Dr.Scratch相关简介
1. Dr.Scratch与Scratch的关系
在计算思维能力培养成为计算机教育界重点关注对象的今天，Scratch的出现无疑给小学信息技术教育带来了另一个机遇。Scratch软件是完全免费的，除了名称和小猫的标志，开发者们公布源码，允许任意修改、开发和传播，并提供网站供用户分享作品、交流意见和建议。Scratch软件当前的版本为Scratch2.0，有在线版本和离线版本。在线版本允许使用者直接在Web浏览器里创建和修改项目，不用再安装其他软件；离线版本可在无法连接网络的情况下使用，目前提供免费下载。如果使用者需要在Scratch官网上分享自己的作品，就需连网上传。目前，还有针对年龄在5到7岁之间儿童的编程软件ScratchJr，可在移动端下载安装，孩子可以在没有任何基础的情况下，使用平板电脑或手机，用拖曳图形的方式进行编程。
在美国，Scratch 的应用主要与 STEM 教育相结合；在英国，Scratch为学生带来更多的创造空间；在日本，Scratch深受学生创客喜爱。在我国，很多中小学信息技术课程中都开设了Scratch课程，有的学校还组织开发Scratch校本课程，希望借用Scratch课程提高学生的综合素质，培养学生的计算思维能力，一些教育机构也开设了Scratch课程培训班。但是，在编程教学过程中，如何评价学生的编程作品和评估学生计算思维能力一直是教学者思考和探索的问题，也是困扰教师和学生的一个难题。为了解决这个问题，西班牙胡安卡洛斯国王大学的教师团队开发了基于网络的应用程序Dr.Scratch。
Dr.Scratch是一款免费、公开的网络应用程序，能够帮助教师和学生自动分析Scratch编程作品，同时给出反馈，可帮助学生提高编程技能，发展计算思维能力。该应用目前可同时支持分析Scratch1.4和Scratch2.0版本的作品。其主界面如图1所示。从主界面图中可以看出，Dr.Scratch菜单栏有5个选项，内容分别是该软件的特点、如何使用、正在努力提高的地方、联系方式和注册登录。Dr.Scratch提供两种分析Scratch作品的方式，即如果学生是在线完成作品，则使用第一种分析方式，提供自己作品的网址即可；如果是离线完成作品，则使用第二种分析方式，选择本地Scratch作品分析即可。虽然该应用程序的语言目前没有中文版本，但其英文版也可方便地使用。
2. Dr.Scratch计算概念
Dr.Scratch软件中有7个计算思维的基本概念（以下称计算概念），分别是抽象和问题解决（Abstraction and problem decomposition ）、并行（Parallelism ）、逻辑思维（Logical thinking） 、同步（Synchronization ）、顺序控制（Flow control ）、用户交互（User Interactivity） 、数据表示（Data representation ）。学生进行作品的创作时会涉及这些概念，Dr.Scratch在分析学生的作品时，会根据这些概念给出相应的反馈，帮助学生发现作品中存在的不足。
根据学生Scratch作品中是否体现了这些概念，Dr.Scratch团队为各概念设定了四个能力等级，分别是无（0分）、基础（1分）、发展（2分）、熟练（3分），各概念的能力等级及判断规则如表1所示。在Scratch教学过程中，教师应该要求学生重点掌握这些概念，学生在掌握这些概念之后，可以迁移到其他编程学习甚至其他学科的学习当中，以帮助学生发展计算思维，提高综合能力和编程技能。
3. Dr.Scratch分析功能
根据抽象和问题解决、并行、逻辑思维、同步、顺序控制、用户交互、数据表示7个计算思维概念，Dr.Scratch分析的结果中会显示该作品中计算思维能力的发展程度，并给出相应的分数（0到21分）和7个概念的等级分数。如图2所示的“接苹果”游戏，分析结果显示计算思维能力发展程度分数为15分，用户目前已熟练掌握Scratch，在右侧显示7个计算概念的水平等级和详细的分数，可以发现，每个概念满分3分，各概念相加之和即可反映出用户的计算思维能力程度。同时，Dr.Scratch还可检测一些编程过程中的不良习惯或潜在的错误，如非显著的角色名称、代码重复、从未执行的代码以及对象傩缘牟徽确初始化等问题。
基于Dr.Scratch的课堂教学
1. 基于 Dr.Scratch的Scratch教学模式
在Scratch教学过程中，Dr.Scratch可以协助教师和学生分析Scratch项目作品，帮助教师减轻教学负担。同时，Dr.Scratch所给出的分析结果，有利于激发学生的学生兴趣。教师在教学过程中，要使学生充分利用该软件，以帮助学生认识本作品中存在的不足并加以改进，帮助学生提高编程的技能，发展计算思维能力。另外，在编程教学中，教师可教授学生简单的流程图，以使学生在搭建脚本的过程中思路更清晰。
笔者的教学对象为小学四五年级的学生，所以在Scratch教学的过程中，以教学模式为核心，结合案例教学法、常规讲解法、任务驱动法、小组教学法等教学方法进行教学，以便学生能够更好地掌握。经过一段时间的教学实践，发现让学生先设计作品角色、情境、舞台、流程图，再设计脚本的教学流程更容易使学生接受。由此，笔者总结出了如图3的基于Dr.Scratch的Scratch教学模式，包括创设情境、案例分析、作品设计、搭建脚本并分析、评价修改、分享交流等阶段。
2. 基于Dr.Scratch的教学设计案例
为了探究Dr.Scratch在课堂中的应用，笔者以“角色对话”知识点为例，采用图3所示的教学模式，在课堂中要求学生使用Dr.Scratch分析自己的作品。具体的教学设计核心环节如下。
（1）创设情境，明了主题
创设情境的目的是激发学生的学习兴趣，让其知道本节课的主题。笔者让学生回忆上节课小猫和小伙伴“商量参加舞会”的对话，即该作品要求学生按照思路一一开展，需要提前记住所有操作的顺序，每一句话之前都需要事件，两个角色的脚本如图4、图5所示。接着，采用小组讨论的方式，让学生思考能否将此对话进行改进，以使小猫和另一名小伙伴主动对话。
图4 小猫脚本
图5 小伙伴脚本
（2）案例分析，明白算法
案例分析的目的是让学生在知道本节课的知识点同时，能明白用什么样的思路和算法完成作品，有利于帮助学生掌握编程过程中需使用的计算概念。在学生思考并知道本节课的主要知识点之后，教师可根据学生的理解能力和接收能力等具体情况，决定是否带领学生分析案例。本案例中，笔者先让小组内讨论如何改进，再带领学生分析上节课中小猫和小伙伴 “商量参加舞会”的对话改进后的案例。小组讨论的过程中，有编程基础的学生能很快知道如何改进，而没有编程基础的学生则需要教师讲解。
（3）作品设计
案例分析阶段之后，大部分学生知道如何改进脚本。笔者采用任务驱动法，要求学生在换角色并增加角色、换对话内容、换舞台等基础上，自己设计一个关于对话的作品，这有利学生创造性思维的培养。实践教学证明，在搭建作品脚本之前，让学生先设计角色、情境、舞台，再画出作品的流程图，设计脚本，更有利于学生编程技能的培养，有利于学生养成良好的编程习惯。在本案例中，学生们使用的角色基本都是Scratch库内的角色，但角色和对话的内容各不相同，作品也充分体现了学生的创造力和想象力的丰富。图6、图7展示的脚本即一位女同学使用两只小企鹅设计的对话作品。
（4）搭建脚本，Dr.Scratch分析
在学生完成作品功能和流程图设计之后，搭建脚本阶段就会很顺利。学生完成作品并保存到本地，即可进入Dr.Scratch （http：///）分析自己的作品。Dr.Scratch分析结果界面会提示学生在该作品中所展示的计算思维能力发展程度及作品中涉及的抽象和问题解决、并行、逻辑思维、同步、顺序控制、用户交互、数据表示7个计算思维概念的等级。图8为上述女学生分析作品得出的结果。结果显示，学生的作品展示了学生计算思维发展的等级分数为5分，处在基础阶段，且作品中涉及的计算概念有抽象和问题解决、并行、同步、顺序控制、用户交互，各占1分，逻辑思维和数据表示在作品中未涉及。
在Scratch教学过程中，教师需教授和引导学生正确而有效地使用Dr.Scratch，而不仅仅是判断作品的分数。擅于使用Dr.Scratch分析作品有助于帮助学生认识作品中存在的不足，让学生明白该往哪方面改进，有助于激发学生的创作兴趣和学习兴趣，培养学生的编程技能和发展计算思维能力。
（5）修改交流及分享
在使用Dr.Scratch分析作品之后，学生可采用小组学习等方式，针对Dr.Scratch分析结果中提示的问题，对作品进行反复修改，与小组同学进行交流讨论。同时，可将自己的作品与班级同学进行分享，或上传到Scratch官网进行分享，这个过程有助于学生综合能力的提高。
Scratch是目前我国很多中小学和教育机构开设的一门新课程，Dr.Scratch在中小学Scratch课程中的应用有利于帮助减轻教师Scratch课程教学的负担。
参考文献
王娟. 基于scratch的创意计算思维可视化研究[D]. 上海师范大学，2015（5）.
