摘 要：本文尝试在首要教学原理视角下研究初中物理的教学设计与课堂实施.依照物理学科核心素养对浙教版“机械能”一节的复习课进行教学设计，并在实施过程中提出几条实践策略：在课堂上激活学生旧知时注意改变表征形式;在讲授新知过程中强调知识细节的刻画;在迁移巩固过程中尝试不同的操练类型;在最后总结全课时要进行融会贯通.

关键词：首要教学原理;初中物理;教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）04-0056-03

作者简介：葛元钟（1975-），男，浙江杭州人，硕士，中学高级教师，研究方向：“任务中心”课堂教学设计.

教育教学改革的一个重要目标是提高教育质量和教学效率.梅瑞尔教授多年来致力于课堂有效教学的研究[1]，并于2002年正式提出了首要教学原理.梅瑞尔教授指出：该原理是有效教学的各种处方，有利于确保教学产品的教学效能[2].

首要教学原理对有效教学具有很大的参考意义.本文尝试在首要教学原理的指导下进行教学设计，以浙教版“机械能”复习教学的几个片段为例，应用原理优化设计以促进学生的有效学习.

1 “机械能”复习教学设计

梅瑞尔将教学分为四个步骤：激活旧知、探寻新知、尝试应用、融会贯通.这四个步骤是学生对知识逐步内化的过程，符合学生的认知规律.他认为“学习只有在学习者从事解决真实世界里发生的问题时，只有当学习者能够通过论证或应用而激活已知知识并将其作为理解新知识的基础时，新知识才会被整合到学习者的世界当中”[3].

物理学科核心素养包含“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面[4].本研究据此制定了浙教版“机械能”复习课的教学目标，且依据首要教学原理制定了解决方案见表1.

2 “机械能”复习课堂教学

梅瑞尔提出：聚焦的“问题”应具有复杂性.比如，我们要给问题创设情境，引发思维冲突.在本课，我们从“蹦极过程中，游客在哪一点的速度最快”这一简单问题入手，循序渐进，逐步深入展开教学.将研究蹦极过程作为复习的情境明线，将机械能作为复习的知识明线.

2.1 改变表征形式，激活学生旧知

为了更好地激活学生旧知，梅瑞尔提出了“图式激活”和“动态图式结构”等促进学生组织新内容的方法.教材利用运动员射箭和网球拍变形两个例子说明弹性势能的大小与弹性形变有关：弹性形变越大，弹性势能就越大.在复习课中可进一步利用图式激活和动态图式结构的方法说明动能和势能的转化（如图1所示）.

图1中的甲是拉开的弓和箭，如果一开始就将弓和箭作为整体进行分析，学生的思维只能停留在表面;如果要进行深入研究，则要用分割法对弓和箭展开逐个分析;并且要将射箭的过程进行分段，以便更好地研究.分析时可以将甲分成乙和丁.此时，乙具有弹性势能，丁还没有动能.

分析张弓、拉弦、放手这个动作：弓从图中的乙转变成了丙，弓的弹性势能减少，弦快速恢复到原来的位置，且弦在丙阶段速度最大.

分析张弓、搭箭、拉弦、放手这个动作：弓从图中的甲转变成了丙和丁，弓的一部分弹性势能转化成弦的动能，一部分弹性势能转化成箭的动能.

又如在新课教学讲解卫星能量变化时，我们会放一张卫星绕地球的图片如图2甲所示.根据经验，教师会讲解如何判断“离地面的高度”，但是学生对于图甲中远地点的高度理解起来略感吃力.关于动能与重力势能之间的转化，学生在图式上仍停留在竖直上抛模型.针对这一学情，教师在上复习课的时候，可以考虑先用图式进行旧知激活，再用动态图式转化表征方法.把甲图进行倒置（如图2乙所示），这时，学生用竖直上抛模型也能理解卫星从近地点运动到远地点的过程中，距离地面的高度变大，重力势能增加.

2.2 分析蹦极过程，强调细节刻画

梅瑞尔教授指出知识处于两种水平：信息和细节刻画.若能在教学中采用细节刻画，则学习者更容易记住和應用信息，教学也更加有效.在蹦极过程中，当人体落到离地面一定距离时，橡皮绳会被拉开、绷紧，阻止人体继续下落，到达最低点时橡皮绳再次弹起.

