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高中物理教學有效設問模型的構建策略
一、高中物理教學有效設問的具體表征
要使問題設置有效,我們首先要對有效設問的具體表征做一個歸納。
(1)設置的問題與全班大多數學生的智力和已學相應物理知識發展水平相適應。并關照了班級中不同智力與物理學習水平學生的差異性需求。
(2)問題的設置能從不同層次和不同的角度激發起學生進一步學習與探究物理概念的欲望,能引發學生的思趣。
(3)問題的設置能直接、迅速地引導學生進入與問題相對應的思維情境之中,并有助于實現教學過程中的各項具體目標,進而從整體上實現課堂教學的三維目標。
(4)設置的問題富有啟發性。既能使學生自省,又能引發學生思維的多樣性(適度的發散)。
(5)設置的問題用語精確,無科學性錯誤,意思清楚。并能做到一個問題的解決有助于多個問題的連環解決。
(6)設置的問題提出的先后有序,富含強烈的物理知識邏輯或知識點的轉承關系。
二、物理課堂教學的有效設問模型的構建與論證
依據有效設問的具體表征,我們創建了有效設問的四維模型,具體說明如下。
任何課堂教學都是以時間為序展開的,同樣有效設問的提出順序也必須以時間為序。所以我們選取時間為一個維度,使設問按時間的先后依次排列在時間軸上展開,而每一個設問由“教學目標”、“學情分析”、“設問層次和方式”三個維度進行定位,如圖1所示。
由上所述,我們不難看出,有效設問成功實施的關鍵在于對所設問題的“定位”和“展開”。“定位”需要綜合考慮“教學目標”、“學情分析”、“設問方式”三個維度,而“展開”則應主要考慮該問題在整個教學時間鏈中的地位和發問時機或順序。
1.有效設問的定位
(1)教學目標維度的說明與論證
在教學中,教學目標必須細分到課堂的各個教學環節中才有價值和可操作,否則問題就會失去基本的內容和核心,變得空洞或不著邊際,而教學目標最好的呈現方式就是教師針對具體細分目標的設問。所以,結合具體的教學內容與《普通高中物理課程標準》對該內容的定位,綜合考慮該設問如何達成課程標準所倡導的“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態度與價值觀”三個維度的教學目標是確保問題設置有效的前提。當然,需要說明的是,不是所有的問題都一定要包含三個維度的教學目標,有些問題可能只是涉及其中一個維度的某一部分。
對于有效問題的設置,重要的是要具有三維目標的融入意識和積極尋求有機融入的契合點,而不能為追求形式而生硬地表現在所設問題當中。例如,在“超重與失重”的教學中,神舟五號飛船在回收途中,楊利偉向控制中心報告了什么?他是如何感知降落主動傘已經打開?使學生在運用牛頓運動定律解釋超重現象的同時,無形地進行了愛國主義教育。這個場景問題的設置就融入了牛頓第二定律知識的應用和情感教育兩個方面。
(2)學情分析維度的說明與論證
建構主義的學生觀認為,學習者并不是空著腦袋進入學習情境中的。在日常生活和以往各種形式的學習中,他們已經形成了有關的知識經驗,他們對任何事情都有自己的看法。即使是有些問題他們從來沒有接觸過,沒有現成的經驗可以借鑒,但是當問題呈現在他們面前時,他們還是會基于以往的經驗,依靠他們的認知能力,形成對問題的解釋,提出他們的假設。所以我們教學不能無視學習者的已有知識經驗,簡單強硬地從外部對學習者實施知識的“填灌”,而是應當把學習者原有的知識經驗作為新知識的生長點,引導學習者從原有的知識經驗中,生長新的知識經驗。所以,我們有必要在有效設問中考慮學情分析維度。
在具體的教學中,我們必須認真分析學生已學相應物理知識的發展水平或已有的生活經驗,同時還需要考慮實際全班大多數學生的智力水平以及班級中不同智力與物理學習水平學生的差異性,盡量使不同程度的學生都能從所設問題中得到相關信息引起積極思考并組織回答。
例如,在“多普勒效應”教學的課堂引入中,學生已經初步具備了一些關于音調高低和聲音大小區別的知識,但初中所學知識遺忘率高,所以必須對知識重喚。我們準備了一臺齒輪轉盤機和硬塑料片,首先慢速轉動齒輪轉盤,讓學生熟悉低頻的聲音信號,接著逐步加快轉速,又讓他們感受高頻的聲音信號,再播放摩托車靜止鳴笛聲和高速駛來鳴笛聲的變化進行對比,體會多普勒效應現象的本質。由此設計了如下系列問題:①塑料片振動聲音有什么變化?②是聲音的什么發生變化引起的?③摩托車靜止鳴笛聲和高速駛來鳴笛聲有何區別?④請你嘗試解釋為何出現這種現象?