Jesús Moreno-León， Gregorio Robles and Marcos Román-González. Dr. Scratch： Automatic Analysis of Scratch Projects to Assess and Foster Computational Thinking[DB/OL]. http：//um.es/ead/red/46/moreno_robles.pdf.
吴俊杰. 美国： Scratch 促进 STEM 教育[J]. 上海教育，2014（8）.
【关键词】教学设计学；教学论；教育技术学；教育学；语义结构网络
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009-8097（2008）11-0046-04
引言
《电化教育研究》杂志在2000年第10期和2001年第4期先后刊登了李秉德先生和何克抗先生讨论教学设计与教学论关系的文章[1][2]，这场争论进而引发“中美教学论的差异”、“教学论与教育技术学”等讨论，笔者拟从教学设计与教学论的关系争论出发，首先利用概念图揭示与教学设计相关概念的联系，然后利用解释结构模型法分析其语义结构网络。
一 语义结构网络
1 什么是语义结构网络
在认知心理学中，语义结构网络是人类长时记忆的一种方式，它是一个人所掌握的有关字词或其他语言符号、其意义和指代物、它们之间的联系，以及有关规则、公式和操纵这些符号、概念和关系的算法的组织。
语义结构网络的基本单元是概念，每个概念具有一定的特征。这些特征实际上也是概念，不过它们是说明另一些概念的。有关概念按逻辑的上下关系或语义联系或语义相似性组织起来，构成一个有层次的网络系统。如图1就是一个关于“红”的语义结构网络。
图中的方框为网络的节点，代表一个概念，概念之间的联系表示它们之间的联系，连线的长短表示联系的紧密程度，连线愈短，表示联系愈紧密，两个概念之间有愈多的共同特征，或者两个节点之间通过共同特征有愈多的连线，则两个概念的联系愈紧密。
2 如何解释语义结构网络
Freedman和Loftus的实验、Meyer等的词汇判定实验都证明了语义结构网络的存在[4]。那么如何揭示相关若干概念之间的这种结构网络呢？可以用解释结构模型法来分析。
解释结构模型法是用于分析复杂要素间的关联结构的一种专门方法[5]，其作用是能够利用系统要素间已知的零乱关系，揭示出系统的内部结构。它的具体操作是用图形或矩阵描述出已知的关系，通过矩阵做进一步运算，并推导出结构来解释系统结构，这种结构正是上面所述的语义结构网络。
二 教学设计学与教学论的关系分析
通过拜读上述两篇及其它关于教学设计与教学论关系的争论文章，笔者利用概念图软件勾勒出教学设计学与教学论相关概念之间的关系（如图2），连线上的词语就表示二者之间的关系。
在关于教学设计与教学论关系的讨论中，涉及了教学、教学设计学、教学论、教学理论、教育技术学、教学方法、教学法、设计教学法及教育学等多个概念，上图就体现了这些概念间的已知联系，但这些概念之间既没有层次，也无法揭示概念之间联系的远近，是零乱的，下面就用解释结构模型法来分析。
1 要素关系表
上述图2中共10个要素：教学、教学理论、教学论、教学方法、教学法、教学设计、教学设计学、设计教学法、教育技术学及教育学，每个要素依次编号为：S1 、S2、 S3、S4、 S5、 S6、 S7、 S8、S9、S10，把每一个要素与其它要素进行比较，如果存在直接关系，则用用符号“O”表示在要素关系表中，最终结果如表1所示：
2 建立邻接矩阵
将上述要素关系表转化为邻接矩阵，并用符号A表示：
由邻接矩阵的性质可知，该邻接矩阵第1、10列全部为0，则这一列对应的要素S1、S10（即教学、教育学）为输入端；该邻接矩阵第4行全部为0，则这一列对应的要素S4（即设计教学法）为输出端。
3 进行矩阵运算，求出可达矩阵
令B=A+I（I为单位矩阵），则得到：
运算得：B5=B4。
由可达矩阵的定义可知：M为可达矩阵。
4 对可达矩阵进行分解
（1） 可达集合与先行集合及其交集
用R（Si）表示可达集合，Q（Si）表示先行集合，R（Si）∩Q（Si）为上述两集合之交集集合。其中Si为要素项目编号（i=1，2，．．．，n。），可达集合与先行集合及其交集的分析结果见表2。
（2） 区域分解
根据可达集合与先行集合的分析结果可以发现，在先行集合Q（Si）中S1-S2，S1-S3，S1-S5有较强的直接联系，而S7-S8-S9之间又直接联系，因此将可达矩阵M的行和列的位置作适当变换，如M′所示：
用虚线把变换后的矩阵M′分割为四部分：Ⅰ表示有S1，S2，S3，S10，S5，S4，S6组成的邻接矩阵（C1）；Ⅳ表示有S7，S8，S9组成的邻接矩阵（C2）；Ⅱ表示子系统C1对C2的影响；Ⅲ表示表示子系统C2对C1的影响，Ⅱ区全部为零表示C1对C2影响甚微。
（3） 层级分解
根据R（Si）∩Q（Si）=R（Si）的条件在可达集合与先行集合及其交集表中进行层级的抽取。若首先找到其中一个Si，则把在R(Si)中Si所在行全部删除，并把Si从其它行中也删除，Si就作为该层所分析的要素项目，并依次类推至其它各层。
如表2中满足R（Si）∩Q（Si）=R（Si）的有S4，S7，S8，S9，就把这四个要素作为系统第一层，并把其所在行从表2中删除，得到表3：
以相同方法，从表3中抽出S3和S6（即为第二层），再抽出S2和S5（即为第三层），最后剩S1，S10（即为最后一层）。
三 结论
1 “教学设计”相关概念语义结构网络
根据以上层级分解的结果，各层关系图如图3所示。
图3表示：在与“教学设计”相关概念中，设计教学法、教学设计、教学设计学、教育技术学处于第一层级，教学方法、教学法处于第二层级，教学论、教学理论处于第三层级，教学、教育学处于第四层级，这是它们之间的层级关系。
人类认识是一个“实践――认识――再实践――再认识”的循环往复以至无穷的过程，人们对教学的认识同样如此，但在从认识（或理论）向实践飞跃的过程中，并不是一步到位的，而是存在中间环节，如图4所示：
从图4可以得知，教学理性认识（如教学理论、教学论，笔者统称之为教学的理论*）是教学实践的总结，而在将教学的理论转化为教学实践的过程中，其中间环节是教学实践观念，即关于将理论变为事实的目的、计划和方案等，这正是教学设计的本质。因此相对于教学实践来说，教学论层次较高，较抽象，属于理论性的学科；教学设计学层次较低，更具实践性，属于应用性的学科[7]。
2 教学设计与“教学的理论”之间直接、紧密联系
教学设计与教学的理论之间存在直接联系，其关系就是教学设计学以教学的理论为指导，通过教学设计的实践活动，将这些来源于教学实践的理论再应用到实践中去，从而完成理论到实践的转化，进一步开始新一轮“再实践――再认识”的过程。教学方法作为教学的理论的一个方面，虽是教学的理论具体化，但不足以直接付诸于具体的教学实践，还需要通过教学设计将它与具体教学情景联系起来，这也是体现教学设计桥梁作用和教学的理论的基础指导作用的最好例子。
