鄭宇晴 朱靈坤 張軼炳*
(1. 寧夏大學物理與電子電氣工程學院,寧夏 銀川 750021; 2. 山東省文登師范學院,山東 威海 264400)
教學設計是根據(jù)教學對象的水平和需要,在確定合理教學起點和終點的基礎上,對學習內(nèi)容重組和轉(zhuǎn)化,有序系統(tǒng)地安排教學要素,并形成教學預案的過程.[1]合理恰當?shù)慕虒W設計是上好一堂課的重要基礎.
BOPPPS教學模式利用6大模塊構(gòu)建教學框架,堅持學生為主體,以有效導入、反饋增加課堂互動性,注重探究思維培養(yǎng)及與實際應用聯(lián)系,有利于教師理清教學思路,學生主動參與學習,從而改進傳統(tǒng)教學結(jié)構(gòu)不足之處,有效實現(xiàn)教學目標.[2]例如“大氣壓強”,若傳統(tǒng)向?qū)W生直接操作實驗,容易理論與實驗脫離,學生多把實驗當成游戲和看熱鬧的環(huán)節(jié),影響教學效果.結(jié)合BOPPPS模塊化教學,前后過程邏輯展開,從對大氣壓強的認識、驗證、測量及應用過程中,引導學生自主參與探究,使實驗、理論順理成章地結(jié)合在一起,可以提高課堂投入度,有效達成教學目標.
BOPPPS教學模式起源于加拿大教師技能培訓體系,是在北美高校廣泛應用的有效教學設計模式.[3-4]近年來,BOPPPS教學模式在我國微課教學、翻轉(zhuǎn)課堂及大學物理教學等方面都有一定研究.
BOPPPS教學模式根據(jù)人的注意力持續(xù)專注約15 min的自然規(guī)律,對教學過程采取單元化處理,分為導入(Bridge-in)、目標(Objective)、前測(Pre-assessment)、參與式學習(Participatory Learning)、后測(Post-assessment)、總結(jié)(Summary)6大模塊,簡稱BOPPPS.表1給出各模塊的任務詮釋.
表1 BOPPPS模塊任務解釋
貫徹以學生為課堂中心,注重學生課堂參與,BOPPPS通過增加教學互動反饋環(huán)節(jié),有效鍛煉學生的邏輯推理思維和科學素養(yǎng),不斷形成對目標的達成效果,因此又被稱之為有效教學設計,即有效果(教學達到預期)、有效率(教學效果與投入比值高)、有效益(教學達到學生需求).[5]
(1) 教材分析.
本節(jié)課選自人教版初中物理8年級下冊第9章第3節(jié),是在原有對固體、液體壓強認知結(jié)構(gòu)的基礎上對氣體壓強的進一步學習.課標要求,讓學生感受大氣壓強的存在;并能通過實例說出大氣壓強在生產(chǎn)、生活中的應用.
(2) 學情分析.
學生已學過壓強概念,并已理解液體壓強大小、方向等相關知識,這對本節(jié)內(nèi)容學習及邏輯分析有很大幫助.
(3) 教學方法分析.
采用實驗探究法教學,通過一系列有趣實驗及生活舉例引導學生在“認識”、“驗證”、“測量”及“應用”大氣壓強中學習理解,力圖讓學習從知識記憶轉(zhuǎn)變?yōu)橹R理解,從基于習題訓練轉(zhuǎn)變?yōu)槊鎸嶋H問題解決,從具體性知識學習轉(zhuǎn)變?yōu)楹诵挠^念建構(gòu),從而逐漸鍛煉學生科學思維,加強科學探究能力,培養(yǎng)物理核心素養(yǎng).
利用BOPPPS教學模式設計“大氣壓強”教學流程如表2.
表2 BOPPPS模塊化教學設計表
(1) 導入+前測.
根據(jù)奧蘇伯爾有意義學習理論,通過建立新舊知識聯(lián)系,“導入”與“前測”模塊相結(jié)合,起承轉(zhuǎn)合,以邏輯展開教學過程.
實驗1: 建立新舊知識聯(lián)系.
教師:展示穿孔塑料瓶水流實驗.當不蓋瓶蓋,我們可以觀察到什么現(xiàn)象?
