整體凸顯結構優化問題引領——高中物理課堂的有效教學設計策略
《高中物理課程標準》特別突出“過程與方法”，並且再三強調在實際的課堂教學過程中一定要高度關注“過程與方法”的教學設計，目的就是順利實現三維目標，教學是一個極具創造性的過程．儘管已經有了根據課程標準編寫的教科書，但教科書只能單向傳遞信息，不具有交互性，無法根據學生的現場反應組織教學內容和選擇教學方式。因此教師只有把課程標準的目標、理念和要求，把教科書的教學內容和所體現的教學方法，轉化為符合自身特點的教學設計，才能有效地達到新的課程目標。
通過多年的教學實踐和理論學習，結合自身教學實際，談談新課程背景下如何進行有效的物理課堂教學設計。
一、樹立“整體意識”，實現物理課堂教學設計的和諧
整體意識的形成，突破點在於重新認識教與學的關係，我們必須把物理教學看作一個整體，絕不是人為簡單的把教與學割裂開來，我們把教學設計看做整體，意味着教學過程的設計將“圍繞教學內容師生共同參與，通過對話、溝通和多重合作活動產生交互影響，以動態生成的方式推進教學的活動過程”，物理課堂教學過程的基本單位是教學如何互動生成，即“課堂教學中有着三維因素（教材、學生、教師），相應地有着三種結構形態（知識結構、認知結構、教學結構）。每種結構又有各自的規律（知識序、思維序、教學序）。我們要在課堂教學過程中樹立整體意識，同步、有效地進行科學思維能力的培養，就要做到三序合。
譬如在《磁感應強度》的引課中，我們不妨一起同歸一個問題的發生過程：在講台上放了幾個大小不一、形狀各異的磁性物質，請同學們猜想：“哪一個磁性最強？”並用實驗檢驗：“看哪一個能把帶有鐵架的椅子吸起來，”（實驗現象完全出乎學生的預料，體積最小的磁性最強）引出“如何來定量的描述磁性的強弱”的問題。為全課作了一個成功的鋪墊。這比單純依靠老師自顧自述説或通過放映有關視頻學生被動觀看效果要好得多。
從目前新課程實施來看，教學設計的整體意識又體現在教學設計的三個維度上，即目標設計、內容設計和過程設計三個方面。就教學目標設計而言，在達到清晰具體要求的同時，更應有彈性、銜接性、發展性、遞進性四性。就教學內容設計而言，整體意識要求教師在將教學內容優化的同時，將原先各自分離的書本世界與生活世界整體意識的根源在於基礎教育課程改革的要求，更是教學設計系統自身內涵的集中體現。當然為一個整體，只有這樣，教學內容才可能在整體上活起來，(教學論文 )真正內化到學生的精神世界中去，既注重與初中課程的銜接，又避免簡單的重複，遵循高中教學規律：同時在內容的選擇上，應堅持密切與現實生活的聯繫，關注學生生活，關注學生全面發展相吻合。就教學過程設計而言，關鍵在於教師所教和學生所學具有合理的相關性。真正是內容與形式的合一，譬如在教材分析和學生分析的相互關係上，二者本質上應該成為一個有機的整體。很多教師在分析教材時一味就教材教，完全沒有學生的影子。所謂重點、難點問題，是從教材本身而來的或是從教輔圖書中“複製”而來，與學生根本無關，整體性要求教材分析中要以學生為依據，重點是根據本班學生的實際情況，應在本節課中重點解決的問題和重點關注的問題：難點是本班學生在學習具體教材內容時的難點，這是一個動態的過程。
二、樹立“結構意識”，實現物理課堂教學設計的優化
以“結構意識”為主線主要是從教學內容涉及的範圍和從教學的過程兩個方面來看，其一，從教學內容涉及的範圍來看，物理學科的教學是一個大結構，而每一冊教材就是小結構，每一冊教材中的某一章節，相對於整冊書而講屬於小結構，這使得整冊教材則變成了大結構，我們每節課學習都是局部知識，最終會形成整體性知識。整個學習到的物理知識非常多，有的學生局部知識掌握很好，但整合在一起效果就不明顯，究其根本是沒有掌握物理學習規律，知識整合往往被我們忽視，學生也缺乏整體意識，學到的只是支離破碎的物理知識。為了讓學生掌握物理學習規律，教師就要掌握物理教學的規律，把握人教版高中物理新課標教材必修和選修（3系列）的新結構，如果教師有結構意識，就會將每一課的教學內容放到整個結構系列中去設計和思考。