然科学，要求学习者能够用科学而严谨的方法去探寻自然世界，课堂教学活动要以学生为主体，同时贯穿物理学科方法的渗透无疑是十分必要的.本文就以“磁现象”一节为例，谈一下中学物理教学设计及物理实验教学的一点想法.

一、了解学生的认知基础，设计有针对性的学生动手活动，进行系列“磁”概念的教学

“磁现象”的知识所包含的内容较多，涉及磁体、磁极、磁化、磁场、磁感线等一系列与“磁”有关的物理概念与模型，其中磁场的特性和磁场的描述是这部分内容的重点和难点.如何能在40分钟的教学时间里将“磁体”和“磁场”的内容讲完，而且讲出新意，让学生学到知识、掌握方法呢？

备课之前对学生的基本情况进行了调查，了解到学生在小学阶段的科学课上曾学习过磁的有关知识，学生知道磁性、磁极的基本知识，了解同名磁极相排斥、异名磁极相吸引的特性，知道可以利用磁体制作指南针等知识和常识；另外，学生在日常生活中以及用具、玩具上经常看到磁体的应用，如“门吸”“磁扣”“磁画板”等，所以学生对“磁”并不陌生，这些都是应用建构主义理论组织课堂教学的有利因素.所以相比于传统教学“磁现象”一节的内容有所增加，将重点放在让学生认识磁场上，而在概念教学部分，则是教师通过提供硬币、磁体、大头针、小磁针、指南针等用品（图1）设计了一组学生活动方案，利用活动唤起回忆，总结要点.下面是学生活动方案的内容和次序：

1.磁体上的哪些部位吸引大头针的个数最多；

2.辨别小磁针红色一端是N 极还是S极；

3.请用实验材料找出这间教室哪一边是北方；

4.让1元硬币吸起5角硬币.

图1 教师提供的自主活动材料

学生经过几分钟的操作，完成了四项任务.在教师的提问下分组进行了展示和总结，在第三个问题上，多数同学都是根据指南针红色指针（N 极）的指向直接判断空间方位，但各组同学找到的“北方”却各不相同.“现象”与“事实”发生了碰撞，极大地激发了学生的求知欲.这是为什么呢？当提示学生将条形磁体与蹄形磁体远离小磁针再进行实验时，所有小组的“北方”完全相同，至此学生们恍然大悟，原来放在指南针附近的磁体影响了指针的指向，从而让学生对“磁场的作用”有了一个感性的认识.

这样，通过建构主义的学习理论组织教学活动，让学生在已有知识的基础上发展和修正自己的认识，既提高了课堂的效率，又充分体现了以学生为主体，教师为主导的教学原则.

二、巧用微视频，展现操作细节，规范操作过程，带领学生顺利参与实践探究，提高课堂教学效率

40分钟的一节课要完成这么多的教学内容，如何提高时间利用率，把更多的时间留给学生，是教师需要思考和解决的问题.本节课学生动手探究的主要活动是通过小磁针的受力特点画出条形磁体的磁场分布特征.为了提高教学效率，笔者所在的物理组在课前精心完成了整个实验操作过程的录制，并进行了精简和编辑，做成了3 个微视频，通过特写等镜头展示实验操作的要点，将平时5分钟才能完成的演示压缩在2分钟内完成，大大节省了时间.出于演示的需要，还在拍摄视频时针对某些不易观察的细节采用了特写、慢镜头等方式进行了处理，并且加上了文字提示，配合PPT 的展示，让学生清楚地了解到“用什么做，怎么做”.下面是教学过程中用到的两个视频的截图.

图2 教学中用到的视频截图

通过教学实践的反馈，我们发现，尽管备课时录制微视频花费的时间较多，但课堂上的教学效率和学习效率却大大提高，对提高课堂教学内容的容量是有帮助的.

三、精心设计物理实验，借助“转换法”将抽象问题形象化，突破教学难点，展现物理实验和物理科学方法的重要性

本节课的教学重点和难点是磁场的描述——磁感线.搭好台阶，帮助学生通过自主探究、师生合作学习理解磁场是客观存在的一种物质，并能通过小组活动独立找到条形磁体的磁场分布特征、画出磁感线是本节课着力要突破的内容.