从可达矩阵M的意义（矩阵元素aij表明从系统要素Si到Sj是否存在连接路径，1表示存在，0表示不存在），可以得知，教学设计（S7）与教学的理论（S2、S5）之间存在连接路径，并且由M=B4可以得出，从S2和S5出发可以有四条路径到达S7，即教学设计与教学的理论之间存在多条路径，由语义结构网络的意义――两个节点之间有愈多的连线，则两个概念的联系愈紧密，所以教学设计与教学的理论联系紧密。
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3 教学设计、教学设计学与教育技术学
教学设计与教学设计学不是同一概念，不能把教学设计笼统地称为“一门学科”或“一种理论”。如果教学设计特指对教学系统进行规划安排的实践活动，教学设计理论就是对该活动进行系统化、理性认识的产物，教学设计学是理论演变发展到一定阶段的结果。教学设计活动古已有之，原先是一种经验化的形态；教学设计学是近代才发展成熟的，主要是一种理论化的形态。教学设计学是以教学设计（活动）为研究对象，揭示教学设计工作规律的一门学科。
教学设计理论是教育技术学的核心理论，教学设计理论推动了教育技术学的成熟和发展，教学设计学是在教育技术学母体中孕育和发展成熟的，所以教学设计学是教育技术学的次级学科。
4 教育学与教育技术学
从可达矩阵M的区域分解可知，由元素S1，S2，S3，S10，S5，S4，S6组成了邻接矩阵（C1），这些元素基本上是一些教育学的概念；由元素S7，S8，S9组成的邻接矩阵（C2），而这些元素基本上是一些教育技术学的概念。区域分解的结果说明教育学对教育技术学有较大影响，这与目前认为教育技术学是教育科学二级学科的定位是相符合的；而另一结果显示教育技术学对教育学无影响，这可能与我国目前教育技术学界的某些“画地为牢”的思想有关，有国外学者也认为：“作为一个广泛关注的研究领域，教学技术与其它领域研究和发展太少，这种情况使得技术的进步并没有对教育领域产生重要的影响作用”。[8]
参考文献
[1]李秉德.“教学设计”与教学论[J].电化教育研究, 2000,(10):11-13.
[2]何克抗.也论“教学设计”与教学论[J].电化教育研究,2001,(4):3-10.
[3][4]王,汪安圣.认知心理学[M].北京:北京大学出版社,1992:180-181.
[5] 李克东.教育技术学研究方法[M].北京:北京师范大学出版社,2003:303.
[6][7] 马启龙.教学设计学的学科性质及地位――从教学设计与教学论关系谈起[J].教育传播与技术,2007,(4):6-9.
关键词:核心素养；探究；概念
一、选题背景
《普通高中生物学课程标准(2017年版)》提出了“以核心素养为宗旨,内容聚焦大概念,教学过程重实践,学业评价促发展”的基本理念。2019年安徽合肥正式使用了人教版的新教材,笔者发现生物学科新教材最突出的特点就是落实了生物课程标准中提出的学科核心素养。那么我们作为一线教师在教学中应该如何落实核心素养呢?赵占良先生曾经说过:“只有在真实的情境中开展学生活动,探究问题,学生的价值观、必备品格、关键能力才能真正得到培养。”故笔者认为,在课堂教学中引导学生探究是新课程标准实施与课程改革的内在诉求。作为生物教师,应充分利用教材开展学生探究活动,使生物课堂更富有特色与魅力。探究式教学是指在学习一些概念和原理时,让学生自己通过阅读、观察、思考、讨论等途径去探究,自行发现并掌握概念和原理的一种教学方法。在生物的教学中往往会有许多概念,除了以术语、名词形式呈现外,在新课标中我们会发现列出的“大概念”“重要概念”“次位概念”都是以陈述句形式呈现。教师在帮助学生构建概念的过程中,如果仅仅注重知识教学,虽会节省课堂时间,但这样做其实忽略了学生核心素养的发展,也不利于学生对概念的深刻理解。那么如何以新教材为载体帮助学生理解科学概念,同时落实学科核心素养的培养呢?下面以“DNA通过半保留方式复制”为例说明如何通过探究活动实现对概念的构建,并培养学生的核心素养。
二、分析新教材,厘清设计思路
“DNA半保留复制的实验证据”是人教版高中生物必修二《遗传与进化》第三章第三节的内容。其在旧版教材中是选学内容,但在新教材中是必学内容,并且“DNA的复制是以半保留的方式进行”这一概念以黑体字形式呈现。这一变动说明新教材要求学生不仅需要重点掌握这一概念,而且需要注重科学思维、科学探究能力等核心素养的发展。如果教师直接将概念告知学生,会给学生带来困惑,也不利于发展学生的学科核心素养,故笔者采用探究式教学模式达到构建科学概念的目的。通过构建模型、小组合作探究的方式,学生尝试提出DNA复制方式的假说,并设计实验、演绎推理、实验检验,再得出结论。学生在“假说—演绎”这一探究过程中,深度思考,学会运用巧妙的实验方法解决问题,在得出实验结论的同时形成了“DNA通过半保留方式复制”这一科学概念,提升了科学思维和科学探究能力,有效突破了本节课概念教学的难点。
三、探究引领概念教学
(一)温故知新,引入概念
教师首先展示DNA分子结构模式图,并提出问题:“(1)根据DNA的结构特点,请分析DNA为什么可以作遗传物质?(2)遗传物质如何才能在代代相传的过程中保证稳定遗传呢?”从而引出DNA复制。设计意图:让学生回顾遗传物质应该具备的特点以及DNA的结构特点,从结构与功能观出发去理解DNA为什么适合作遗传物质;通过思考DNA如何才能稳定遗传给后代,引出新课。
(二)构建模型,提出DNA复制方式的假设
教师把红、蓝两色的磁力条分发给每个学习小组,教师指出所发的磁力条代表DNA链,红色代表亲代DNA的母链、蓝色代表子链。请学生利用磁力条展示出亲代DNA复制的结果并分析亲子代DNA的链组成情况。各个小组在构建模型过程中将发现不同的复制方式会产生不同链组成的子代DNA,从而产生疑惑,探究课题。设计意图:通过小组合作利用磁力条构建模型,激发探究兴趣,由学生自己提出探究课题———探究DNA的复制方式。
(三)设计实验,探究DNA复制的方式
1.提出问题科学研究需要大胆的想象,但得出结论必须建立在确凿的证据之上。教师设问:“如何设计实验来探究DNA复制的方式?实验的基本思路是什么?”之后教师需要提出具体的问题引导学生思考:(1)半保留复制和全保留复制的主要区别在哪儿?(2)怎么分辨DNA分子的母链和子链?(3)用稳定性同位素标记后的DNA分子如何才能区分开?2.提出假说在教师的问题驱动下,学生找到本实验所要用的科学方法。在此基础上,师生共同分析并理解科学家梅塞尔森和斯塔尔的实验过程,之后由学生根据自己的假说推理实验结果。根据假说一“DNA是半保留复制”,请学生演绎推理出子代DNA分子的链组成及离心结果,完成课本54页示意图或者完成学案。在学案中要求学生画出每一代DNA的链组成,实线表示含15N的DNA链,虚线表示含14N的DNA链;并画出每代DNA离心后在离心管中的位置。基于假说二“DNA是全保留复制”,请学生演绎推理出子代DNA分子的链组成及离心结果,完成学案。3.实验检验,验证假说教师展示科学家用紫外线照射离心管投影到一个平面上所得到的实验现象(见图1),由于DNA可吸收紫外光,投影的平面上可显示出离心管内DNA带的位置。4.分析结果,得出结论学生观察并分析,发现真实结果与假说一的推理结果一致,最终得出结论:DNA的复制是以半保留的方式进行的。设计意图:梅塞尔森和斯塔尔设计的实验蕴含着科学的实验方法和设计思路,为培养学生的核心素养,教师通过问题驱动充分调动学生的思维,启发学生用稳定性同位素标记法和密度梯度离心的方法来区分不同链组成的DNA。在探究过程中,学生不仅找到了合适的实验方法,还自己设计实验、演绎推理,最终分析结果得出结论,也掌握了本节课的科学概念。
