促成高中物理教师教学设计能力提升的策略与途径
一、促成高中物理教师教学设计能力提升的策略
当前高中物理教师的教学设计能力略显不足。而影响高中物理教师教学设计能力的因素主要有三个：理解物理教材的能力、理解学生学习困惑的能力和理解物理教学的能力.下面，笔者从这三个方面来谈促成高中物理教师教学设计能力提升的策略。
（一）提升“理解物理教材”的能力
1. 凸显物理教学的重点难点
一些高中物理教师由于讲得过多，结果“冲淡了教学的重点，淹没了教学的难点”.教师只有在深刻理解教材的基础上修剪无关的枝节，提取精要的内容，才能凸显教学的重点难点.比如，高中“重力 基本相互作用”一节的教学，学生在初中就已学习过力的概念、力的作用效果、力大小的测量、力的单位、力的三要素、力的图示、重力的概念、重力大小的计算、重力的方向等，高中要学习的新知识是重心的概念、物体的重心与何有关、四种基本相互作用.力的图示在后续“探究求合力的方法”实验中要用到，力的示意图是后续受力分析的基础，四种基本相互作用是了解性知识，因此教学中就要突出“力的图示和力的示意图的画法”、“重心概念”与“影响重心位置因素”的教学.力的图示、物体的重心与何有关是教学的难点.抓住高中物理教学的重难点，也就把握了高中物理教学设计的正确方向.
2. 遵循知识发生的逻辑循序
高中物理教师如能按照物理知识发生的逻辑顺序来设计教学，就会加宽学生的思维顺序.某教师教“重力 基本相互作用”时，以一个“锥体爬坡”的实验引入课题，指出在学了本节课后能解释这一现象，接着就另起话题讲力的概念、力的作用效果、力的图示、力的示意图、重力、重心、重心与何有关，然后再解释“锥体爬坡”的实验现象.“锥体爬坡”实验在引课中除了起激发兴趣作用外，没有多大的效果，反而使学生学习的逻辑顺序发生了中断.不如将“锥体爬坡”的实验放到“重心”学习之后再来演示，然后让学生解释这一现象.经过这样的调整，知识的发生才变得有序.
（二）提升“理解学习困惑”的能力
1. 理解学生是怎么学习物理的
知道了学生是怎么学习物理的，才能有针对性地“为学生的学习而设计物理教学”.比如惯性大小的教学.“惯性是物体本身固有的属性，惯性的大小与速度无关与质量有关，物体的质量越大惯性越大.”学生往往先记住这个结论，然后利用这个结论去判断物理现象.实际上，即使学生将结论背得滚瓜烂熟，但惯性的大小为什么与质量有关而与速度无关，在他们的心中还是没有搞清楚.一到关键时刻，“速度大惯性大”的念头仍会不由自主地冒出来.
2. 于学习中的障碍处设计教学
奥苏伯尔指出：“影响学习的唯一最重要的因素，就是学习者已经知道了什么.要探明这一点，并应据此进行教学.”[1]高中物理教师在了解学生知道什么的基础上，判断学生学习路径中的障碍，然后根据这一学习障碍选定解决的办法，帮助学生排除学习障碍.仍以惯性大小的教学为例来说明.教学内容是：“惯性是物体本身固有的属性，惯性的大小由物体的质量决定与物体的速度无关.”分析学生的学习障碍：教学中从“属性”一下跳到“大小”，学生的思维发生了中断.解决的办法：在“属性”（性质）与“大小”之间建立一个中间地带――“本领”，即“惯性是物体抵抗运动状态变化的本领”.理由是“属性”无法跟“大小”直接联系起来，而本领有“大小”，本领的大小能跟惯性的大小联系起来.因此教师将精力集中到“本领”这个中间地带上，才能突破教学的难点.教学中首先明确“惯性是物体固有的属性”、“惯性是物体抵抗运动状态变化的本领”、“惯性的大小就是物体抵抗运动状态变化本领的大小，因此惯性大小与速度大小无关”，然后设置情境：两辆相同型号的卡车，一辆空载，一辆满载，在相同大小的牵引力作用下，都由静止开始加速至100km/h.问：哪一辆卡车启动快？学生凭生活经验可知，空载的卡车启动快，运动状态变化快，说明空载卡车抵抗运动状态变化的本领小；满载卡车启动慢，运动状态变化慢，说明满载卡车抵抗运动状态变化的本领大.由此可知，物体抵抗运动状态变化本领的大小与质量有关，由质量决定，即惯性的大小由质量决定.
