潘海寧

(東莞市東華高級(jí)中學(xué) 廣東 東莞 523007)

1 思維型課堂的內(nèi)涵和原理

思維型課堂教學(xué)[1]強(qiáng)調(diào)課堂教學(xué)中師生活動(dòng)的核心是“思維活動(dòng)”， 通過引發(fā)學(xué)生積極思考、主動(dòng)探究來加速認(rèn)知過程．思維型課堂的基本原理包括意義構(gòu)建、應(yīng)用遷移、思維監(jiān)控．

意義構(gòu)建：課堂中可通過激勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生自主將知識(shí)進(jìn)行內(nèi)化，構(gòu)建屬于個(gè)體的認(rèn)知體系，也可通過在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”創(chuàng)設(shè)“情境”，形成認(rèn)知階梯，促進(jìn)學(xué)生思維向前發(fā)展．

應(yīng)用遷移：課堂中可設(shè)計(jì)問題情境，學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決問題，提高知識(shí)遷移的能力．

思維監(jiān)控：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行有意識(shí)的反思、診斷檢查自己的思維過程．

總的來說思維課堂不僅僅關(guān)注教會(huì)學(xué)生知識(shí)，更多關(guān)注學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，更符合新時(shí)代對(duì)人才培養(yǎng)的要求[1]．

2 基于思維課堂的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

“逆向教學(xué)設(shè)計(jì)”強(qiáng)調(diào)“以終為始”，進(jìn)行結(jié)果導(dǎo)向的教學(xué)模式．它分為“預(yù)期結(jié)果”“評(píng)估證據(jù)”“學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)計(jì)劃”3個(gè)階段[2]．基于思維課堂的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果偏向發(fā)展學(xué)生思維能力，學(xué)習(xí)計(jì)劃更注重設(shè)計(jì)情境問題引起積極思考，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)將知識(shí)進(jìn)行內(nèi)化，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自主構(gòu)建，評(píng)估證據(jù)也強(qiáng)調(diào)知識(shí)的遷移應(yīng)用[1]．總的來說思維課堂視域下的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)是為了更好落實(shí)思維型課堂模式，探索一種新的教學(xué)設(shè)計(jì)方式．

3 思維型課堂視域下的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

以“簡(jiǎn)諧振動(dòng)的描述”為例，該節(jié)課的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)如表1所示[2].

表1 “簡(jiǎn)諧振動(dòng)的描述”逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

續(xù)表1

4 逆向設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)施策略

4.1 經(jīng)歷探究過程理解研究對(duì)象

學(xué)習(xí)需要將新知識(shí)納入原有認(rèn)知范疇，而新知識(shí)的納入不應(yīng)該是教師硬將知識(shí)塞給學(xué)生，而應(yīng)該通過問題的引導(dǎo)，讓學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行思考并提出個(gè)人見解，教師再提供探究問題解決的過程．學(xué)生經(jīng)歷探究過程，能更好地實(shí)現(xiàn)知識(shí)的構(gòu)建和內(nèi)化，從而提高對(duì)新知識(shí)的理解程度．

教學(xué)片段1：

按新教材的邏輯，在教學(xué)開始時(shí)設(shè)置問題：彈簧振子位移隨時(shí)間是怎樣變化的？如何找到位移與時(shí)間的關(guān)系？學(xué)生回答：記錄簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)不同時(shí)刻的位移數(shù)據(jù)，擬合成函數(shù)．

經(jīng)歷探究過程：上節(jié)課我們?cè)趯W(xué)習(xí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)通過“頻閃照相機(jī)記錄水平彈簧振子運(yùn)動(dòng)”“沙擺”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，大致看出位移隨時(shí)間成正弦規(guī)律變化．DIS系統(tǒng)是一個(gè)能實(shí)時(shí)記錄物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和過程信息的數(shù)據(jù)工具，能真實(shí)呈現(xiàn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)．現(xiàn)在觀看利用DIS系統(tǒng)定量研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)視頻，得出簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移-時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式．

