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教学模式是教学思想、理论转化为具体教学行为的中介,是在一定教学思想、理论指导下,为完成特定的教学目标和任务而建立起来的较为稳定的教学程序和方法策略。有了教学模式,就清楚在课堂教学中先做什么、后做什么(程序、环节、步骤),具体怎样做(方法策略)。因此,教学模式是课堂教学的行动指南,是科学地进行教学设计的重要工具。课改以来,青岛市初中物理学科运用“整分合”原理对“凯洛夫五环节”教学过程进行了改进,形成了“整-分-合-补-测五环节教学模式”,对物理课堂教学起到了十分积极的作用。
1.1“整-分-合-补-测五环节教学模式”:
(1)程式:整-分-合-补-测
(2)说明:一节完整的课由如下五个环节组成:
①整:总体介绍本节课的内容,找到切入点引入教学过程。
②分:将本节教学内容划分为几个问题,逐次分别学习(探究、解题、复习、讲评……)。这是一节课的“主环节”。
③合:小结本课,使几个问题形成完整体系,提炼方法。
④补:给学生一段自由时间,找知识缺漏,教师进行查漏补缺。
⑤测:进行本节课的检测,检查学习效果。
1.2发现的问题和解决问题的设想:
“整-分-合-补-测五环节模式”是一种整体模式,它可以帮助我们把一节课划分为几个部分,并粗略说明每一部分的做法。但是,一节完整的课的设计和教学,仅仅靠整体模式远远不能完成,例如:一节课的反馈过程如何进行?具体某个知识点如何探究?……这些都需要各种不同的教学模式来完成。所以,一节课的教学,必须靠诸多不同层次、不同作用的各种教学模式组成的群体和系统——教学模式体系才能完成。
针对上述问题,经过长期研究,我们将多年建构的各类教学模式(包括整体模式、反馈模式、探究模式、复习模式、师生交流模式等),运用惠威尔的“支流-江河”科学进化发展模式进行了有机整合,以“整-分-合-补-测五环节模式”为骨架,辅助以各种不同功能的教学模式,将其整合、进化成“四层次五环节教学模式体系”,从而解决了这一问题。
2 四层次五环节教学模式体系
2.1结构图示:
2.2 结构图示说明:
2.2.1第一层:“课前-课堂模式”。把原本一节45分钟的课,拓展到包括课前、课堂两个部分和阶段,将课前学习作为一节课的有机组成部分,提高课堂效率。
(1)程式:课前-课堂
(2)说明:
①课前:布置自习、预习或复习任务,学生在家中自己学习。
②课堂:课堂45分钟的过程,也即整-分-合-补-测五环节的教学过程。
2.2.2第二层:“整-分-合-补-测五环节模式”(前述)。整体上将一节课规划为五个环节。
2.2.3第三层:“各环节操作模式”。即“整”、“分”、“合”、“补”、“测”每个环节的操作模式。各环节均有多种不同的操作模式,举例如下:
(1)“整环节模式”。举例如下:
①情境-引入模式(适合新授课):
程式:提问-情境-思考-引入
说明:提问课前预习情况,设置实验情境,引起学生思考,引入本节课题。
②检测-目标模式(适合复习课):
程式:问题-检测-矫正-目标
说明:检测预习题,订正矫正,出示复习目标。
(2)“分环节模式”。由两个子层次组成:
1)第一子层:“小循环多反馈模式”。通过它将“分”环节规划成几个小循环反馈结构:
①程式:将学习(探究、复习……)与反馈练习有机结合。以一节课学习三个问题为例,程式如图。
②说明:在学习一节课的几个问题时,逐次进行。学习完一个问题后,立即针对该问题进行练习反馈,构成一个小循环单元,这样整个过程就形成多次学习、多次反馈、多次循环的过程。通过学习和反馈的交替和结合,分解问题、各个击破,解决问题。