四、结语
新教材是落实核心素养的载体,学生的探究活动是落实新课标中学科素养的渠道。探究式概念教学在课堂上充分发挥了以学生为主体,教师为主导的作用,落实课标理念,渗透学科素养。由于生物必修模块的教学内容较多,课时有限,故在平时教学中教师常常会舍弃探究活动,只注重知识的教学。但笔者认为,探究活动是可以与知识的学习、科学思维的训练有机结合起来的。以本节课“探究DNA的复制方式”为例,学生经过探究活动得出结论“DNA的复制是以半保留的方式进行的”,这正是他们需要掌握的科学概念,学生通过亲身探究获得成就感。笔者认为通过探究活动进行概念教学,可以加深学生对概念的深度理解,同时落实了新课标提出的学科核心素养,值得教师们在今后的教学实践中深入研究。
参考文献:
一、义务教育阶段，函数课程的设计特点
1. 按照学生认知发展规律设定课程内容：在新课程中，函数的变量、函数概念，表示方法、一次函数、及他们在实际生活中的应用在八年级学习，二次函数及其应用在九年级学习。
对函数内容的学习本身就是难点，分年级设置可以分散学习难点，有助于学生理解和接受，符合中学生心理发展规律。
2. 注重生活中实例的理解：初中生学习函数的概念是困难的，原因是函数的概念和符号过于抽象。新课程中函数课程的设计强化了实例的作用，在整个的函数学习过程中都体现了引入实例的重要性，首先让学生直观地认识生活中的实例，然后再逐步把函数的基础知识抽象出来，这样设计符合学生的心理特点。
3. 注重实例中培养学生数学建模思想。透过现象看到问题中蕴含的数学本质。
二、初中生对函数概念认知易产生错误的原因
1. 函数概念本事复杂，不易理解。函数刻画了两个变量以及这两个变量之间的关系。以集合、对应关系的方式定义函数都不易理解。
2. 函数的表示方法多种多样。在初中数学中，函数概念的呈现方式是多样的。它既可以用解析式表示，也可以用表格表示，更可以用图像来表示。尤其是函数的解析表示，学生存在一定的困难。
3. 初中生处在辩证逻辑思维形成的初期。初中生处于形式运算阶段，对抽象的数学符号及数量关系理解不到位，通过多年的函数教学实践，我们得到以下结论：首先，有些学生变量、常量不易区分的，之前学习的方程是静态概念，函数本身是动态概念，处理好自变量和因变量因果关系才能更好的理解函数关系。
4. 部分教师在函数概念教学中缺少切实有效的策略。
三、函数概念教学质量关系到后续课程和知识发展，函数数学思想的形成对学生为未来发展也极其重要
1. 函数内容本身就具有层次性和联系性。在函数课程的整体安排和设计上要考虑到内容和知识点安排的多少、难易程度。函数概念是初中数学教材中关注的首要问题。初中教材应用变量给函数定义，有些学生机械理解函数概念，不会用概念理解、解释生活中存在的数学现象，会用函数解决实际问题（包括生活中、生产中、数学中的）出发，引入函数概念。基于视觉感知的概念，逐渐理解函数本质，函数的表示方法多种，解析式表示比较抽象，而表格和图像较直观。初中应加强表格和图像的理解。初中生抽象能力还比较弱，对抽象数学概念的认知要借助直观。建议初中函数课程对函数三种表示方法的使用比重重新分配，同等重视。
2. 注意应充分考虑函数与本学科以及其它相关学科知识间的联系。初中学生对函数、不等式、方程之间的理解模糊、易混淆。而且也是物理等学科的基础尤其在八年级学习电学、力学前应解决一次函数和反比例函数，否则会给学生学习带来困难和障碍。
3. 初中生辩证思维能力有一定发展但这还不够，简单的函数及性质应在初中学习，但对有些性质应逐渐渗透。
四、对初中函数教材编写的几点建议
1. 加强对函数的知识结构与内容编排的重视。学生认识函数是循序渐进的，某一内容经过几个循环，逐渐加深发展过程。函数概念应以螺旋上升和直线上升相结合，编排中应注意：第一，课程的安排和一些数学概念，适当铺垫，为后面埋下伏笔，难点分解。其次，加强实例的引入及实际问题中蕴含函数关系的理解，加深学生理解，逐渐渗透函数思想及方法。再次，建立新旧知识间的联系和区别，易于学生形成完整的知识系统。
关键词：概念图；研究性学习；实验研究；
中图分类号：G633.7
文献标识码：A
文章编号：1003-6148(2007)4(S)-0004-4
在中学物理课堂教学中开展研究性学习，是根据教材内容及要求，由教师创设问题情境，提供相关的实验器材和背景材料，让学生自己拟定研究方案、实验步骤，要求学生在一定时间内完成自己的实验、观察、分析、讨论、总结等一系列的学习活动。本文将概念图引入物理课堂的研究性学习中，利用概念图的教学策略表征发现物理现象、探索物理规律。
实验选取高二年级两个学习水平、学习能力、学习成绩等方面基本相同的04．2班和04．5班为研究对象，其中04．2班为对照班，04．5为实验班。在学习“动量”一章内容时，对照班沿用常规教学方法，实验班以概念图为手段，开展研究性学习的教与学活动，历时3周。以下展示的是在实验班进行的教学流程：准备和指导开展研究活动学习成果展示和交流测评，在测评阶段还对实验班和对照班进行了统计比较。
1 准备和指导
1．1 明确该章学习的总目标
教师以学案的形式列出该章节的研究目标和要求，其中包括要完成的知识、技能、过程、方法、实验活动等具体目标，以帮助教师规划、指导学生的探索活动并检验学生学习达到预期目标的情况。相关内容有以下几点：
(1)本章主要的知识点
物理概念：动量和冲量。
物理规律：动量定理和动量守恒定律。
(2)具体目标
知识和技能方面：理解动量和冲量的概念；理解动量定理，会用动量定理解释现象和处理有关问题；理解动量守恒定律及适用范围，会用动量守恒定律解释现象。
过程与方法方面：带着小课题，以小组合作方式探究学习；设计实验方案，了解研究方法，探索知识的形成过程；满足好奇心，体验学习的乐趣，接受潜移默化的科学精神教育。
(3)达到目标的途径：通过查阅资料完成研究小课题、设计探究实验，以小组合作的形式开展研究性学习。
1．2 设计研究小课题
在活动之前，教师设计了一份“研究小课题”，以引导、规范学生的自学、研究行为，根据小课题撰写小论文或研究报告。研究小课题如下：
(1)为什么要引入动量?它与质量、速度及动能有什么区别联系?试用概念图表示。
(2)为什么要引入冲量?它与力、动量有什么联系?试用概念图表示。
(3)试用概念图将动量定理从牛顿定律和运动学公式推导出来，并探讨它们的适用范围。
(4)你可以设计1―2个实验来研究动量定理或动量守恒定律吗?