教師播放視頻[4]：把重物拉到位移基準(zhǔn)位置釋放，重物左右做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)穩(wěn)定后點(diǎn)擊“開始”，可以觀察到重物在平衡位置兩側(cè)來回運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用傳感器系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程用數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，計(jì)算機(jī)屏幕上可以看出“位移隨時(shí)間周期性變化”最后應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件數(shù)據(jù)分析擬合函數(shù)得到位移-時(shí)間的函數(shù)表達(dá)式

x=Asin(ωt+φ0)

4.2 數(shù)學(xué)分析與物理模型結(jié)合建立內(nèi)在關(guān)聯(lián)

教學(xué)片段2：

師：彈簧振子位移與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的函數(shù)表達(dá)式為x=Asin(ωt+φ0)，表達(dá)式中各個(gè)物理量與簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)聯(lián)？分別代表什么物理意義？

物理模型分析：不同位置釋放的水平彈簧振子的振動(dòng)范圍一樣嗎？請(qǐng)寫出振動(dòng)范圍.并說出振動(dòng)范圍大小與函數(shù)表達(dá)式中哪個(gè)量有關(guān)？

讓學(xué)生觀察對(duì)比同一水平彈簧振子在不同位置釋放，振子左右做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的范圍，體悟振動(dòng)幅度大小的不同，在分析理解彈簧振子的運(yùn)動(dòng)范圍與釋放位置有關(guān)，這屬于自主構(gòu)建總結(jié)．振動(dòng)范圍為背離平衡位置的左最大位移到右最大位移，以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，向右為正方向建立一維坐標(biāo)，振動(dòng)范圍可表達(dá)為-xm≤x≤xm.

數(shù)學(xué)分析:正弦函數(shù)x=Asin(ωt+φ0)的范圍為-A≤x≤A.

內(nèi)在關(guān)聯(lián)：函數(shù)中的A可確定為背離平衡位置的最大距離，物理上把這個(gè)物理量命名為振幅．

自主構(gòu)建：小組討論從大小、標(biāo)矢性等角度探究振幅、位移、路程的關(guān)系．學(xué)生經(jīng)過討論可以發(fā)現(xiàn)三者的區(qū)別與聯(lián)系，可更進(jìn)一步加深對(duì)振幅的理解．

結(jié)論：振幅為最大位移的數(shù)值，對(duì)于一個(gè)振動(dòng)的位移時(shí)刻改變，振幅不變．位移是矢量，振幅是標(biāo)量，完成一次全振動(dòng)的路程為4個(gè)振幅．

教學(xué)片段3：

物理模型分析：列舉并分析生活中一些簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，音叉振動(dòng)、鐘擺、豎直彈簧振子.

提問：簡(jiǎn)諧振動(dòng)最大的特點(diǎn)是什么？與以往學(xué)過的哪種運(yùn)動(dòng)相似？除了速度，還可以引入什么物理量描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢？與函數(shù)表達(dá)式中哪些量對(duì)應(yīng)？

引導(dǎo)學(xué)生得出簡(jiǎn)諧振動(dòng)最大的特點(diǎn)：往復(fù)性；與圓周運(yùn)動(dòng)相似．可引入周期、頻率、角速度描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢．

一次完整圓周運(yùn)動(dòng)的往復(fù)過程就是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為完成一次完整圓周運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間．類比圓周運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)也是某一過程的不斷往復(fù)：一次全振動(dòng)．通過問題引導(dǎo)學(xué)生思考，若從振子經(jīng)過某點(diǎn)起，經(jīng)過怎樣的運(yùn)動(dòng)才叫完成一次全振動(dòng)？學(xué)生對(duì)問題討論和充分思考后可得出：一次全振動(dòng)應(yīng)具備振子重新回到原點(diǎn)，且速度與開始的方向相同等特征．

教師總結(jié)：一次全振動(dòng)即振動(dòng)物體連續(xù)兩次以相同速度經(jīng)過同一位置所經(jīng)歷的過程；簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期為完成一次全振動(dòng)所用時(shí)間．水平彈簧振子在一個(gè)周期內(nèi)經(jīng)歷一次全振動(dòng)，可以把振動(dòng)范圍內(nèi)的位置循環(huán)一次，即位移的可能值也循環(huán)了一次．

教學(xué)片段4：

物理模型：教師準(zhǔn)備兩個(gè)相同的豎直彈簧和鉤碼，拉到同一位置同時(shí)、先后釋放展現(xiàn)相同步調(diào)和不同步調(diào)的振動(dòng).