先分析蹦极过程中的几个关键点，如图3所示.

O点：蹦极的起跳点;

A点：绳子发生形变的转折点，OA表示绳子的原长;

B点：平衡点，绳子由于形变产生的拉力大小与游客的重力相等，二力平衡;

C点：最低点，也是绳子形变最大点，拉力最大点.OC即表示运动过程中人距离出发点的最长距离.

为了更好地研究物体的受力情况，在课堂上用一个砝码和一根有弹性的绳子来模拟蹦极过程，并在绳子的一端接上拉力传感器进行数据记录.当砝码下落一定距离时，橡皮绳被拉开、绷紧，拉力传感器开始计数;当到达最低点时砝码再次弹起，随后又落下，这样反复多次的拉力情况通过传感器在电脑中形成了一条力随时间变化的曲线.笔者通过分析，在线上标出了这一运动过程中的几个关键点A、B、C，如图4所示.

A点为形变起始点，A到B的过程中，拉力逐渐变大，在B点拉力为0.41N等于钩码重力，AB阶段拉力始终小于重力，钩码处于加速阶段.

从B点开始到C点的过程中，拉力开始大于重力0.41N，钩码处于减速阶段，直到C点速度减小到零;C点为形变最大点，弹性势能最大.随着振动次数增加，一部分机械能转化为内能，最大拉力从0.82N开始逐渐变小.

在整个曲线中，B点不止一个，曲线上拉力等于0.41N的点都是B点.最后，钩码也停留在B点.

2.3 尝试分析蹦床，迁移应用提升

梅瑞尔指出对于不同的教学目标，应该对应不同的呈现方式和学习指导方式，也应该有不同的操练类型.因此，笔者在这堂课中还设计了一个蹦床的内容，用来练习和应用学生刚刚理解的知识.虽然蹦床和蹦极有一些区别，但在受力分析的方法上却是相通的.

蹦床是借助弹力床的弹力将人体弹向空中的.我们尝试用类比的方法对蹦床过程進行分析，对这一过程中的几个关键点已标红，如图5所示.

通过受力分析发现，蹦极和蹦床在B点和C点二者之间的受力情况高度相似，因此，通过对蹦床的研究可以对蹦极中出现的知识和能力有一个很好的巩固，如图6所示.

2.4 分析探究过程，进行融会贯通

融会贯通主张学生在讨论、反思、巩固、应用新知的时候能够促进学习;同时，反思学习效果、检查复习等做法也都能够提高学习效能的水平，这种活动为知识的纠正和知识的迁移以及记忆的保持提供了机会[5].

通过对蹦极和蹦床的二次研究，大部分学生已经对研究过程有了一些体会和心得，这时，需要有人帮助学生对知识进行融会贯通.因此，在课堂教学过程中，教师应带领学生尝试归纳分析物体能量转化的步骤：首先要确定研究对象，还要明确研究过程的起点、终点以及关键点;其次，要能够准确地对物体进行受力分析，结合运动状态，推断能量的转化和速度的大小;最后，推断研究对象的能量变化[6].

通过研究发现：学生通过对所学知识进行不同角度的思考辨析，融会贯通，能很好地将知识整合到自身的知识架构中.

3 总结反思

首要教学原理是梅瑞尔在学习了加涅的教学理论后提出的教学理论，相关实践证明在该原理指导下的教学设计是有效果的，首要教学原理对物理教学是有意义的.之前的实践过程中，我们建立了一些效果好、效率高、参与度大的课堂.此后，我们还应该针对不同的教学内容灵活应用首要教学原理，提升学生的应用能力以及课堂教学效果.

参考文献：

[1]秦丹，魏晓玲.3E教学的探索之路——M.David Merrill学术思想研究[J].现代教育技术，2009，19（05）：5-8+16.

[2]张艳平.首要教学原理支撑下的有效教学的教学设计与实践研究[D].上海：华东师范大学，2016.

[3]孙林伟，高卿.首要教学原理在物理教学中的应用--以"力的合成"教学为例[J].实验教学与仪器，2019，36（04）：8-10.

[4]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版） [M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]何立娟.首要教学原理视角下的高中物理教学设计与实践[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2019.

[6]丁丽娟.问题链引导下的推理能力的培养——以“探究机械能守恒定律”为例[J].中学物理，2020，38（07）：32-36.

（收稿日期：2020-11-13）