其二，從物理教學過程來看，教師需要教給學生的結構既有學習內容的結構又包括相應的學習方法結構。同時設計過程中教師需要運用的結構設計意識主要包括備課結構設計（課堂知識體系的縱橫聯繫、課堂知識的邏輯結構、課堂中師生雙方的情緒結構）、目標結構設計（全程性目標、階段性目標、具體目標）、過程結構設計（教學過程中各環節收放、編織、重組、轉換、改造）、資源結構設計（教材、教參、教室、網絡、學生資源）、方法結構設計（物理學科特有的教學方法歸類、不同類型的教學方法組合）、評價結構設計（導人性評價、判斷性評價、糾正性評價、引導性評價、拓展性評價等）、策略結構設計（如何引導學生學習、如何處理課堂提問、如何調控課堂、如何把握學生學習情況）。因此具備“結構意識”設計理念是我們教師必須思考的方向。結構之於物理學，相當於骨架之於人體，結構的重要作用不言而喻，而時下的物理教學並沒有很好的體現出讓學生形成良好結構的要求。
譬如在對運動描述這一章進行知識總結時，圖1則是傳統的物理教學中教師常採用的呈現方式。可筆者通過運用結構意識對此進行知識總結時繪製出知識結構圖2。通過對比可以看出，圖1中進行知識總結的時候，把相關的知識脈絡一層一層地畫出來，這一教學中板書和總結的方法顯然能使得學生知道一些知識點之間的隸屬關係，然而讓學生形成各個知識點之間的內在聯繫，想打通通往各個知識點之間的環節和路徑仍然是非常困難的，各個大的知識點之間互相孤立，各自為戰，無法形成整體結構和功能，這種分解分割式的思維方式的缺點在於學生無法整體地、綜合地研究事物，不利於學生知識的同化和順應、遷移和運用，而且如此知識總結，與新課程培養學生自主創新的精神也有差距。
採用圖2結構方法的思路後，就有助於略去細節和次要的因素，形成主幹清楚、層次分明的基本架構，學生自初中升人高中後可以很明晰地看到物理學的概念是如何進行演變的，這對於他們培養起良好的學習方法有很好的教育意義，而且對於運動的描述：概念描述、符號描述、公式描述、物理意義描述，幾種描述方式緊密結合，從位置到位移再一步步到加速度概念的提出步步為營，層層推進，而且着墨不多，學生記憶起來也比較容易，正是由於這種深層的內在聯繫和形式上的新穎，學生很容易陷入對所學物理知識的沉思中，教師更可以抓住這樣一個機會引導學生回答：“描述運動的最核心的最深刻的物理量是什麼？”學生就可以很容易地回答出是加速度，還有從形式上看，速度和加速度是什麼，都是比值，是比值定義的，描述的是變化率，表示變化快慢，而位移和速度變化量又是什麼，可以看出都是差值，是差值定義的，描述的是變化量，表示變化的多少。這樣一來學生記憶起來的容量不是很大，但是效率卻相當高，很容易使學生學得的知識得到遷移和運用。還有這種階梯式樣的結構形式也很美觀，使得學生認識到物理學的學習就像是上樓梯一樣，只有一步一個台階，上起來才會比較容易，相反如果前面的知識沒學好，向上更高的一層台階就會比較難，這也有利於對學生進行情感態度上的教育。
三、樹立“問題意識”，實現物理課堂教學設計的創新
問題意識是指人們在認知活動中，活動主體對既有的知識經驗、和一些難於解決的實際問題或理論問題所產生的`一種懷疑、困惑、焦慮、探究的心理狀態，並驅使活動主體積極思維，不斷提出問題和解決問題。它在人們的思維活動和認知活動中佔有重要地位，物理教學不管採用何種教學方式，都是在不斷提出問題、解決問題的過程中展開的，問題是物理教學的中心。問題解決是認知的核心——物理學習的主要內容是認知領域，問題解決中藴涵豐富的知識，因此教師的問題意識是影響教學設計質量的重要因素，是實現課堂教學設計深層追問轉型與突破的契機。在物理教學設計中，教師應該具有怎樣的問題意識呢？