2)第二子层:“各小循环操作模式”。对应不同的课型(四种基本课型:新授课、习题课、复习课、考试讲评课),各有多种不同的模式:
①新授课小循环操作模式——诸“探究模式”,举例如下:
a.实验-归纳模式:
程式:问题-实验-归纳-结论
说明:提出研究问题,进行实验,归纳实验现象数据,得出结论。
b.经验-假说模式:
程式:问题-经验-假说-检验-结论
说明:提出研究问题,根据经验形成假说,设计实验检验假说,得出结论。
c.资料-归纳模式:
程式:问题-资料-归纳-结论
说明:提出研究问题,收集资料,归纳资料,得出结论。
d.渐进实验-理想化推理模式:
程式:问题-渐进实验-理想化推理-结论
说明:提出研究问题,设计渐进实验并进行实验,通过理想化推理得出结论。
②习题课小循环操作模式——诸“解题模式”,举例如下:
范例-方法模式:
程式:问题-范例-方法-练习
说明:介绍习题类型,进行例题教学,提炼方法,运用方法解决同类题目。
③复习课小循环操作模式——诸“复习模式”,举例如下:
a.结构-要点模式:
程式:问题-结构-要点-练习
说明:引出复习内容,建构知识树,在树中提炼要点,运用要点进行练习。
b.结构-范例模式:
程式:问题-结构-范例-练习
说明:引出复习内容,建构知识树,提炼要点,针对要点进行例题教学,再进行练习。
c.结构-分解模式:
程式:问题-结构-分解-练习
说明:引出复习内容,建构知识树。对多个要点分别复习,包括例题教学、练习等。
④考试讲评课小循环操作模式——诸“矫正模式”,举例如下:
缺点-矫正模式:
程式:问题-缺点-矫正-练习
说明:出示卷面错误问题,学生缺点列举、挑毛病,对错误矫 正并提炼方法,运用方法进行同类练习和再矫正。
(3)“合环节模式”。举例如下:
①小结-方法模式:
程式:回顾-小结-提炼-方法
说明:回顾本节学习内容,小结要点,提炼有关内容,总结形成方法。
②网络-浓缩模式:
程式:横向-纵向-网络-浓缩
说明:将复习过程中的各个知识树分支综合成完整知识树,对各个分支进行纵向比较形成网络,提炼要点作为本单元的浓缩和纲要。
(4)“补环节模式”。举例如下:
个别-全班模式:
程式:问题-自查-个别-全班
说明:给学生一段时间自查缺漏,教师巡视解决个别问题,对共性问题全班一起解决。
(5)“测环节模式”。举例如下:
①独立-矫正模式:
程式:问题-独立-订正-矫正
说明:出示本节检测题,学生独立完成,订正,根据错误出示平行题目矫正。
②独立-反思模式:
程式:问题-独立-反思-矫正
说明:出示本节检测题,学生独立完成,根据答案自我订正,反思并整理错误。
2.2.4第四层:“透镜式模式”。将整节课化为一系列小问题组成的“问题串”。
(1)程式:小问题1-小问题2-……-小问题n
(2)说明:教师充当可以在凸透镜与凹透镜之间不断变换的“透镜”,学生的思维比作“光线”(如图)。在此理念下,将一节课各环节、各问题化为一系列首尾相连的“小问题串”,每个小问题先让学生讨论思考,再收回总结,形成一个个思维“发散-会聚”的微小循环。这样通过教师的“透镜”作用和“小问题串教学”,使学生的思维呈现“发散思维”与“会聚思维”的交替状态,即创造性思维的状态。
3 设计一节课的方法步骤
运用“四层次五环节教学模式体系”可以迅速地进行一节课的教学设计。分为四个步骤:
(1)第一步:用“课前-课堂模式”,将一节课规划为课前、课堂两大部分。课前布置预习、复习等任务。