提問：對(duì)于同一位置釋放，步調(diào)不同的兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)相同點(diǎn)有什么？

學(xué)生觀察分析后得出：同一位置先后釋放的彈簧振子做的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅、周期均相同．

進(jìn)一步提問：如何區(qū)別不同步調(diào)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)？

學(xué)生觀察分析后得出：不同步調(diào)的兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在同一時(shí)刻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(位移、速度、加速度)不同．

數(shù)學(xué)分析：不同步調(diào)的兩個(gè)彈簧振子的位移時(shí)間函數(shù)x=Asin(ωt+φ0)中A和ω相同，由于同一時(shí)刻位移x不同，根據(jù)函數(shù)易看出φ0不同，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)可得出-π≤φ0≤π.

內(nèi)在關(guān)聯(lián)：φ0決定彈簧振子的初始狀態(tài)，物理上把這個(gè)物理量叫初相位，ωt+φ0決定彈簧振子不同時(shí)刻的狀態(tài)，物理上把這個(gè)物理量叫相位．相位差即某一時(shí)刻的相位之差．兩個(gè)具有相同圓頻率ω的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，設(shè)其初相分別為φ1和φ2，其相位差Δφ=(ωt+φ2)-(ωt+φ1)=φ2-φ1，若φ2>φ1，振子2比振子1的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)超前，物理上稱振子2相位比振子1相位超前?φ或振子1相位比振子2相位滯后?φ．

4.3 知識(shí)遷移應(yīng)用 完成實(shí)作任務(wù)

逆向設(shè)計(jì)認(rèn)為，實(shí)作任務(wù)是評(píng)價(jià)學(xué)生是否達(dá)到持久性理解、靈活應(yīng)用的恰當(dāng)證據(jù)．實(shí)作任務(wù)強(qiáng)調(diào)，在真實(shí)的情境中解決問題，進(jìn)行過程性與結(jié)果性雙重評(píng)價(jià)，培養(yǎng)模型建構(gòu)、問題解決、學(xué)習(xí)遷移、科學(xué)論證等思維能力．因此，本節(jié)課設(shè)置了實(shí)作任務(wù)和練習(xí)，實(shí)作任務(wù)具體內(nèi)容如表2所示.

表2 實(shí)作任務(wù)

綜合練習(xí)：

彈簧振子的平衡位置為 O 點(diǎn)，在 B與C兩點(diǎn)之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．B和C 相距 20cm．小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過 0.5s首次到達(dá)C點(diǎn)．

(1)畫出小球在第一個(gè)周期內(nèi)的 x-t 圖像．

(2)求 5s內(nèi)小球通過的路程及 5s末小球的位移．

思考:振子的振幅為多大？ 振子的周期為多大？振子的圓頻率為多少？振子的初相是多大？

5 備課反思

以思維型課堂模式為基礎(chǔ)，在物理教學(xué)中進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生經(jīng)歷自主構(gòu)建過程，理解簡(jiǎn)諧振動(dòng)函數(shù)表達(dá)式，數(shù)學(xué)分析與物理模型結(jié)合，建立兩者的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，目的是從彈簧振子模型的運(yùn)動(dòng)情況提煉出振幅、周期、相位物理量．最后通過實(shí)作任務(wù)和綜合練習(xí)實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移應(yīng)用．整個(gè)備課我們首先關(guān)注預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，再設(shè)計(jì)合適的教學(xué)階段實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維的發(fā)展，但是思維的發(fā)展不是千篇一律的[1]． 思維型課堂視域下的逆向設(shè)計(jì)研究為思維的發(fā)展提供了一種可借鑒的途徑，以期得出更適合的教學(xué)行為．