相对于磁场和磁感线的知识，初中学生的逻辑思维能力和空间想象能力相对薄弱，又是第一次接触“场”的概念，这需要教师在教学手段上借助转换等方式“形象化”地表现磁场的有无以及磁场的特点.因此，教学中设计了一系列的实验，起到了很好的教学效果.

（一）磁屏蔽

磁场是一种客观存在的物质，教材是从它对小磁针施加作用的角度进行逻辑推理，强调不直接接触的磁体之间是通过磁场发生作用的.由于磁场看不见、摸不着，不易被学生认可.我们在教学中利用磁屏蔽的思路，通过对比让学生认识到磁场的存在，见图3（a）至图3（d）.

如图3（a）所示，先让木块靠近静止的小车，由于同名磁极相排斥，小车受斥力发生运动.紧接着再做以下3个实验：

如图3（b）所示，在木块和小车之间放置塑料板，木块向小车靠近，小车受斥力运动.

如图3（c）所示，在木块和小车之间放置铝板，木块向小车靠近，小车受斥力运动.

如图3（d）所示，在木块和小车之间放置铁板，木块向小车靠近，小车不运动，甚至是朝着铁板运动并被吸在铁板上.

图3 应用磁屏蔽说明磁场的存在

在如图3（d）所示的情况下，教师将铁板迅速提起移走，能够明显地发现小车被排斥，远离木块.通过正反两个角度的论证，学生认识到在磁体周围的空间中确实存在某种看不到的物质，这种物质可以穿过空气、玻璃和铝板，但却穿不过铁板，这种特殊的物质就是磁场.

（二）阵列式磁感线演示仪

在磁感线教学中，根据小磁针在磁场中的受力情况不能清晰地认识磁场的分布状况，而要通过铁屑的排布来引入磁感线.若直接由小磁针过渡到铁屑（更微小的磁针），学生不容易理解这样做的原因，就连教师都感觉比较突然和牵强，不能突出物理学的研究方法.所以，我们设计了阵列式磁感线演示仪（图4）

图4 阵列式磁感线演示仪的应用

由小磁针的空间分布到图4中诸多软铁片的排布情况，增加了实验数据量，能看出磁针受力分布的基本特征.教师引导学生通过图4（a）、图4（b）的对比，初步看出磁场的空间分布情况，而且，随着中间的磁体的旋转，众多软铁片的指向同时发生变化，体现了磁场分布的动态转换，为讲解磁感线的空间分布打下铺垫.这个实验还为进一步撒铁屑、看分布、找规律提供了启示，借助进一步的铁屑分布实验，让学生通过更多、更全面的数据判断磁场的分布特征，既达到了教学目标，又体现了由定性到定量、从离散数据到大数据的科学研究方法.

四、立足生活，联系高科技发展现状，引导学生树立“科技兴国”“科技强国”“科技报国”的思想感情

如何让课堂的知识教学与情感态度价值观教育融为一体，浑然天成，就需要在教学资源的准备上下功夫.本节课精心准备了两个视频，一个是大众自造无轮车，另一个是关于阿尔法磁谱仪的介绍.

“大众自造无轮车”激发了学生对磁动力学的兴趣，提高了学习热情，同时也为磁斥力的教学埋下伏笔.而“阿尔法磁谱仪的使命”不仅介绍了该磁谱仪的基本工作原理，而且提到了中国在阿尔法磁谱仪工程中的作用和科技交流中所受到的不公平待遇，让学生通过视频领会科技兴国在国际政治、经济、科技的大舞台中的重要性，认识到当今中国需要的不单纯是“中国制造”，更需要“中国创造”.通过这样组织资料进行教学活动，不仅开阔了学生的视野，丰富了课堂教学的内容，而且很好地渗透了情感态度价值观的教育，一举多得.

教学有法但无定法，随着网络的广泛应用，教学资源的积累并不是很困难的事情，但教学设计的角度则是教师教学软实力的体现.当代的教师不仅要学习教学论，还要学习一定的心理学知识，在备课过程中既要备知识，也要备学生，了解学生的认知基础，根据实际情况采用合理的教学方法进行教学活动.从建构主义学习理论出发并设计的“磁现象”教学设计是众多教学法中的一例，在这里加以介绍，仅供广大教师参考.