(2)第二步:用“整-分-合-补-测五环节模式”,将课堂划分为五个环节部分。
(3)第三步:用“各环节操作模式”规划五个环节:
①用“整环节模式”规划“整”。
②用“分环节模式”规划“分”,包括两个子步骤:
第一子步骤:用“小循环多反馈模式”,将“分”规划为几个小循环结构;
第二子步骤:针对各小循环的内容,用“各小循环操作模式”(探究模式、解题模式、复习模式、矫正模式)规划各小循环教学。
③用“合环节模式”规划“合”。
④用“补环节模式”规划“补”。
⑤用“测环节模式”规划“测”。
(4)第四步:用“透镜式模式”将整个教学过程规划成一系列小问题组成的问题串,这就是学生一节课的具体学习内容。
通过上述四步,就将一节课完整、科学地设计好了。
4 应用案例
下面运用“四层次五环节教学模式体系”进行新授课、复习课教学设计(教材版本:人教版):
4.1新授课案例——第二章第1节《声音的产生和传播》:
4.1.1第一步:用“课前-课堂模式”,将本课规划为两大部分。课前学生收集发声实例。
4.1.2第二步:用“整-分-合-补-测五环节模式”,将课堂划分为五个环节。根据教学目标将“分”环节分为三个探究问题:声音的产生,声音的传播,介质中的声速。
4.1.3第三步:用“各环节操作模式”规划五个环节:
(1)用“情境-引入模式”规划“整”环节:总体介绍声现象,提问预习情况,做敲锣等实验,由此提问发声原因,引起学生思考,引入本节课题。
(2)课堂主环节——“分”环节的规划:
1)第一子步骤:用“小循环多反馈模式”,将三个探究问题规划为三个反馈小循环:
①第一小循环:探究声音的产生;练习一。
②第二小循环:探究声音的传播,由此派生出探究真空能否传声;练。
③第三小循环:探究介质中的声速;练习三。
2)第二子步骤:用各种“探究模式”规划各小循环的探究过程:
①用“实验-归纳模式”探究“声音的产生”:
声音如何形成?设计进行各种发声实验,分析实验现象,归结为同一原因——振动,得出振动发声的结论。
②用“经验-假说模式”探究“声音的传播”:
根据问题,将收集的各种传声事例归为三类,形成假说——声音可以在固、液、气体中传播。设计进行实验,检验假说,得出结论。
③用“渐进实验-理想化推理模式”探究“真空能否传声”:
声能否在真空中传播?看法不统一。由于不能得到真空,因此设计逐渐逼近实验——真空铃实验。通过实验听到铃声越来越小,进行理想化推理,得出真空不能传声的结论。
④用“资料-归纳模式”探究“介质中的声速”:
阅读声速表,从介质、快慢等角度对不同声速值分类比较,得出声音在固、液体中比在气体中传播得快的结论。
(3)用“小结-方法模式”规划“合”环节:出示本节知识树,点出要点,提炼出分类法、比较法、逐渐逼近法等方法。
(4)用“个别-全班模式”规划“补”环节:学生自查、教师巡视解答,然后可以在全班介绍“声波”概念。
(5)用“独立-矫正模式”规划“测”环节:出示检测题(概念、现象、实验题各一道),学生独立答题,订正,平行矫正。
4.1.4第四步:用“透镜式模式”,将教学全过程规划为首尾相连的“小问题 串”:
问题1(日常声现象引入)-问题2(发声实验)-问题3(归纳原因)-问题4(练习一)-问题5(收集传声实例)-问题6(介质假说)-问题7(实验检验)-问题8(真空传声猜想)-问题9(渐进实验)-问题10(理想化推理)-问题11(练)-问题12(声速表分类比较)-问题13(练习三)-问题14(小结)-问题15(补漏)-问题16(检测)。
4.2复习课案例——第三章《物态变化》复习课:
4.2.1第一步:用“课前-课堂模式”,将本课规划为两大部分。课前让学生复习本章概念:包括六种物态变化的定义、吸放热过程、常见实例等。
4.2.2第二步:用“整-分-合-补-测五环节模式”,将课堂分为五个环节。根据本章知识体系,将“分”环节分为四个分支:温度及测量、熔化和凝固、汽化和液化、升华和凝华。
4.2.3第三步:用“各环节操作模式”规划五个环节:
(1)用“检测-目标模式”规划“整”环节:检测课前任务并矫正,出示复习目标。
(2)课堂主环节——“分”环节的规划:
1)第一子步骤:用“小循环多反馈模式”,将四个分支规划为四个反馈小循环:
①第一小循环:复习分支一:温度及测量;练习一。
②第二小循环:复习分支二:熔化和凝固;练。
③第三小循环:复习分支三:汽化和液化;练习三。
④第四小循环:复习分支四:升华和凝华;练习四。
2)第二子步骤:用各种“复习模式”规划四个分支:
①用“结构-要点模式”规划“分支一:温度及测量”:
提出复习问题,建构分支知识树(如图),点出温度计使用方法等要点,出示测温实验题进行训练,订正。对疑难较多点(如,测温方法改错),出示平行题目矫正。
②用“结构-范例模式”规划“分支二:熔化和凝固”:
针对复习内容,用分类法(晶体、非晶体)、逆向思考法(熔化、凝固互逆)和比较法建构知识树,点出熔点等要点。对于用晶体熔化规律解释现象这一重点,出示例题提炼条件、方法,再进行问答题练习,订正并平行矫正。
③用“结构-分解模式”规划“分支三:汽化和液化”:
针对复习问题,建构知识树并点出重点问题(水沸腾规律、蒸发快慢因素),然后分别从实验、问答角度分别复习。首先,通过“探究水沸腾”实验报告,提炼实验方法、要点,进行实验题练习并矫正。然后,将分支二问答题方法迁移到本分支中,用在“水沸腾规律”、“蒸发快慢因素”解释现象上,强调知识与现象的对应,进行练习并订正和矫正。
④用“结构-要点模式”规划“分支四:升华和凝华”:
根据复习问题,建构知识树并点出要点(如概念中“直接”两字意义),出示升华、凝华概念和现象判断选择题,练习并订正和矫正。
(3)用“网络-浓缩模式”规划“合”环节:
将“分”中四个分支知识树组合成本章完整知识树,找到各分支联系点,如六种物态变化之间的比较等,从而形成“结构网络”。将本章知识浓缩为:4个方法(转换法、比较法、分类法、逆向思考法)、3个规律、2个表格、5个图像、3个点……
(4)用“个别-全班模式”规划“补”环节:学生自查,教师巡视解答。对于画图像等共性问题,在全班一起强调方法并练习。
(5)用“独立-反思模式”规划“测”环节:出示检测题(概念、现象、实验、问答各一题),学生独立答卷。出示答案,学生对照批改,自己整理错误并纪录。
4.2.4第四步:用“透镜式模式”,将教学全过程规划为首尾相连的“小问题串”:
问题1(检测课前任务)-问题2(出示复习目标)-问题3(分支一知识树、要点)-问题4(分支一练习)-问题5(分支二知识树、要点)-问题6(熔化问答题范例)-问题7(分支二练习)-问题8(分支三知识树、要点)-问题9(沸腾实验题范例)-问题10(沸腾实验题练习)-问题11(分支三问答题范例)-问题12(问答题练习)-问题13(分支四知识树、要点)-问题14(分支四练习)-问题15(小结)-问题16(补漏)-问题17(检测)。
5 建构教学模式体系的意义
运用诸多教学模式组成的“四层次五环节教学模式体系”,能够极大地提高教学设计效率,从而使课堂教学从无模状态变成有模状态,从无序到有序。在此基础上,对该模式体系进行灵活运用,就又可以使课堂教学重现一种新的无模状态,但这不是无序的无模状态,而是一种表面无模而心中有模的状态,是一种高度有序的状态,是一种庖丁解牛、游刃有余的境界,这就是教学中的“道”。