(5)你可以找到3个以上用动量定理或动量守恒定律来解释的生活中的物理现象吗?
2 开展研究活动
2．1 用概念图表征研究过程
教师完成准备工作后，学生在教师的指导下开始进行课前的试探研究。这些研究活动包括：自学本章“动量”知识、查阅资料完成小课题、设计探究实验、组内交流和讨论，并提出拓展性问题。这些活动主要以小组形式在课下完成，历时2周。随后，按照计划进入该章节的课堂教学，引导学生进行深化研究。其研究步骤有：观察现象设计实验建立概念发现规律知识运用。首先，在教师创设的物理情境中观察分析，如通过演示实验、放映多媒体课件或录相等；然后，演示学生当堂或课前设计的实验，学生围绕实验现象进行讨论，教师引导学生对现象的本质进行科学思维，建立物理概念，并要求学生了解历史上建立此概念的过程，理解概念的含义；通过实验归纳和理论演绎发现物理规律，选择前面设计的实验进行验证；利用所学的物理规律解决生活中的问题，使学生体会到物理学在生活和生产中的应用以及对社会发展的影响。教师应围绕学生开展教学活动，鼓励学生大胆质疑、互相交流、独立完成实验。此探究过程用概念图来表征，可明确研究路径和方向，引导学生的学习活动；教师按照图示指导，可顺利完成教学目标。具体内容见图1“开展研究活动”程序概念图。
2．2 案例
学生在形成概念阶段设计了多种多样的实验，有些操作性极强。例如，一位同学设计并制作了研究“动量”概念的实验：如图2所示，有一个长40cm、内径3.5cm的有机玻璃圆筒，内有一滑块M，滑块周边包一层绒布使之与筒壁有较大的摩擦，一细绳一端固定在滑块上，另一端留在筒外，另备有质量分别为70g和30g的钢球。将两球分别从20cm和40cm竖直上方自由释放，滑块被撞击向下滑动一段距离。实验发现，滑块被撞击移动的距离不但与球的质量有关，还与撞击前球的速度(即球下落的高度)有关，故为了描述运动物体的这种性质引入一个新的物理量――动量。
3 学习成果展示、交流和评价
3.1 学习成果展示
课堂上各组争派代表用概念图讲解，同学们提出问题、讨论。图3是一位同学利用Inspiration8．0 Trial软件制作的概念图。可见，此同学不仅能够利用概念图把该章主要概念用恰当的关联词进行正确连接，同时能让本章新内容与前面已学的知识发生联系。
3.2 研究论文的交流与评价
在展示、交流学习成果的基础上，组织学生对论文或研究报告进行评价。评价的主体是每个研究小组成员；内容是研究的过程、成果；目的是引发反思并激励探究精神。
评价原则：使用量表进行评价，方式是自评和他评，见表1。
评分标准：表中每项不符合为0分；部分符合为1分；完全符合为2分。加分项由教师和学生协调审核。总分等于学生自评、同学评价、教师评价、加分四项的总和。
评定等级：满分为48分，其中40～48分为超级优秀；31～39分为优秀；23～30分为良好；23分以下为尚须努力。
评定结果：实验班共55人，分为12个组。测评结果见下表2。
4 测评
1.问卷调查与分析
调查内容：活动结束后，对这次利用概念图进行课堂教学的研究性学习做了一次问卷调查，内容为(可多选)：
(1)你按照老师的安排在课外、课内的研究性学习中使用概念图了吗?( )
A．完全使用；B．上课时使用；C.下课时使用；D．都没用。
(2)你认为影响物理学习的主要因素：( )
A．物理概念之间的关系；B．兴趣；C.学习方式；D．物理知识的呈现方式；E．其他。
(3)你认为物理知识呈现方式( )
A．按书本顺序一个接一个地讲；B．按知识结构讲；C．按知识结构图示讲。
(4)你对利用概念图进行的研究性学习的感觉是：( )
A．有浓厚的兴趣；B．很有兴趣；C．比较有兴趣；D．不感兴趣。
(5)在活动中你认为自己在哪些方面得到了提高( )
A．概念图工具的使用；B．信息处理能力；C．合作沟通能力；D．组织管理能力；E．写作能力；F．学习方式的多样化；G．其他。
(6)你对自己的评价感到( )
A．很满意；B．满意；C，一般；D．不满意；E．很不满意。
(7)你认为这种评价方式：( )
A．很好；B，好；C．一般；D．不好；E．很差。
(8)你认为这一做法应该持续下去吗?( )
A，很有必要；B．有必要；C．没有必要。
调查结果分析：
调查使用无记名方式进行，共收到55份问卷。八项内容的统计分析如下：
(1)选A占19．6%；选B占39．1%；选C占42．3%；选D占9．0%。概念图作为一种有效的学习工具被大多数学生接受。
(2)选A占63．6%；选B占86．1%；选C占72．3%；选D占49．0%。基于概念图的研究性学习能够激发学习兴趣，以图示的方式呈现物理知识，利于揭示概念间的关系，能改变学生被动的学习局面。
(3)选A占19．6%；选B占30．1%；选C占50．3%。概念图符合学生认知特点的教学策略，能够激发学生学习热情。
(4)选A占31.1%；选B占32．6%；选C占29．1%；选D占7．2%。利用概念图的研究性学习普遍受到学生的欢迎。
(5)选A占59．4%；选B占38．3%；选C占42．3％；选D占29．0%；选E占15．2%；选F占42．0%；选G占30．1%。概念图工具易于被学生接受和使用，而且利于其多种能力的锻炼和提高。
(6)选A占39．2%；选B占45.1%；两项占84．3%，大部分学生对自己的评价满意。
(7)选A占28．7%；选B占42．8%；两项占71．5%，多数学生对这种评价方式持肯定态度。
(8)选A占19.4%；选B占37.3%；两项共占56.7%，多数学生对这种教学模式比较感兴趣。
2．形成性测验
教学实验在高二第一学期开学时进行。实验开始前，将上学期的期末成绩作为本次实验的始测成绩，见表3。实验结束后，根据本章教学目标，由它校教师命题，同时对两班进行考核，成绩对比见表4。
采用双侧检验，从成绩统计决断看，教学效果对比结果是：实验班和对照班产生显著差异，可见，基于概念图教学策略的研究性学习使实验班成绩显著提高。
一、以问题为起点，创设知识的问题情境
问题就是疑问，疑问是学习活动的诱因，对于面前的问题或疑问，人们总是力图回答“它是什么”或“为什么”，认知学习的过程就是弄清楚“是什么”或“为什么”的过程。另外，问题性教学，它是引导学生直接来解释或解决问题，对认知学习过程具有明确的导向性与目的性。
在概念性知识的教学中，问题的提出要讲究形式与艺术，换句话说，就是要创设良好的问题情境。以“技术语言”概念为例，如果提出“什么是技术语言”或“请列举属于技术语言的具体实例”等较为抽象的问题或与概念的相关问题，那么这种问题等于白提，因为对于学生来说，“技术语言”是一种全新的知识，既不能用自己的语言加以描述，更不能将“技术语言”概念具体化，因此它不能引发学生与之相关的任何思维活动。如果改为下面的系列问题：
