试论物理课堂教学中教学内容设计的基本原则

一、对教学内容进行重新设计的意义

在课堂教学设计中，怎样组织教学内容，并以怎样的方式呈现给学生，这是教学设计的重要问题。既然教材已呈现了教学内容，那么为什么教师需要对教学内容重新进行设计呢？原因有下列几点：

（1）从本质意义上说，教材来源于编者与他心目中假想的那个学生的对话，编者致力于在“他”原有的知识框架上，按知识的逻辑结构给“他”生长新知识，但无论编者如何高明，他无法满足现实生活中每个学生的需要，哪怕是学生的“小集体”──班级的需要，因此，编者和学习者之间存在着这一种普遍的矛盾。

（2）教材是一个静止的知识库，与学生接受知识的动态过程不相符合。

（3）现有的教材是对现有物理知识的高度简约化的概括与描写。很少，甚至没有叙述哪些定律和规律的发现与探索过程，使教材成了一本无人活动的科学记录本。

很显然，在教学素材的设计中，除了要利用好教材这一知识载体外，教师这种活的知识载体应与教材互为补充，融为一体。体现在课堂教学的设计中，就是教师通过研究学生的实际情况，对教材所呈现的教学内容进行重新编排。裁剪、充实，活化教学内容，使教学素材既符合知识本身的逻辑结构，又符合学生的认知规律，达到教学素材处理上的优化。可以这样说，如果教材的知识体系是人体的骨架，那么血和肉是需要教师给它补上去的，只有这样才能成为一个生动的人。为此，对教学素材的设计，我们提出如下三个方面的要求：

二、教学内容没计的基本原则

1、形象、直观原则

现代信息论告诉我们，大脑在接受信息时，具体概念较一般概念要容易学得多。高中阶段的物理概念和规律要从直观、具体的事例中抽象概括出来，若离开了具体、直观的事例，则很难使学生体会到概念和规律获得的过程，使知识信息的学习难以成为实质上的意义学习，学生头脑中知识信息的编码，也仅仅是没有形象编码的单一的抽象编码。信息加工论告诉我们，学习过程中既有形象编码，又有抽象编码的双重编码要明显优于只有抽象编码的单一编码。因此，物理课堂教学，应该向学生提供足够的感性材料，这些感性材料的获取，主要来自两个方面，一是从学生日常生活中的所见所闻中获得。二是从物理实验中获得。但作为一名物理教师，在课堂教学的设计中，更应注重后者，因为物理是一门以实验为基础的学科，虽然学生在生活的实例中也可以得到感性材料，但从实验获得的感性材料有着它独特的优点。因为从生活中得到的感性材料通常来自复杂的运动形态，本质的、非本质的因素通常交融在一起，从而使学生难以把握本质的东西。而实验则可以提供精心选择的、经过简化和纯化了的感性材料，它能使学生对物理事实获得明确、具体、富有针对性的事实，而这种在具体事实依托下建立起来的概念和规律。作为知识信息，它是以双重编码的形式贮存，而双重编码下的知识，学生会感到既具体、充实，但又简洁、明了。

例如：“即时速度”的概念，对于高一学生来说，是非常抽象难学的，为了正确地建立起即时速度的概念，一个有效的方法就是：通过实验具体演示平均速度的测量，（可用气垫导轨，光电门与计数器配合起来使用），并逐渐把位移（时间）取得越来越小，（即B点向A点靠近）。这时所测得的平均速度值会越来越趋向于某一值，由此说明，当B点与A点越接近，通过AB这一段距离的速度变化越小，所得的平均速度越接近A点的速度，以此实验事实为依据，启发学生超脱具体实验条件的限制，运用思维去继续操作“理想实验”，假如把B点与A点无限接近，作为位移来讲已经接近到了几乎只有A点，那么所测得的平均速度又是什么呢，学生的思维到了这一层次，即时速度的概念已经不言自明；这时测得的平均速度实际上已是通过A点时的速度了，即时速度的概念便自行引出。这样做的好处是把需要用抽象的思维方法才能引出的概念转化成了具体可以操作的实际问题，达到了抽象问题具体化的目的。

再如《远距离输电》这一课时的教学中，有两个问题比较突出，一是功率一定的情况下输送电压越高，电能损失越少。这个问题在形式上学生接受了，但在思维深处却总是感到有点难以理解。二是在电能损失的计算时，对输送电压、线路损失电压的概念搞不清楚，不知道用哪个电压来计算电能的损失。但是，如果在教学过程中我们把远距离输电的实验搬到课堂上来，那么问题就可以得到满意的解决。实验原理图如下：