師生:瓶內(nèi)有水噴出,且越靠近底部,噴射距離越遠,如圖1(a).
教師:這個實驗現(xiàn)象能說明什么物理原理?
學生(鏈接舊知識):液體對容器側(cè)壁有壓強,液體壓強隨深度增加而增大.
教師:擰緊瓶蓋,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢?
學生(思考觀察):水不向外噴射.如圖1(b).
教師:思考水為什么不向外噴射?
學生(思考):是小孔外側(cè)有力阻擋了水向外流嗎?
設計說明: 建立與液體壓強的聯(lián)系,并自然引出新知識的思考.既達到檢測學生的目的,又促進學習遷移.
圖1 導入實驗
實驗2: 覆杯實驗引出新知識.
教師:厚紙片直接放于空玻璃杯上方,倒拿玻璃杯……
師生:紙片直接脫落.這是因為,紙片受到自身重力作用而下落.如圖2(a).
教師:玻璃杯裝滿水后重復上述操作,杯中水會不會落出來?
學生(猜想,引發(fā)認知沖突):會.
師生(觀察實驗):紙片竟然沒有下落,水沒有落出來,如圖2(b).
學生(疑惑,主動提問):為什么紙片和水不會落下來?
學生(主動思考):紙片受到自身的重力,還有杯中水對它的壓力竟然不脫落,難道紙片還受到一個向上的力托著它?
圖2 覆杯實驗
設計說明: 在前測聯(lián)系液體壓強知識基礎上進行新課導入,通過學生對比實驗現(xiàn)象的認知沖突,有效關聯(lián)新舊知識,抓住學生關注度,有效參與課堂.
(2) 學習目標.
明確告知學生本節(jié)課學習目標,有利于學生調(diào)節(jié)思維趨向,明確把握學習方向.
(a) 認識大氣是否與固體、液體一樣存在壓強作用.
(b) 知道覆杯實驗紙片不脫落原因,并能用它解釋生活中其他例子.
(c) 知道馬德堡半球?qū)嶒灥脑?
(d) 理解托里拆利實驗方法及其所探究問題和結(jié)論.
(e) 知道自制氣壓計原理及所探究問題.
(f) 體會本節(jié)受力分析法及轉(zhuǎn)換法的應用邏輯.
設計說明: 采用學習目標與課堂教學環(huán)節(jié)結(jié)合表述以傳達學習任務,讓學生明確本節(jié)課會學到什么及能夠解決什么實際問題;同時特別之處是,表述中只涉及方法及實驗名稱,不明確透露需要學生自主探究及思考的新知識名詞,從而不干擾學生主動發(fā)現(xiàn)問題進行探究學習的思考過程,能夠更好激起探究興趣,增加學生課堂參與.
(3) 參與式學習.
任務1: 認識大氣壓強.
教師:實驗2大家認為紙片受到向上的力才不脫落.那這個力會是誰提供的呢?
學生(積極思考):空氣.
教師:可以畫出紙片受力分析圖嗎?
圖3
學生:如圖3.
教師(引導):紙片受到自身重力、瓶內(nèi)水的壓力及大氣對其向上的支持力作用,因為F氣=G+F液,所以紙片靜止平衡而不脫落.F氣能夠說明?
學生(思考回答):大氣存在壓力作用.
教師(總結(jié)、引出概念):大氣同固體、液體一樣存在壓強效果,叫做大氣壓強.
教師引導學生分析實驗1(b)現(xiàn)象原因.并思考,大氣壓強具有怎樣的方向?
實驗3: 自制教具——大氣壓強方向演示儀.
教師:介紹實驗儀器構(gòu)造如圖4(a),說明實驗前氣球狀態(tài).抽取盒內(nèi)空氣,讓學生對比氣球形狀改變.
學生(觀察):氣球慢慢向內(nèi)鼓起.如圖4(b).
教師(提示):氣體分子疏密程度會影響氣體壓強效果.
學生(思考原因):抽氣后內(nèi)部氣體稀疏,壓強低.內(nèi)外氣壓差使得外部大氣對內(nèi)產(chǎn)生壓力作用而內(nèi)陷變鼓.