再例如,在選修3-1模塊里,“閉合電路的歐姆定律”這一課堂教學中,學生已經在高一化學必修課當中學過“化學原電池”的知識,而在這之前,學生又做了串、并聯電路研究的實驗。因此,一上課教師就向學生們介紹了兩位同學在實驗后所提出的一個問題:“為什么測到的電源電壓數值略小于它的電動勢?”并且還補充問:“為什么電池越陳舊,測到的數值就越小?”當這些問題提出之后,教師并不急于進行系統地講授,而是幫助學生復習和組織他們已有的知識,向他們提供探究的實驗工具組織學生自己去進行探究。
實踐證明,只有根植于學生實際情況的問題才是有效問題,才具有生命力。
(3)設問層次與方式維度的說明與論證
根據布魯姆的“教育目標分類法”,在認知領域的教育目標可分成:知道(知識)、領會(理解)、應用、分析、綜合、評價[1]。由此,我們可以按具體的教學要求設計從簡單逐漸發展到復雜的問題。相對于“教學目標維度”強調的具體教學內容的細分和預期設問效果,“設問方式維度”強調的則是通過分層設問來實現細分后的教學內容所要達成的預期設問效果。
依據布魯姆的“教育目標分類法”的教育目標分類,結合學習目標的要求,我們可以把問題分成認知性問題、理解性問題、應用性問題、分析性問題、綜合性問題、評價性問題等6個層次的問題。
落實到具體教學中,教師則應在考慮問題的設置層次大前提下,還要根據不同的教學目的和內容,采用不同的方法,在設計提問時要考慮到經常變換手法,即使是同一個內容,在不同的場合下進行提問,也要注意轉換角度,讓學生有一種新鮮感。從而使學生看到“教師是如何提出問題的”,這對學生學會“自己提出問題”能起到潛移默化的作用。
例如,在必修1的“超重與失重”的教學中,講述“完全失重狀態”的特征時,先播放所拍攝的水瓶(側面底部有孔)自由落體的錄像,設計問題:①你們觀察到了什么?②下落過程中,水有沒有繼續流出呢?③用牛頓運動定律如何解釋?(層遞式)④根據以上現象,請同學們設想一下,在太空的空間站內,處于完全失重狀態下的宇航員們是如何生活的呢?
2.時間維度的說明
“還沒有證據顯示,一種提問的順序要比其他提問的順序在提高學生成績方面更有效.”[2]但毫無疑問,設問必須依據時間順序來展開,學生認知水平的提高和思維程度的深入也是隨著課堂教學的發展而逐步深入的,問題提出的先后次序必須與之相適應。否則即使是設計非常好的問題,如果提出的時機不合適,也不能達到預期效果,當然也就不能稱之為有效的設問。
具體到物理課堂上,為了適應學生的科學思維發展需要,老師在創設問題時必須按照時間和物理知識的層層深入順序依次呈階梯展開。問題有序地提出,對培養學生的邏輯推理能力和學會思考問題十分有效。
例如,在“電磁感應現象”的知識分析環節,讓學生觀察不同的演示實驗:實驗①讓閉合電路線圈的一部分切割磁感線,產生感應電流;(對比線圈電路不閉合時,觀察有否電流產生?)實驗②當磁鐵插入或拔出線圈時,線圈內產生感應電流.(對比線圈電路不閉合時,觀察有否電流產生?)
在學生觀察歸納產生感應電流的條件時,我們設計如下的系列問題.
問1:4次實驗有幾次成功得到了感應電流?沒有得到的實驗有何共同特征?(得出產生感應電流的首要條件是:線圈電路必須閉合)
問2:只要電路閉合就一定能得到感應電流嗎?(引導學生對產生感應電流的其他條件的思考)
問3:閉合電路中產生感應電流的條件是什么?
答:電路中有磁通量變化。(這答案很可能是學生看了課本上的結論)
問4:你是怎么想到從磁通量的角度進行思考呢?(此時,學生無言以答,教師關鍵不要怕問)
問5:實驗1中,磁場變了嗎?
答:不變。
問6:線圈有變化嗎?(配以動畫展示線圈在垂直B方向上投影面積的變化)
答:線圈的有效面積大小在變。
問7:在實驗2中,磁場變了嗎?
答:變。
問8:線圈有效面積變了嗎?
答:不變。
問9:兩個實驗有共同點嗎?共同點是什么?
答:有,通過線圈中磁感線條數在變。
(順勢歸納出產生感應電流的條件①電路必須閉合②線圈中有磁通量變化)
問10:在實驗電路中,你能否得到感應電流?應該如何操作?
