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基于共振原理的中学物理教学设计

范文

马秋石刘娜娜吕华平

摘? ?要：教学设计是连接教育理论和教学实践的桥梁。随着基础教育课程改革的推进，对中学物理教师运用现代教育理论指导教学设计的能力要求不断提高。基于此，融合了共振原理的教学设计可以充分了解学生头脑中的物理前概念，促使学生头脑中原有的认知在“外加刺激”的作用下产生“共振”，提高学生的知识掌握程度，促使课堂教学效果达到最佳。

关键词：教学设计;共振原理;物理前概念;认知

中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2019）7-0033-4

中学物理教学设计是教学的实施蓝图，它以物理教学理论为指导，确定教学目标，选择适当的教学模式、策略和方法，形成有序的活动流程和具体操作方案，以指导教学过程的有效实施。

1? ? 共振原理

1.1? ? 物理学上的共振原理

从物理学我们知道：当一个系统在连续周期性驱动力作用下做受迫振动时，驱动力频率f与系统的固有频率f0相等或接近时，此时系统受迫振动达到极大值，这种现象叫做共振。共振可以分为位移共振和速度共振，其中发生位移共振时，驱动力的角频率略小于系统的固有角频率ω0，阻尼越小，ω■越接近ω0，共振位移振幅也就越大;而发生速度共振时，此时驱动力的频率等于系统固有频率ω0，在给定幅值的周期性外力作用下，振动时的阻尼越小，速度的极大值越大，共振曲线越尖锐[1]。受迫振动的位移振幅和速度振幅与外力频率的关系，如图1和图2所示。

在多数情况下，我们将“驱动力频率等于系统的固有频率时发生的共振”默认为速度共振，当阻尼很小时，速度共振与位移共振不可区分。可见，当周期性的驱动力跟振动“合拍”时，每次驱动力都跟物体的速度方向一致，驱动力做的都是正功，故振幅越來越大，能量也越来越大。

1.2? ? 物理教学上的共振原理

根据物理学上的共振思想，将机械共振的方式“移植”到物理教学上，这就是所谓的共振原理的教学策略。教师在教学之前，首先了解清楚学生的心理状态和认知模式，针对学生头脑中已形成的“概念”，即物理前概念，采取相应的教学对策，提升学生的学习激情，促使学生头脑中的已有知识与教师的外加“刺激”产生共振，以达到最佳的教学效果。

1.3? ? 物理学共振原理与物理教学共振策略

为了明确物理教学融入共振原理的教学策略，物理学和物理教学共振原理对比如图3所示。

2? ? 物理前概念

根据建构主义理论，学生学习科学概念之前已经在头脑中存储了一些直觉和日常的概念，并建构了个体特定的认知图式[2]，这些相关的认识和认知模式既包括正确的，也包含错误的，但都属于物理前概念的范畴。

2.1? ? 物理前概念的内涵

学生在系统学习物理知识之前，头脑中原有的与之相关的认识和认知模式，有些与科学的相关知识基本一致，有些与科学的相关知识相违背，前者就是正确前概念，后者就是错误前概念[3]。

2.2? ? 物理前概念的特征

（1）生活化、范围广

学生在接受正式物理教育之前，对于日常生活中所出现的物理现象都有自己的独特理解，即学生对生活中看得见、摸得着的事物容易形成较多的前概念，对于很少接触又很抽象的事物，则很少有相应的前概念。生活中的物理现象包罗万象，在力、热、电、光、原子等物理学的各分支都有涉及，所以学生的物理前概念范围广泛，贴近生活。

（2）思维存在“惯性”

物理前概念是学生基于生活经验对现象的反映并在头脑中积累而形成的，且长期的生活经验又反复加强了物理前概念，因此这些概念在学生头脑中根深蒂固。即使教师在课堂上帮助学生理解并加以纠正，但学生具有思维定式，做题时反复出现同样的错误，像是思维也存在了“惯性”一般。

（3）弊大于利，存在负迁移

学生在学习物理知识结构时，我们认为先前的知识结构对新知识结构的建构有着积极的促进作用，但有时候也会产生消极的影响。事实证明，前概念对于学生后续科学概念学习的负面影响处于上风，下面将根据一道题来阐述：

如图4所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在一固定的斜面上，上表面水平。在上表面放一个光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球（相对地面）在碰到斜面之前的运动轨迹是? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（? ? ? ? ）

A.沿斜面向下的直线

B.竖直向下的直线

C.无规则曲线

D.抛物线

针对这道题目，很多学生会不假思索地选择A选项，理由是小球放在M上，M沿着斜面下滑，它们两者一起沿着斜面下滑。显然他们没有用物理知识来分析，而只是根据头脑中的前概念迁移来解决问题。这种前概念的迁移给学习带来了负面影响，不利于学生学习科学知识。