（1）图1、图2各分别表示什么意思？
（2）在图3中，220V、2.5（5）A、3000R/KWh分别表示什么意思？
（3）图4反映计划生育的工作重点是农村还是城市？教育与计划生育有什么关系？
（4）图5中含有几种电学元件？各元件的作用或用途是什么？
（5）上面5个图都属于技术语言形式，试说出技术语言具有哪些类型？
显然，创设诸如上面的问题情境，不仅能为学生提供有关“技术语言”的丰富素材，将抽象枯燥的文字陈述转化为形象活泼的符号或图形，用以引发学生的学习兴趣进而促进学生构建“技术语言”表象知识，而且有利于诱发学生在认知过程中的“活性”思维，如通过对图5观察，就可以领悟技术语言是自己曾经已经接触过的一种知识，由此会引起更多的联想，从而扩展原有的知识结构。又如图4，学生除了思考上面提出的两个问题外，还会思考：为什么农村的计划生育工作难度较大？为什么文化程度越低，计划生育的观念越淡薄？再如要求学生说出技术语言具有哪些类型，那么学生就要对上面的5个图形甚至还会联想符号、公式、图像、图表等其它的语言形式，然后在此基础上进行抽象分析来寻找其共同的本质特征，最后才是应用归纳或概括的语言来表述技术语言的形式。毋庸置疑，这种教学不仅可以较好地促进学生对概念性知识的理解，还可以较好地促进学生思维能力的发展。
对于概念性知识，如何创设问题情境呢？我们只要认真分析教材，就会发现教材在陈述概念后都会列举相应的实例，我们只要针对实例设计有关的问题，就可以达到“以问题为起点”教学效果。当然，为较好地引发学生的学习兴趣，教师可以设计一些更好的问题情景。对于教材中没有提供实例的概念性知识，教师要注意搜集并创设一定的问题情境。
二、以案例为载体，突出知识的本质内涵
“相关性知识”在教材中占有相当的比重，而且属于教材中的核心内容。如“设计的一般过程”课题，它主要包括“发现与明确问题、制定设计方案、制作模型或原型、测试评估及优化、产品的使用与维护”五个“相关性知识”，再如“设计的一般原则”，它包括“创新原则、实用原则、经济原则、美观原则、道德原则、技术规范原则、可持续发展原则”七个知识要点，这些知识都是指导产品设计的理论依据，也是课程学习应达成的知识目标。对于这部分知识，教材多数也都是先做陈述性介绍，然后列举实例说明或引导学生进行知识具体化的辨析思考，同样我认为在引发课堂学习情趣方面有所缺失，另外在促进学生的思维活动方面效果不够好，多数老师都有这样的反映，学生对理论知识内容型的课题都感到乏味，其主要的原因就是在于这部分知识内容缺乏有效的教学设计。我认为，对于“相关性知识”的教学设计，较好的做法是以案例为载体，突出知识的本质内涵，让学生从案例分析中领悟或获取相应的知识。
如设计的“创新原则”，它是指设计过程要引入“新概念、新思想、新方法、新技术”，“新概念、新思想、新方法、新技术”就是“创新原则”的本质内涵。为使学生较好地领悟这个原则的内涵，教学中就可以提供以下案例：
案例1：绿色奥运图片。
“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”是2008年北京奥运会提出的三大新概念，图6为绿色奥运的标志图，它是以绿色树叶为底色，中间是北京奥运会会标，下面“绿色奥运绿色中国”的绿色文字，它体现了我国保护环境、保护资源、保护生态平衡的可持续发展的环境意识，它是指导运动会的工程建设、市场开发、采购、物流、住宿、餐饮及大型活动的新思想。
案例2：精确书签。
图7是某学生发明的精确书签，它可以精确到最后的阅读段落。这种书签是由长条矩形塑料制成，在书签顶部有一U型切口形成的夹板，用以将书签固定在书页上。此外这种书签还有一片塑料指示条，指示条上下部有两条水平切缝，书签主体以编织的方式穿过。通过这样的组合，指示条可以在书签主体上上下移动。而指示条上的两条水平切缝的两端向内弯曲，有助于增加摩擦力将指示条固定在指定的位置。当阅读到一定阶段，将这种书签别在书页顶端，然后把指示条滑到最后阅读行，合上书本。下次再重新打开书本时，就能找到精确的段落继续阅读了。与传统的书签相比，具有一定的创新。
在上面案例中，案例1是突出设计中“新概念、新思想”的创新，案例2是突出设计中“新技术、新方法”的创新。通过引导学生对上面的案例分析，就可以使学生领悟“创新原则”的本质内涵，另外也可以引发学生的学习情趣并诱发学生的创新欲望。
三、以探究为主线，构建知识的获取过程
新课程理念倡导实现“知识与能力、过程与方法、情感态度与价值观”的三维目标，其中“过程与方法”就是指知识的获取与能力的形成必须是学生的自我感悟或自主探究，能力、情感态度与价值观作为课程知识的载体，它是学生以探究的方式并经历一定探究过程而形成的产物。因此在促进学生理解并掌握课程知识的教学中，教师要将引导学生开展探究性学习作为课堂知识教学设计的主线，从而构建符合课程“三维目标”的知识获取过程。
引导学生开展探究性学习的过程，就是立足于学生的学，即以学生的主体活动为中心来设计课堂教学活动，学生在积极主动的课程学习活动过程中，以自己的经验和知识为基础，经过积极的探索和发现、亲身的体验与实践，以自己的特有方式将课程知识纳入到原有的认知结构中，并尝试用学过的知识来解决新问题，教师在这个过程中只是一个组织者、指导者和参与者。依据探究性学习的内涵，我们可以看出探究性学习的过程特征就是学生的主体性与实践性，构建有效的探究性学习活动过程，主要是围绕这两个特征来组织课堂教学活动，下面举例加以说明。
“发现问题”课题中有关“观察”的知识，教材是通过引导学生阅读“观察的一般要求”来获取这部分知识，可以说，学生对教材中“养成观察习惯、制定好观察提纲、开展有关观察活动”等三个要点知识仅是一种接受性的学习，不是自己的感悟。另外，对于有关观察的知识，实际上还有更丰富的内容，因此教学中就可以设计如下系列的观察活动来引导学生开展有关观察知识的探究性学习活动：
观察活动1：对于如图所示的四种烟灰缸，你可以从哪几方面来区分它们的特点？它们优缺点分别是什么？
要回答上面问题，必须要求学生先制定一定的观察计划或观察方案，在区分它们的特点和优缺点时，一般可以从制成材料、牢固程度、美观漂亮、经济成本、清洗卫生、防腐防锈等方面来进行有序性和分析性的观察，从而促进观察与思考相结合。
观察活动2：请认真观察下面四把凳子，在下面表格中填写相应的内容。
上面的指导性观察活动，它不仅可以训练学生的观察与分析能力，还可以促进学生逐步养成观察的习惯并掌握基本的观察方法。
探究性思考：从上面两个观察活动中归纳或总结“观察的基本要求与方法分别是什么”？