物理在生產和生活實際中有廣泛的應用，所有物理知識都來自於實踐，即物理問題往往對應某種現實模型，是對現實模型的抽象。“物理教學應從學生的實際出發，創設有助於學生自主學習的問題情境，引導學生通過實踐、思考、探索交流，獲得知識，形成技能，發展思維”，培養應用物理的意識。新課程標準既關注問題解決，又關注問題的提出和創新精神的培養，成為標準的一大亮點。實際上，創新源於問題，沒有問題就不可能創新，問題是創新的基礎和源泉，物理教學過程是不斷提出問題、解決問題的過程，也是學生進行創新的過程。因此，教師在教學設計
中要有培養學生提出問題的意識，一方面，留給學生自由支配的“空白時間帶”，為學生創設提出問題留出時空；另一方面，要鼓勵學生用批判的眼光去觀察問題，反對人云亦云，敢於向權威挑戰，對教材寫的、教師説的、名人提的問題敢於質疑：還要注意教給學生提出問題的方法，如歸納推測、類比聯想、改變屬性、逆向思考、物理實驗、追溯過程等，讓學生在物理情境中、問題解決中發現新問題，提出新見地，調動他們的積極性，培養他們的問題意識和創新的精神。
如在教學案例《迴旋加速器》中，傳統教法是“介紹結構，講解原理”，其結果可能造成教師呆板地講、學生被動地聽的局面，學生所獲得的也只是些靜態的知識（現成結論），而那些藴涵於研究過程中的動態知識（科學方法等），卻得不到應有的開發，同時無法達到在感悟科學家創造性工作的同時也受到思維激盪的目的，其教育功能被大大地削弱了。為此我們針對具體的教學內容設計出具有思考價值、有實際意義的問題，然後先讓學生思考並嘗試解決。如問題為：
1.用岡3這種方法加速粒子，獲得的能量也不夠大，只能達到幾十萬至幾兆電子伏。請同學們想一想，如何突破電壓限制，使帶電粒子獲得更大的能量呢？
2.可否再加幾個電場，讓帶電粒子逐一通過它們。（教師根據學生回答，在圖3上改畫成圖4）
3。仔細推敲一下它的可行性：按圖4所示的方案，真的能實現多級加速嗎？——在相鄰兩級加速電場的中間，還夾着一個反向電場，當帶電粒子通過它們時，將會受到阻礙作用。
4.用金屬圓筒代替原來的極板。（在圖4上改畫成圖5）這樣，既可以在金屬圓筒的間隙處形成加速電場，又使得圓筒內部的場強為零，從而消除了減速電場的不利影響。
5.電源是否做點改進？——為了簡化裝置，我們可用一個公用電源來提供各級的加速電壓。（在圖5上改畫成圖6）
6.若電源的極性保持恆定（例如始終A正B負），你認為這個粒子能夠“一路順風”，不斷加速嗎？——為了實現帶電粒子的多級加速，應該採用交變電源。
7.電源極性的變化還必須與粒子的運動配合默契，步調一致，即要滿足同步條件，這是確保加速器正常工作的關鍵所在，那麼，如何做到這一點呢？
8.如要保證同步，電源頻率有要求嗎？應該越來越高才行。
9.剛才討論的這類加速器，人們通常稱之為直線加速器。例如北京正負電子對撞機的注入器部分，就是一個全長200多米的直線加速器，這類加速器固然有其優點，但它的設備一字兒排開，往往顯得拖沓宂長。我們能否尋找一種既可使帶電粒子實現多級加速，又不必增加設備長度的方法呢？
10.如果只用一個電場，帶電粒子經過加速後還會再次返回，那就好了……用什麼方法能使粒子自動返回呢？……
生：（豁然開朗）外加磁場！利用帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的特點，可使它重返電場，再次加速，
可見，對學生的成長與發展來説，課堂教學的根本目的是為了讓學生經歷體驗的過程，並在師生間、生生間的相互交流中，提高學生分析問題和解決問題的能力。
四、結束語
新課程標準無論從目標、要求，還是從結構體例上都與以前的物理教學大綱不同，體現了鮮明的時代氣息，藴涵着豐富的新教育理念。這些變化必然對物理教學活動產生重大影響，其中特別是對教學設計的指導思想、教學目標的設計以及新理念的設計特徵等均提出更高層次的要求，教師對這些新觀念的領悟、新觀點的接受、新要求的實現，要經歷一個很長的轉變過程，教學設計的新理念不可能一蹴而就。我們可以通過探索、反思，讓它更加完善，更加完美，這是廣大教師教學的追求，也是新課標的追求。