（三）提升“理解物理教学”的能力
理解高中物理教学主要指理解以下四点：（1）为什么教；（2）教什么；（3）怎么教；（4）教得怎么样.“为什么教”是高中物理教学的价值所在；“教什么”是指高中物理的教学内容；“怎么教”是指高中物理的教学方法问题；“教得怎么样”是对高中物理教学效果的评价.比如牛顿第三定律的教学.（1）明确教这节课的价值.在此之前，我们研究的都是单个物体，从牛顿第三定律开始我们研究的是两个物体.牛顿第三定律这节课是我们从研究单个物体到研究两个物体的一个分界线.（2）清楚这节课要教的重难点内容.关键是讲清定律中“总是”两字.“总是”体现在“静止物体之间”、“运动物体之间”（包括做“匀速直线运动”、“变速直线运动”和“曲线运动”的物体之间）.“总是”体现在“固―固”、“固―液”、“固―气”物体之间的相互作用.“总是”体现在接触力这样、非接触力也这样的物理现象中.（3）知道提升学生科学素养的方法.教师分析了“用手背敲桌面，手感到痛”、“人游泳时手和脚要往后划水，人才能往前游”两个例子，然后指出：第一个例子是固体与固体之间的相互作用，第二个例子是固体与液体之间的相互作用，再启发学生，“你觉得生活中还有什么样的例子能说明其他种类物体之间的相互作用呢？”学生提出：“直升机停在空中时，直升机的螺旋桨将空气往下推，对空气有往下的作用力，被往下推的空气对直升机有向上的反作用力，使直升机停在空中.这是固体与气体之间的相互作用.”学生在教师所举例子的基础上说出直升机的例子，说明所学的知识发生了内化.通过这个教学过程提升了学生的科学素养――对生活现象的物理学反思.（4）评价这节课的教学效果.教师问：“马拉车匀速前进时，马对车的拉力等于车对马的拉力；马拉车加速前进时，马对车的拉力大于车对马的拉力.这种说法对吗，请说明理由.”目的是检测学生的学习效果. 二、促成高中物理教师教学设计能力提升的途径
促成高中物理教师教学设计能力提升的途径主要有两个，开展高中物理说课活动和撰写高中物理教学故事.两者各有侧重，互为补充，相辅相成.前者是一种依赖于教学同伴的合作活动，需通过教学同伴的合作研究才能展开，如有专家的参与指导，就能迅速地提升高中物理教师的教学设计能力.这是一项针对某一节完整教学内容所开展的研究活动.后者是一种依赖于教师自身个体的反思活动，需用教学理论拷问教学事件，经教学分析，形成个性化的教学主张.这是一项针对教学内容某一局部细节或整体架构所开展的研究活动.
（一）开展高中物理说课活动
说课是一项要求说课者说清教什么、怎么教、为什么这么教的教研活动.如果在高中物理说课中能说清楚这些要素，那么上述“理解物理教学”的策略就落到了实处.它能有效地促成高中物理教师教学设计能力的提升.比如“自由落体运动”一节的说课.（1）讨论轻、重物体谁下落得快.教师演示一颗粉笔头和一张白纸在等高处释放谁先下落的实验，提出问题：是否重的物体一定比轻的物体下落快？教师让学生在提供的粉笔头、一张白纸、半张白纸这三样东西中选择合适的器材来证明自己的观点.目的是激发学生的求异思维，培养学生的质疑能力.学生将揉成一团的半张白纸与平铺的一张白纸在等高处释放，得出轻的物体下落快.学生将揉成一团的半张白纸与揉成一团的一张白纸在等高处释放，得出轻的物体与重的物体下落一样快.在不同条件下得出了三个不同的结论.为了追求科学规律的简洁性，我们循着历史的足迹探询物理的基本规律.教师介绍伽利略的“落体悖论”思想，否定了亚里士多德“重的物体比轻的物体下落快”的结论.目的是让学生经历物理思辨的逻辑推理过程，感受物理思维的伟大力量.然后提出伽利略的结论同刚才学生实验所得出的结论不一致，到底是什么原因干扰了我们对落体运动的研究？再利用“牛顿管”实验来验证伽利略的想法.比较牛顿管在“抽掉少许空气”、“抽掉较多空气”、“尽可能多地抽掉空气”的不同条件下金属片、羽毛下落快慢的实验，推想在真空环境下的实验现象，再播放月球上宇航员的落体实验.让学生经历“问题→实验→推理→牛顿管实验→月球上的实验”这一过程，充分感受到逻辑推理与实验完美结合的美妙之处.进一步明确了在不考虑空气阻力，只考虑所受重力的情况下，重的物体与轻的物体下落得一样快.由此建立了自由落体运动的理想模型.目的是让学生体验到物理模型的建立过程.（2）自由落体运动的性质.通过模型的建立，得出自由落体运动的定义，明确自由落体运动的条件.提出问题：自由落体运动是一种什么样的加速直线运动，是匀加速直线运动还是变加速直线运动？怎么证明？在学生提出方案的基础上教师做自由落体运动的创新实验.教师将“能发出紫外线的频率可调的LED频闪光源球（如频率调至50Hz）”静止释放，利用小球发出的紫外线使贴在黑板上的涂有荧光物质的光影画布感光.在光影画布上铺一张透明塑料膜，当光影画布感光后，用记号笔在塑料膜上做下记号，就可利用塑料膜来研究小球做自由落体运动的规律，求出下落加速度的大小.目的是通过创新的实验达到频闪照相的效果，以方便地研究落体运动的性质和求出落体加速度的大小.再用PPT展示一张排列杂乱的不同纬度处重力加速度值的表格，让学生寻找g的规律.目的是打乱书上表格按纬度增大g增大的排列顺序，避免一眼就能看出结果、缺少思维含量的做法.（3）自由落体运动的规律和应用.让学生通过回忆初速为零匀加速直线运动的规律来推导出自由落体运动的规律.通过破解“时间尺”测量同学反应时间的秘密达到学以致用，灵活运用物理规律的目的.