一、借助生活背景，形象阐释概念
恩格斯指出：“数和形的概念不是从其它任何地方。而是从现实世界中得来的。”因此，教学数学概念应该积极联系现实生活或者开展数学实验．让学生在“最近发展区”中“跳”“摘”概念之“果”，在现实生活背景和动手实践中自主建构。这有利于学生关注概念的形成过程，帮助学生克服机械记忆概念的学习方式。
例如学习数轴概念我先出示下列问题：小张家向东走30米是书店，向西走20米是少年宫。若规定向东走为正，向西走为负，那么，小张从家出发，走到书店应记作什么?走到少年宫记作什么?温度计显示零上20度，零下3度，你如何用有理数表示?我接着要求学生将上述两个问题分别用简单形象的图示方法来描述它们，并进一步引导学生提炼出它们的共同属性：(1)能用图线表示事物的数量特征(可用同一直线上的线段来刻划)(2)度量的起点(0度和小张家)(3)度量的单位(温度计每格表示1度)(4)有表示相反意义的方向(向东为正，向西为负；零上为正，零下为负)这样就启发学生用直线上的点表示数．对于“表示相反意义的方向”用箭头“一”表示正方向，从而引进“数轴”的概念。联系现实生活，符合学生的认识规律，给学生留下深刻持久的印象，同时也有助于激发学生的学习兴趣，促使他们积极参与教学活动，有利于学生思维能力的培养和素质的提高。
二、深刻解剖问题。暴露概念形成
目前在解题教学中教师已越来越重视过程的分析。即讲清为什么要这样做，但在概念的教学中，这一观念还很淡漠，为什么要学习这个概念?教师似乎觉得问这个问题毫无道理，因为概念是我们学习和解决问题的基础，所以这实际上是一个错误的认识。因为教师从大量具体例子出发．以归纳的方法概括出一类事物的本质属性，但仔细剖析这类教学例子，可以发现那些大量的具体例子实际上是根据要领的定义而“制造”出来的。也就是说，这是教师头脑中的例子．拿出这些实例来仅仅是为了印证概念的定义是多么的准确和恰到好处。因为教师头脑中早已形成了这个概念的定义．制造具体例子再简单不过了．但学生始终弄不清呈现这些具体例子的目的何在，他们只是按教师预定的路线推进，最后获得概念，于是师生“皆大欢喜”。但如果深层次地思考，这实际上是在把学生当“傻子”，学生在比较、分析、概括，但不知道为什么要比较、分析、概括。这种概念的教学方式意在提高学习效率，让学生掌握更多的数学概念．但是去掉了概念的起源．直接以定义作为出发点．久而久之形成了一种静止的数学观：数学就是由一大堆定义、公理、定理、法则堆砌而成的。
如下面给出一个基于问题解剖的教学设计：
问：张三有3个苹果，2个梨子，李四有4个苹果，3个梨子，他们共有多少水果?
答：7个苹果．5个梨子。
问：我们注意到在这里我们进行了一个简单的合并．把同种类的水果合在一块计数。
学生类比具体生活实例作解答．在正确解答问题的过程中．必然注意到多项式中每个单项式中的字母及每个字母的指数是否相同，并形成“同类项”概念本质属性的一种假设。在假设得到不断验证的基础上．学生就能够归纳和概括出“同类项”要领的本质属性，从而获得这一概念。
三、辩证分析概念，深入把握本质
要把概念讲清楚，讲准确，还必须在感性认识的基础上，对概念作辩证的分析，用不同的方法揭示不同概念的本质。
1．抓住概念的本质特征
例如对“两点问的距离”这个概念，学生往往说成：“(连结两点的)线段，叫做(这两点问的)距离”。基于以上情况，可要求学生通过划分句子成份找出它的主干――“线段叫做距离”进而引导学生分析错误根源：“线段”是几何图形，而“距离”是一个量，只能用来量来测出图形的长度(面积、体积等)。找到了错误的根源后，再引导学生回到正确的概念：连结两点的线段的长度叫做两点问的距离。继而分析正确概念的主干是“长度叫做距离”，只是这个长度是“连结两点的线段的长度”。
2．廓清概念之间的有机联系
数学中有许多概念具有相似的属性．对于这些概念的教学．我们要引导学生注意区别，避免混淆。在建立新概念时，阐明概念之间的内在联系，可以加深学生对概念本质的理解。例如，“一元一次方程”的概念，是建立在“元”、“次”、“方程”这三个概念基础上的。教学时应着重指出：“一元一次方程”是一个含有未知数的等式(方程)；“元”是指方程中含有的未知数，“一元”表示方程中只含有一个未知数：“次”是指方程中未知数的最高次数．“一次”表示方程中未知数的最高次数是一次。这样，就便于抓住“一元一次方程”的本质，并为以后学习“二元一次方程组”、“一元二次方程”等概念打下扎实的基础，有助于学生举一反三，触类旁通。
3．注重概念之间的比较鉴别
善于运用分析比较的方法．有助于廓清容易产生混淆或者难以理解的概念，使得学生认识到概念之间的相同点和不同点，有利于学生深刻把握概念的本质所在。
本文借“压强”概念教学的引入、形成、巩固和深化等环节作相应的分析，试图以此呈现如何从感性知识入手系统建构物理概念，并在“教学内容”与“教学对象”之间建立起自然的有机链接，从而使得包括知识目标在内的三维教学目标能够全方位地整体达成。
1.概念的引入，经过比较、分析与归纳抽象出事物的共同本质的属性形成感性认识。
教学设计1：压力概念的引入
活动1：观察与作图
在图1中画出运动员对平衡木的作用力
在图2中画出钉锤对钉子的作用力
在图3中画出物体对斜面的作用力
图1 图2 图3
请学生在导学案上分别画出这3个图，教师巡视。
利用实物投影仪展示某位学生的答案，评议作图是否正确；继而总结这种力的方向特点，引出压力的定义。
设计分析1：概念的形成是人的认识从感性到理性的升华过程，受学生抽象逻辑思维能力的限制，概念的建立不仅需要感性材料的支持，而且要关注学生的最近发展区。图1、图2展示生活实例容易使学生理解和接受，再添图3物体放在斜面上的压力情况，这三种情况有一定的代表性，符合学生的认知规律。
教学设计2：压强概念的引入
师：压力作用在物体上会出现什么现象呢？观察图4，你发现了什么？
生齐答：使物体发生形变。
师：如果继续增加重物（图5）观察木板将会发生怎样的变化？你能得到怎样的结论？
生：木板形变增大，说明压力作用效果与压力大小有关。
师：压力的作用效果还与什么因素有关呢？
图4 图5
引导学生观察图6并思考：在茫茫雪原上，步行的人常会陷入及膝深的雪中，滑雪者却不会陷下去，为什么？
学生讨论并提出猜想：压力的作用效果可能与物体受力面积大小有关。
师：压力的作用效果还与什么因素有关呢？其实可以利用身边的物品探究体验。
活动2：体验性实验用左右两手指压铅笔（图7），观察现象。
图6 图7
师：静止时两手指对铅笔的压力大小有什么关系？手指皮肤形变情况如何？
生：两个压力相等，笔尖处皮肤凹陷较深。
师：通过刚才的学习，同学们能猜想一下压力的作用效果与哪些因素有关吗？