参考文献:
高考改革后,很多省份高考是自主命题,高考的模式也不尽相同,于是就出现了同样是理工科的学生,他们在高中选修测试的科目也可以不同,即使是同一个专业学生,选修测试科目也不尽相同。对大学物理实验课程而言,把物理作为选修测试科目的学生一般均能将物理理论与实验知识结合起来,具有一定的实验基础技能,以及分析和处理数据的能力;而其他学生物理理论和实验基础相对薄弱。这种差异随着应用型本科院校办学规模的不断扩大而愈发明显。因此,大学物理实验课程的教学,必须要考虑学生实验基础的差异,进行分层次、模块化教学。即实验内容打破传统的按力学、热学、电磁学、光学和近代物理等顺序编排的方式,按照由浅入深、循序渐进的原则,考虑到不同学生的物理基础和各专业物理实验的需求,把实验内容分成预备性、基础性、综合性、设计或研究性实验等四个教学模块,其中基础性和综合性实验模块为必修,而预备性、设计或研究性实验模块为选修[2-4]。预备性实验模块又可称为“前导性实验模块”,主要面向实验基础较差的学生,给他们提供一个前期的实验训练平台,尽快的适应大学物理实验课程内容,比如:单摆实验、测量物体的密度,测定重力加速度,测量薄透镜的焦距,测定冰的熔化热、测定非线性元件的伏安特性等。基础性实验模块设置的主要目的是让学生学会测量一些基本的物理量,操作一些基本的实验仪器,掌握基本的测量方法、实验技能以及分析和处理数据的能力等,范围可包括力、热、电、光、近代物理等领域的内容[2-3]。比如:金属线胀系数的测量,转动法测定刚体的转动惯量、液体比热容的测量,示波器的使用,直流电桥测量电阻,霍尔效应及其应用、迈克尔逊干涉仪、分光计测量棱镜的折射率,光栅衍射等。综合性实验模块可在一个实验中包含力学、热学、电磁学、光学、近代物理等多个领域的知识,综合应用各种实验方法和技术。这类实验设置的目的是为了让学生巩固在前一阶段基础性实验模块的学习成果,进一步拓宽学生眼界和思路,从而提高学生综合运用物理实验方法和技术的能力,比如:共振法测量弹性模量,密立根油滴实验,音频信号光纤传输技术试验,声速的测定,夫兰克-赫兹试验等。设计或研究性实验模块,主要面向学有余力、对物理实验饶有兴趣的学生。第一种方案是根据教师设计的实验题目,给定的实验要求及条件,让学生自行设计方案,并独立操作完成实验的全过程,记录相关数据,并做出独立的判断和思考。第二种方案是沿着基础物理实验的应用性教学目标的方向,组成小组,让学生以团队的形式自行选题、操作和撰写研究报告,完成整个实验流程。教师只要担负指导工作。通过以上两种方案,充分激发他们的创新意识、团队合作精神以及分析和解决问题的能力,使之具备基本的科学实验素养,比如自组显微镜、望远镜,万用表的组装与调试,电子温度计的组装与调试,非线性电阻的研究,非平衡电桥研究,音叉声场研究等。
二、开放式实验教学
大学物理实验主要是基础教学,主要的目标便是培养学生的科学思维和创造精神。开放式实验教学则给予了学生充分自由发挥的空间,学生活跃的灵感和充沛的创造力都可以藉由这个实验平台得到展示,让物理实验真正成为培养未来科学家的摇篮。同时,开放式实验教学可以相应提高实验室仪器设备的使用率,充分发挥其投资效益与使用价值,使应用型本科院校真正做到“成本最小化与效益最大化”[3-4]。因此,各高校应积极创造条件,尽可能进行开放式物理实验教学的尝试,更新教学观念,在教学内容、方法和考核等多个环节做出改革。结合分层次、模块化教学,笔者认为预备性实验模块、设计或研究性实验模块应向学生完全开放。物理实验基础薄弱的学生可选修预备性实验进行补差训练,学业优秀的、可独立完成课题的学生可在教师指导下进行专题实验研究,在时间、内容上灵活掌控,为培养优秀学生创造条件。但是,开放式实验教学也有一定的不足,比如,加大了教师的工作量,课题的选择良莠不齐,考核的标准难以掌控等等。所以,必须培养与建设一支爱岗敬业,同时又敢于革新、乐于革新的物理实验教师队伍。