教師:各面氣球的內(nèi)陷變鼓,可以說明大氣壓強的方向如何?
學生:大氣朝各個方向都能具有壓強.
圖4 大氣壓強方向演示儀
設計說明: 通過對實驗1、2現(xiàn)象分析,引導學生學會用受力分析揭開現(xiàn)象背后的原因,使學生認識到大氣壓強的真實存在,以學生思維為導向,引出概念.同時,實驗3制造壓強差,引導學生形象感受大氣壓強的方向問題.
任務2: 驗證大氣壓強.
實驗4: 學生分組實驗探究.
教師引導學生利用實驗桌上的生活用具驗證大氣壓強的存在,小組合作討論,并會用受力分析法說明原理.(具體略)操作如圖5.
圖5 驗證大氣壓強存在
設計說明: 學生自主設計實驗,通過膠頭滴管、注射器、吸盤等加強對大氣壓強認識的鞏固,會正確用受力分析驗證大氣壓強的存在.
實驗5: 馬德堡半球?qū)嶒?
教師:展示介紹馬德堡半球?qū)嶒瀮x,抽氣后讓學生嘗試拉動半球,如圖6.
圖6 馬德堡半球?qū)嶒瀮x
學生(躍躍欲試,爭相嘗試):發(fā)現(xiàn)兩個半球并沒有被拉開.
學生討論原因.
小組代表:同“方向演示儀”原理相似,抽氣后內(nèi)外出現(xiàn)壓強差,大氣對球有向內(nèi)的壓力作用.兩球除了受到兩端拉力,還受到外部大氣對球向內(nèi)的壓力作用.大氣的壓力大于拉力,所以沒有拉開.
學生(主動提問):這個力究竟多大才能拉開半球呢?
播放馬德堡半球?qū)嶒炓曨l解釋說明.
設計說明: 先利用馬德堡半球?qū)嶒瀮x讓學生親自體會實驗,在學生參與中引發(fā)學生思考.視頻播放,讓學生感受到要想拉開半球需要很大的拉力,同時體會大氣壓強很大.并以此為下一環(huán)節(jié)測量大氣壓強做準備.
任務3: 測量大氣壓強.
教師:馬德堡半球?qū)嶒炛?我們進一步驗證了大氣壓強存在,并知道大氣壓強很大.
學生(主動提問):那大氣壓強究竟有多大?
實驗6: 托里拆利實驗.
教師:大家將實驗桌上兩根長短不同的試管裝滿水,倒置于水槽中,保證管口浸在水中逐漸上提,觀察試管中的水是否下落?
學生(疑惑):逐漸上抬,試管中水總是滿的.如圖7.
圖7 圖8
教師:液體壓強在同一深度處大小相等,取同一深度AB面,則pA=pB,用等式表示出A、B兩點的壓強.
學生(喚起舊知識):A點pA=p氣+ρ液gh2;B點pB=ρ液g(h1+h2).由于pA=pB,p氣+ρ液gh2=ρ液gh1+ρ液gh2,所以p氣=ρ液gh1.
教師(總結(jié)提問):看來,大氣壓強等于其所支持高度h1對應的液體壓強的數(shù)值,所以可以怎樣測量大氣壓強呢?
學生(感受轉(zhuǎn)換法):測量液面高度差h1,利用p氣=ρ液gh1計算出大氣壓強數(shù)值.
教師引導學生發(fā)現(xiàn)水為測量液體時水面高度太高無法測量,啟發(fā)學生思考其他方法降低液柱高度以方便測量.
學生(小組討論):可以選用密度更高的液體做實驗.
教師(提供信息):已知水銀液體的密度很大,ρ=13.6×103kg/m3.
學生(認知思維邏輯):換用水銀液體做實驗.
教師介紹托里拆利實驗及水銀危險性,采用多媒體視頻課件向?qū)W生展示實驗過程及現(xiàn)象.如圖9,學生根據(jù)實驗現(xiàn)象計算.
學生(計算結(jié)果):p氣=ρ水銀gh1=13.6×103×9.8×0.76=1.013×105(Pa).