生：压力的作用效果可能与压力大小和物体受力面积有关。
师：要想验证你的猜想是否正确，我们应该进行实验探究，首先要设计实验方案。如果探究压力的作用效果与压力的关系，应该怎么办？如果探究压力的作用效果与物体受力面积的关系，又该怎么办呢？
生：如果探究压力的作用效果与压力的关系，应该控制受力面积一定；如果探究压力的作用效果与物体受力面积的关系，应该控制压力一定。
活动3：探究压力作用效果与什么因素有关？
师：下面，请同学们利用身边老师给的小桌和海绵，以及你们自己准备的盛水饮料瓶，探究压力的作用效果与什么因素有关。
学生讨论，制订计划，明确实验步骤。教师请一位同学上台演示实验步骤。全体学生分组实验，观察现象，得出结论。接着完成课本77页的结论填空。
设计分析2：从生活实际出发，合理地设置物理问题与情境，可以让学生感受到物理就在自己的身边，有利于引导学生进行积极而有效的思考。案例中先从压力作用效果与压力大小的生活经验入手，再创设人在雪地上行走的情景引导学生探讨压力作用效果还与受力面积有关，学生自主体验设计了用左右两手指按压铅笔两端的活动，亲身体验压力作用效果与受力面积有关，既可激发兴趣又可培养学生的动手能力，并为猜想提供了现实依据。
2.概念的形成，为了定量表示压力作用效果必须引入新的物理量——压强。
教学设计3：压强概念的形成
课件展示图8：探究压力的作用效果与压力大小的关系
课件展示图9：探究压力的作用效果与受力面积的关系
图8 图9
生：图8中当受力面积相同时，压力越大压力的作用效果越明显。
生：图9中当压力相同时，受力面积越小压力作用效果越明显。
师：请你们根据刚才的结论判断图10、图11、图12所示情况下压力的作用效果。
生：图10中A物体对桌面的压力作用效果明显，因为受力面积相同时，压力越大作用效果越明显。
图10 图11 图12
生：图11中A物体对桌面的压力作用效果明显，因为压力相同时，受力面积越小作用效果越明显。
教师引导学生总结：一种情况是相同受力面积的条件下比较压力大小，另一种情况是相同大小压力的条件下比较受力面积。
师：如果压力和受力面积都不同呢？同学们还能不能进行比较？
生：……
师：请大家观察图12并讨论，看能不能找出比较压力作用效果的方法。
学生看图并讨论。
师：物体A对水平桌面200N的压力是作用在多大的面积上？
生：作用在4m■的受力面积上。
师：物体A对桌面200N的压力均匀地作用在4m■的受力面积上，平均每平方米面积上受到多少牛的压力？
生：每平方米面积上受到50N的压力。
师：物体B对桌面160N的压力均匀地作用在2m■的受力面积上，平均每平方米面积上受到多少牛的压力？
生：每平方米面积上受到80N的压力。
师：现在你们能不能比较A和B对桌面压力的作用效果呢？方法是什么？
生：B对桌面压力的作用效果明显，因为可以通过相同受力面积比较压力大小的方法来判断。
师：现实世界中压力和物体受力面积千差万别，为了定量表示压力的作用效果，我们引入了压强这一物理量、它的定义是物体单位面积上受到的压力，代表符号是p。
教师引导学生得出压强公式。
压强公式：p=F/s（板书）
师：根据公式，压强与压力和物体受力面积都有关系，它是用两个物理量的比值来定义一个新的物理量，这种方法叫比值定义法。压强的单位是由什么决定的呢？
生：由压力和受力面积的单位共同决定。
师：为了纪念法国著名的物理学家、数学家帕斯卡，国际计量大会于1971年将压强的单位命名为帕斯卡，简称帕，符号Pa，1Pa=1N/m■。希望同学们也能像帕斯卡一样，成为一名对社会有所作为的人。
师：1帕压强有多大呢？一张报纸放在桌面上，对桌面的压强大约是0.5Pa，中学生站在地面上产生的压强大约是1.5×104Pa。不难看出，帕斯卡是一个很小的单位。
设计分析3：物理概念不仅是定性地反映客观事物的本质属性，有些还定量地反映了客观事物的本质属性。对于后一种物理概念，我们也叫做物理量。虽然压力作用效果这一物理过程的特征与压力的大小和受力面积这两个物理量有关，但是压力和受力面积这两个物理量都不能单独予以表征。为此需要引用一个新的物理量，就是压强。压强概念的建立借助速度的引入方法，从探究实验的结论出发，先定性再引导学生定量推导出压力作用效果与压力和受力面积的关系，既符合学科规律又符合学生的认知规律，学生容易理解和接受。
教学设计4：压强概念的巩固与深化
形成的概念应迁移到具体问题中，理解运用阶段。
师：压强概念在生活、社会中应用比较广泛。有时我们需要增大它，有时则需要减小它。请你们根据压强公式p=F/s思考，怎样增大或减小压强呢？
生：通过增大压力或减小受力面积可以增大压强，通过减小压力或增大受力面积可以减小压强。
教师展示图13—图16，由学生分析其中是增大压强还是减小压强，方法是什么？
学生观察四张图片，说出增减压强及改变压强的方法。
图13 图14 图15 图16
活动4：改变人体自身对地面的压强。
师：同学们站在地面上对地面有压强.让自身对地面的压强增大或减小，可采用哪些方法呢？
学生到前面表演：有的捧着一摞书站在讲台上来增大压强；有的提起一只脚来增大压强；有的脱去外套来减小压强；有的趴在地上，有的坐在地上，有的把书放在地上人站在书上，来减小压强。
点评学生在表演中，通过探究合作获取了增大、减小压强方法的新知识。
教师播放人睡钉子床的视频。
设计分析4：完成压强概念的建构后，将概念迁移到具体问题的解决中，不失为强化概念的好方法。所选的图片和视频来自生活实际，可激发学生兴趣，把学习推向高潮。
3.教学反思
笔者认为，通过压力三张示意图归纳出压力的概念，特别是对研究压力作用效果实验的设计、探究过程、分析引导、定义压强概念等科学探究思想是这堂课的一个亮点。教学形式上，笔者注重“以趣促学”，用最简单的器材完成多个学生自主探究的活动，如“手指压钱笔”、“增大和减小压强”等，为学生创设了生动的物理学习情境；教学内容上，笔者注重知识的首尾呼应，体现物理源于生活，回归生活的特征；精心处理课堂预设与生成的关系，达到深入理解概念、应用概念的目的。笔者以激情饱满的姿态吸引学生，诱导学生主动学习、探究学习、合作学习；不断为学生设置成功的台阶，让学生体会成功的喜悦及运用物理知识解决实际问题的成就感。
概念教学不仅是对学生知识的传授，还伴随着对学生能力的培养。感性入手、理性辨析、系统建构，这三条建议应该是一个分层递进的有机整体，其中感性入手是基础，理性辨析是保障，系统建构是关键。三者互为支撑，环环相扣，不可偏废，有待于广大物理教师在教改实践中智慧地加以运用。
参考文献：
[1]叶鹏松.试论初中物理概念教学的基本特点.物理教师，2012（3）.