3? ? 基于共振原理的教学策略

学生在学习新知识前，头脑中对原有知识的理解既有正确的也有错误的，那如何让学生头脑中正确的原有概念与新知识进行有效连接，以使学生更好地吸收知识，使教学效果达到最好呢？或者说，面对学生头脑中错误的前概念，怎样进行有效纠正，促使物理学习从“负”至“0”最终达到“正”的学习效果呢？针对这两种前概念，本文提出了相应的教学策略。

3.1? ? 针对正确前概念的共振教学策略

针对学生头脑中正确的前概念，需要引导学生在前认知的基础上进行深层加工，自主建构科学概念，促使学生科学认知的发展[4]。

（1）创设情境，完善认知结构，引入新课

创设问题情境的功能不仅在于引起学生的好奇心，还可以引发学生对已有的概念产生不满足感，促使学生体会到引入新概念的重要性。

（2）运用科学思维方法，引发思维和认知共振，建立物理概念

物理知识是对物理现象、过程等感性材料进行科学抽象的产物。要让学生形成正确的概念，就必须给予他们足够的感性材料进行刺激，引导他们运用比较、分析、综合等思维方法，对感性材料进行思维加工。教师主要采取类比架桥的教学方式，这种方式需要学生对类比对象有充分的认知，并且能发现类比对象和被类比对象之间的某些共性，只有满足这两个条件，才能将新知识与之前所学知识进行类比，促进学生理解，实现知识的顺应与同化，促使感性刺激材料和原有认知产生共振，实现对知识吸收的最大化，进而抽象、概括出事物的本质属性，形成概念。

（3）选用具体问题，运用物理概念

当学生初步形成概念后，必须让他们将抽象的概念“返回”到具体的物理现实中去，使他们在运用概念联系实际或解决具体问题的过程中，巩固、深化和活化概念。对于物理概念适用情境的丰富和发展具体表现在两个方面：一是增加物理概念的适用情境;二是对原有物理概念适用情境的认知更加深入、精细。

基于学生前概念中正确、合理的部分，主要采取类比架桥的概念教学策略，以共振原理为理论基础，促使学生原有知识与新知识适宜的连接，实现对所学知识吸收最大化。其教学设计结构图如图5所示：

3.2? ? 针对错误前概念的共振教学策略

针对学生头脑中错误的前概念，要引起学生的概念冲突，鼓励和引导学生进行认知调整，建立与科学概念相一致的新概念。为促使学生的学习效果取得最大值，共振策略的核心是知识的相遇、冲突与相互反应[5]。主要分为四个步骤：

（1）了解知识情况，暴露问题

要想实现学生错误前概念的有效转变，就要全面了解学生意识中的前概念。本文获得前概念的主要途径是在学习新知识之前，让学生完成一份试卷，这份试卷是教师根据经验及相关研究结果编制的，效度和信度都较好。

（2）引发冲突，凸出矛盾

产生认知冲突是纠正学生头脑中错误前概念的关键。当学生原有的认知无法解释新知识或二者产生矛盾时，学生就会对原有的认知产生怀疑，此时教师就要及时地引导学生基于矛盾进行猜想、推导或实验，学生会发现通过推导和实验得出的结果与事实或猜想不相符，从而引起学生思维上的冲突。知识相遇，凸出矛盾，产生冲突，引发学生最大限度地思考与怀疑，学生此时就会给头脑中的前概念打上一个问号。

（3）调整认知，促使知识共振，建立新概念

當学生头脑中的原有认知产生冲突后，学生很难独立弄清其中的原因，这时教师就要引导学生进行讨论，并且在适当的时刻进行讲解，帮助学生移除错误前概念，构建新的知识框架。教师主要采用认知冲突的教学方式，揭示学生前概念中错误的部分，鼓励学生尝试解释矛盾事件，引发概念冲突，引导学生进行认知调整，实现知识的顺应与同化，促使知识间产生共振。

（4）选用具体问题，巩固物理概念

根据艾宾浩斯的遗忘曲线规律，对于知识点的巩固与应用是有必要的，同时学生头脑中的前概念一般是根深蒂固的，为了克服前概念的反复性，教师也要及时反馈与评价。物理教学以解决生活中的实际问题为目标，因此，概念的巩固和应用要遵从生活化和情景化的原则，有助于学生对知识进行迁移。

基于学生头脑中错误的前概念，主要采取认知冲突的概念教学策略，纠正学生的错误认知，促使物理学习实现从“负”至“0”最终达到“正”的学习效果，帮助学生在物理学习过程中对所学知识的吸收达到最大值。教学设计流程图如图6所示。

4? ? 结? 语

基于共振原理的教学设计可以在充分了解学生物理前概念的基础上，设计出针对前概念问题的教学策略，做到知己知彼，有的放矢。最大程度地提升课堂教学效果，促使学生更全面地掌握和吸收知识。

（栏目编辑? ? 邓? ?磊）

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