在上述实验中，电源可用低压电源的交流输出端，变压器可用自耦变压器，输电线可用电阻率较大的合金丝。

先让电源的电压为U₀，设此时A₀读数为I₀，同时线路上损失的电压U₂、U₃及变压器两端的电压U₁可从电压表上读出。将交流电源电压提高至2U₀，通过调节B，使A₀读数变为，以保持输送功率不变。此时可以发现，线路上损失的电压U₂、U₃明显减少，灯D的亮度增加，实验效果十分明显，同时通过实验可使学生明确地看到输送电压U₀，线路损失电压U₂＋U₃的意义和本质区别，从而避免计算电能损失时经常出现的输送电压与线路损失电压之间的概念错误。

2、循序渐进原则

美国著名教育心理学家奥苏贝尔的学习理论告诉我们，将新的知识同学生认知结构中原有的相应观念联结起来，可使新知识依附在学生原有的观念中，从而使新知识具有稳定性，同时还可以防止其它知识的插入而产生的干扰，有利于新知识的提取和再现。现代信息论的研究也证明了这一点，即如果新获取的知识信息能纳入学生所熟悉的系统中，那么将对信息的接收起很大的帮助作用。由于目前的高中物理教材，知识的结构化程度较高，又由于篇幅的限制，所以在知识的阐述与联系上，有较大的跨度。因此教师必须对教学素材进行重新组织与完善，以学生原有的知识水平为起点，根据知识的逻辑顺序和学生的心理顺序，循序渐进，环环相扣，使新授知识与学生已有知识之间，新授知识前后之间均能产生实质意义上的联系，以便于知识间的迁移。

例如弹力的教学，在初中教材中已讲了弹簧的弹力，但未充分说明弹力产生的原因，但在高中教材中讲弹力，不仅要分析弹力的产生的条件，而且要讨论弹力的大小和方向，特别是坚硬物体之间的压力和支持力也是弹力，因其形变不明显而使其理解变得十分困难。因此在教学设计中，教师要适当降低教学起点，充分重视学生的原有知识，注意新旧知识的联系，教学素材的设计可通过下面的思路进行：

①演示弹簧伸长与压缩的形变，分析弹力产生的原因。

②充分演示一些可视形变，如图3。

分析说明，这些物体也都因为形变而产生了弹力。

③以上面的图3（B）为例，进行理论推断。假如薄木板坚硬程度增加，形变的明显程度将如何变化，木板对物体是否仍有弹力。通过这一问题的考虑，从理论上可以使学生感到坚硬物体之间发生挤压时，只不过形变变得不明显，但弹力仍然有（可用二力平衡来证明）。

④以上述设想为理论基础，演示微小形变的存在（此实验可用大玻璃瓶或用必修课本教参P39页的方法进行）。

⑤通过上述实验，得到一个共同的结论，即：

只要物体之间存在着接触，并产生挤压作用，那么必然会产生形变而产生弹力，从而使学生形成弹力的概念。

3、条理化、结构化原则

教学过程是一个信息的传输与反馈过程，某一知识的信息量，不仅取决于这个知识信息的本身，而且还取决于信息传递的形式。因此在教学素材的设计中，教师的整理是必不可少的，教师通过对教学内容的整理，使之条理化、结构化，可有效地减少同一知识内容的信息量，以达到减轻学生的用脑负担，其效果可用下图简单加以说明：

图4（1）方框中的线段杂乱无章，看图的人需要较长的时间才能数出框内共有32条线段；图4（2）方框中的线段作了整理，看图人可以较迅速地数出线段：共二排，每排16根，总共32根。而如果我们对这些线段作出进一步的整理，使每排线段4条一组，这样的整理后，看图的人就能迅速把方框4（3）中的线段数出来。学习物理知识虽不是机械地数线段，但经过整理后的知识信息确实可以减少它的冗余度，变得清晰而明了，易为学生所接受。

例如《用伏安法测电阻》这一课题的教学中，若对教学内容不加整理，既要学生掌握内接、外接的条件，引起误差的原因，又要学生掌握测量值与真实值的差别，减小误差的方法等，学生会感觉到所学内容的信息量很大，头脑中要记忆和理解的内容很多、很杂。但如果教师对这部分内容进行整理，把这些知识信息有条理地组织成如图5所示的有意义的结构呈现给学生，效果会有所不同。

很显然，经过这样的整理后，只要学生明确了实际电表的模型，画出安培计内、外接的实质电路，那么引起测量误差的原因、内外接的条件、测量值与真实值的差别等，均可通过电路很快分析出来，而不再需要去记忆众多的条件，这实际上等效于减少了同一知识信息的信息量，减轻了学生的大脑负担，同时也提高了这一知识信息以后再一次被取用时的速度和正确率。

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