通過在教學中一問一答的引導和深入,學生找到了真正的答案,即在閉合電路中產生感應電流的條件是:通過閉合電路的磁通量發生變化。
為了驗證和加深學生對這個條件的認識和理解,再由學生自己分析實驗③中產生感應電流的過程:線圈A中通過的電流由于滑動變阻器阻值的變化而變化,同時,由此電流而產生的磁場也在變化,所以此時通過線圈B的磁通量發生變化,此時產生感應電流的前提依然是通過B的磁通量變化。
有序的問題深入,能不斷地啟發學生的思維,既可使教學內容和教學重點落到實處,又能啟發學生不斷地從自己的學習中提出問題,解決問題。
三、基于有效設問四維模型的物理課堂教學實踐
在物理教學中,知識的相互聯系緊密,而且存在著明確的遞進關系。一個新知識的構建,需要原有的知識作為基礎。知識的展開,形成了一個網絡,網絡之間的聯系,就是線索,故在高中物理課堂教學中必須以知識為線索展開。根據這一特點,我們在設計中以教學時間鏈確定在教學內容的引入、分析、歸納、應用、拓展等各個環節具體應達成什么樣的教學目標,針對各個教學環節依據四維模型圖式設計出主要問題。然后對各個環節之間的邏輯關系進行梳理,依據四維模型圖式設計好環節之間的銜接問題。最后把各環節中的主要問題逐步分解成若干個小問題,同時注意每個問題的展開順序與層次遞進關系或邏輯關系,使小問題得以串聯,與主要問題及教學內容形成一個有機整體。具體可用圖2展現。
為了更好地完善、修正、驗證課題研究成果,課題組分別在初二、初三、高一、高二各年級開展了依據本課題的有效設問規律的四維模型進行設計和實際教學,拍攝了錄像課,并組織課題組成員通過回看錄像,進行了相關的教學行為研究,及時反省自己的教學行為。
四、四維模型的實踐拓展
為了進一步量化驗證“有效設問規律的四維模型是否有效”我們還與南京師范大學物理教育研究所合作,在南京師范大學“物理科學與技術學院物理教育專業2007級的師范生(大三)”中進行了職前的有效性研究,研究主要采用觀察法與對比法。
1.研究的過程
在本研究中,我們通過脫產學習有三年教育教學經驗的教育碩士介入,對研究對象的模擬實習進行必要的干涉,通過對比研究,來判斷“有效設問規律的四維模型”對于改善研究對象的課堂提問的有效性是否有幫助。具體操作模式如下頁圖3所示。
通過培訓實驗,我們得到了一些研究數據。數據主要是在具體對象中隨機抽取的,分前測與后測部分,各部分有不同的內容主題,但前后測比較的內容是相同的。在對被測試者兩次就同一課題設計提出的問題進行分類后,得到了前測和后測的數據,并使用SPSS軟件對分類后的數據進行統計處理。
2.研究的結果
研究中我們把隨機抽取的測試者分為雙人組,要求他們分別就相同的教學內容進行教學提問設計和教學實踐,其過程用數碼攝像后對具體對象的課堂提問進行梳理,獲得原始數據,然后按問題提出的水平按布魯姆的教學目標分類法,分為創造、評價、分析、應用、理解、記憶、無效等7類。前測為“有效設問規律的四維模型”培訓前得到的數據,后測為培訓后得到數據。通過SPSS軟件對數據進行統計和處理(見圖4、圖5)。
從圖4中可以看出,在前后測中,提問水平主要分布在理解和應用層次上,理解性提問占了絕大多數。就圖形的整體分布來看,后測圖形較前測圖形重心向右移動,提問的層次有向高級發展的趨勢。
從圖5中可以看出通過一段時間的干涉后,后測與前測相比較來說,無效提問,記憶性提問,應用性提問比重降低,無效提問與記憶性提問降低比較明顯;理解與分析性提問比重有所提高,理解性提問比重增加明顯。
3.研究的結論
通過對兩圖的結果進行分析,我們可以得到這樣的結論:通過一定的干涉,即“有效設問規律的四維模型”的培訓,可以提高職前物理教師提問的層次。圖4中后測與前測圖形相比較,重心后移,說明提問層次是提高的。所以,通過一定的干涉,可以使職前物理教師課堂提問的有效性提高。圖5中后測與前測相比較,無效提問的比重降低,同時理解性提問的明顯提高,說明通過干涉,職前物理教師提問更具有針對性,更貼近真實課堂,提問的品質得以提升。
通過具體的物理教學實踐和職前培訓的效果的定量測試證明,高中物理教學有效設問四維模型可以迅速地幫助教師尋找到有效提高物理教學效率的切入點和行動主線,有效提升設問的內在品質,為物理教師,尤其是年輕的物理教師的專業成長提供了一個便于操作和復制的教學設計模式,值得推廣。
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