（二）撰写高中物理教学故事
高中物理教学故事是通过教师亲身经历的教学事件，包括教师自己教学中发生的教学事件和观课中发现的教学事件，运用教学理论进行教学分析，由此产生个性化教学主张的一种叙事形式.高中物理教师可采用“一则自身亲历的教学事件+教学分析+由此产生的教学主张”的写法撰写教学故事，通过分析形成自己的教学主张来提升教学设计的能力.它具有亲身经历、短小精炼、启迪教学智慧、便于改进教学设计的鲜明特征.当积累的高中物理教学故事多了后，还可将某几则相关联的教学故事组成一个“教学故事串”，提炼出新的教学主张.比如关于弹力的教学故事串.
教学故事1：教师先展示一副动漫图片：（如图1所示）一颗橡皮子弹击中动漫人物路飞的大肚.然后解说，路飞的大肚将橡皮子弹反弹回去，说明路飞的大肚对子弹有弹力的作用.
教学分析1：第一，高一学生中不识路飞为何人的有很多，只有平时喜爱动漫的同学才熟悉.教学中引用路飞的例子并不适宜.第二，一副肚皮画得这么夸张而又是静态的图片离现实生活太过遥远，且在现实生活中一颗高速飞行的玩具子弹击中人的肚皮也是一件相当危险的事情，物理教学中不宜宣扬这种危险的事情.第三，人的肚皮是柔软的，不可能将高速飞行的橡皮子弹反弹回去，这与动漫情境截然不同.第四，完全可用一个真实的简单的实验来说明弹力的产生过程.比如，被压缩的弹簧一端固定，另一端与小车接触，放手后被压缩的弹簧在恢复原长的过程中将与之接触的小车弹出去，说明被压缩的弹簧对与之接触的小车产生了弹力的作用.
教学主张1：拒绝虚构的漫画，采用真实的实验.
教学故事2：上课所用的黑板能在水平方向上沿黑板槽灵活推动.教师在黑板槽的底部放置一面平面镜，在黑板前方一两米处的桌面上安放一支亮着的激光笔，激光笔发出的光经平面镜反射后照到天花板上，然后请一位学生上台沿垂直黑板面的方向推黑板，结果天花板上的激光亮点发生了明显的移动.教师总结说，这个实验利用了“光杠杆”放大微小形变的设计思想，天花板上激光亮点的移动说明黑板受力时发生了微小的形变.
教学分析2：由于黑板槽缝隙的影响，黑板受学生推力时在可移动槽内的移动距离要远大于黑板受压发生的微小形变.因此天花板上光点的明显移动主要是由于黑板在可移动槽内的偏移引起的.因此这个演示实验是一个伪实验.
教学主张2：要真实验不要伪实验.在利用“放大法”观看微小形变的实验中，既经典巧妙又易做的当数按压扁玻璃瓶的实验，只要将一个带有细管瓶塞塞入盛满红墨水的扁玻璃瓶中，就可操作.这个实验仪器易得，操作简单，现象明显.可惜上课教师没有采用这个简易实验.
将教学故事1与教学故事2组成一个教学故事串，可以形成新的教学主张.
新的教学主张：高中物理的“实验教学观”――实验教学要多做、巧做、真做.多做实验指对于可以做出的实验就不要用图片，应多做实验用实验来说理.巧做实验指实验体现了巧妙的物理思维方法.如上述玻璃瓶实验就运用了物理学中的“放大”思想.真做实验指要拒绝虚假的实验做真实的实验.
总之，高中物理教师在开展教学设计时如始终坚持将提升“理解物理教材”的能力、“理解学习困惑”的能力和“理解物理教学”的能力放在首位，在教学反思中以“开展高中物理说课活动”和“撰写高中物理教学故事”为载体，必将迎来自身教学设计能力的进一步提升.