圖9 托里拆利實驗
設計說明: 通過馬德堡半球?qū)嶒炞寣W生感受大氣壓強很大,引出大氣壓強測量的學習需求.利用過渡實驗中轉(zhuǎn)換法啟發(fā)學生思維,讓學生自主找到解決問題的思路,自然而然地引出托里拆利實驗.通過視頻介紹實驗,最終自己計算大氣壓強數(shù)值.既符合學生的認知結(jié)構(gòu),注重學生思維邏輯,又達到鍛煉學生科學探究能力的作用.
任務4: 應用大氣壓強——探究大氣壓強與高度的關系.
教師(過渡):我們已測量出標準大氣壓強p≈1×105Pa,那它是否是一個常數(shù)呢?
學生(猜測):不是.因為氣壓與空氣疏密程度有關,抽氣會出現(xiàn)氣壓差.
教師:好,那下面我們探究一下大氣壓強與高度有什么關系.
實驗7: 學生實驗——自制氣壓計.
教師:介紹自制氣壓計構(gòu)造.小組討論儀器如何判斷外界大氣壓變化情況.
學生(小組討論,合作交流).
學生代表發(fā)言:通過瓶內(nèi)外氣壓差造成液面高度變化,從而判斷外界大氣壓大小.內(nèi)部氣壓不變,液面升高證明外界大氣壓變低,液面降低證明外界大氣壓變高.
學生利用樓梯實驗探究,交流結(jié)果.
學生:我們發(fā)現(xiàn),樓上較之樓下,氣壓計液面高度逐漸變高,得出實驗結(jié)論是:大氣壓強隨高度增加而降低,如圖10.
圖10 “自制氣壓計”實驗
教師:多媒體展示大氣壓強隨高度變化的科學數(shù)據(jù),肯定學生探究結(jié)果.并視頻解釋高原地區(qū)空氣稀薄、氣壓低,及出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象和沸點較低現(xiàn)象.
設計說明: 學生利用自制氣壓計自主合作探究,并通過科學數(shù)據(jù)及視頻解釋氣壓與高度的關系.在鼓勵學生定性探究同時給出定量數(shù)據(jù)支持學生探究結(jié)果,達到對學生探究積極性有效反饋的效果.
(4) 后測.
題目1: [考察:認識、驗證大氣壓強]
下列現(xiàn)象中,不能說明大氣壓存在的是
(A) 注射器從藥液瓶中吸入藥液.
(B) 注射器將藥液注入人體.
(C) 用活塞式抽水機從井中抽水.
(D) 通過吸管將飲料吸入人嘴.
題目2: [考察:測量大氣壓強]
托里拆利實驗中,玻璃管內(nèi)水銀面上方是________,而管外水銀面上受到________的作用,管外水銀面的________支持著管內(nèi)的水銀柱,所以水銀柱產(chǎn)生的壓強就等于________.
題目3: [考察:應用大氣壓強]
青藏鐵路全線貫通,其高原列車裝有完善供氧系統(tǒng)和醫(yī)療系統(tǒng),這是因為
(A) 高原空氣稀薄,大氣壓強小.
(B) 高原空氣稀薄,大氣壓強大.
(C) 高原空氣稠密,大氣壓強小.
(D) 高原空氣稠密,大氣壓強大.
設計說明: 通過與教學過程及學習目標聯(lián)系,利用后測評價學生本節(jié)內(nèi)容的掌握情況,有效反饋教學信息,進一步改善教學設計環(huán)節(jié).
(5) 總結(jié).
圖11 思維導圖
設計說明: 利用思維導圖(圖11)幫助學生理清本節(jié)課學習思路及重點內(nèi)容,使知識框架更加系統(tǒng)完整.從“實驗”、“方法”、“知識總結(jié)”3方面使學生學習條理更加清晰.查漏補缺,提高學生學習效果.
BOPPPS教學模式通過6大模塊的邏輯組合教學,將理論與實際應用緊密結(jié)合,主張發(fā)揮學生主觀能動性,注重參與式學習,利于培養(yǎng)學生的科學思維,提高動手操作能力,同時為教師提供了一種操作性和條理性較強的教學框架,在課堂參與及有效反饋中更好達成教學目標.