三、建立网络虚拟实验室
虚拟实验是利用计算机及仿真软件来模拟实验的环境及过程,随着信息技术的发展,虚拟实验教学已经成为加强实践教学、实现培养应用型人才的又一重要手段。与昂贵的实验设备相比,只要很少的投入,便可有效缓解很多应用型本科院校在经费、场地、仪器等方面普遍面临的重重困难和压力,在大学物理实验教学中适当地引入虚拟实验,无疑非常地具有吸引力。而且开展网上虚拟实验教学,学生在课余时间可进行实验前的预习和实验后的复习,有助于提高大学物理实验教学的效率,能够突破传统实验对“时、空”的限制。对于一些实验仪器结构复杂、设计精密且价格昂贵的实验[3],学生无法进行实际操作,要弥补这些不足,可以通过仿真软件来模拟操作,在虚拟的环境中,学生一样可以接触现代化设备和科学实验方法。然而,虚拟实验替代不了真实的实验操作,而是作为传统实验的有效补充,因此,应该把传统实验和虚拟实验这两种教学模式有机地结合起来,扬长避短,才是更好的选择。
四、以学生为教学主体,综合运用多种教学方法
传统实验教学的流程往往是教师调整好实验仪器,课堂上先详细讲解实验原理、操作步骤和注意事项,然后做一个实验演示,接下来学生机械地按照实验既定步骤和要求重复操作,最后提交个大同小异的实验报告应付了事,甚至有的不做实验也能编造个大致的实验结果[4]。这种传统“灌输式”教学方法容易导致大学物理实验流于形式,不仅谈不上对学生科学思维的培养,而且在一定程度上还限制和扼杀了学生的创造力和想象力,难以激发他们对物理实验课的兴趣,更是偏离了应用型本科院校对人才培养的目标和要求。因此,我们必须确立学生的主体地位,灵活运用启发式、引导式、交互式等多种课堂教学方法,充分调动学生的积极性和创造性[4]。
(一)启发引导式教学
在大学物理实验教学中,教师应该大胆摒弃传统教学思维,把课堂还给学生,专注于对学生能力的培养,善于启发学生进行独立思考。教师在实验中恰当地设问,并给予基本理论的指导,由学生来自行探索、分析和解决问题。但是,启发式教学也有很多的难点,所有实验环节的设定,教师必须能够掌控实验的进程,具备深厚的理论素养和丰富的实践经验方可进行指导,不仅不意味着教学工作的轻松,反而对教师的职业素养提出了更高的要求。传统课堂的机械灌输工作量少了,但是实验过程环节的前期准备和过程指导多了,环节设置必须更加的巧妙和科学,教师自身进行过多次尝试后,确保实验的大方向不出错,试验方法相对成熟,才能更加有效地启发学生独立去完成实验,进行更多的尝试和探索。否则,这种名为启发,实则是放任自流的教学,不仅学生的创新精神得不到培养,教师也没有起到真正的指导作用,这将比传统的教学方法更加失败。此外,结合大学物理实验的特点,教师要引导学生运用多学科的知识从多角度来审视、分析和解决问题[4]。如测量半导体P-N结的物理特性实验,教师要引导学生综合运用材料学、固体物理学、电子学等多方面的知识来完成实验;引入激光全息照相、核磁共振等实验,使学生了解现代科技发展的前沿动态。全新知识点的引入同时也将极大地激发学生的学习兴趣,领略到物理实验与现代科学的魅力。
(二)交互式教学