【摘要】物理课堂教学设计是信息化社会发展的必然产物。教学资源的有效利用，需要全新的物理教学设计的理念，注重全体学生的科学素养的提高，注重物理学的历史与文化积淀，建立科学的学业评价尤其重要。物理教学设计既要利用好传统的数学路径和应用路径，还要通过人文路径解决物理教学文化缺失问题。严格遵从五个基本环节，是搞好物理课堂教学设计的基本保证。
【关键词】物理；教学设计；理念；路径；环节
一、物理教学设计的阐释
最近几年教学设计概念在物理教师中被普遍采用，备课及教案被课堂教学设计所取代，而教学设计概念和规范都是从教育技术学中套用过来的，物理教学理论工作者和物理教师对它的研究不足，导致一些基本的理论问题缺乏比较统一的认识，甚至怎样理解物理教学设计，都是一个需要解决的理论问题。
(一)物理教学设计的形象理解
社会的进步，科技的发展，必然推动各行各业的发展与进步。许许多多的东西都经历了大致相似的发展阶段。为了形象地理解物理教学设计，我们来做一个简单的并不十分严密的对比。
理发：工具简单，梳子、剪刀、剃刀、电吹风；目标简单，仅有几种发型。
发型设计：工具多，梳子、剪刀、剃刀、电吹风、各种颜色的染发水，卷发工具，卷发药水、固定发型的用品……目标具有时代感，彰显个性，突出优点，避免缺点。
备课：工具简单，教材、黑板、投影仪、演示仪器；目标传授知识、培养能力。
教学设计：工具多，教材、黑板、投影仪、演示仪器，多媒体课件，网络教学资源……目标具有时代感，体现“知识与能力，过程与方法，情感态度与价值观”，利用丰富的教学资源促进学生的个性发展，提高他们的科学素养。
(二)物理教学论中的教学设计
作为课程与教学论下一级学科的物理教学论，没有教学设计研究的传统。这与教学论学科早期没有对教学设计进行系统研究有关。“我国的教学论科学有其自身的传统和体系，一些教学论研究者认为我国现行教学论学科的理论框架，基本上是20世纪50年代凯洛夫教学论模式基础上形成的，该框架正是对传统教学论‘三中心’体系的结构性分析。这一学科理论框架可以作如下表述，即：教学论=本质规律论+过程内容论+原则方法论+组织形式评价论。”教学论的传统的一个后果就是“实践缺失”，“教师们希望增强教学论的可操作性，从理论本身增强理论向实践转化的可能性，即教学论研究者在建构理论的过程中使理论更加贴近教学实践，以便于教师们理解、借鉴。……希望研究者提供教学理论向教学实践转化的科学方法，从方法上解决转化的可行性。”而教育技术学科的“教学设计”正好从形式上解决了教师们教学实践中“到底应该怎么办”的问题。中学教学改革、物理教师的各种比赛和培训，推动了物理教学设计的发展。一些敏感的物理教学论专家把物理教学设计引入了物理教学论教材。
阎金铎先生主编的《中学物理教学概论》(第二版)用中学物理教学设计一章，代替了中学物理教师的备课。该书的论述比较简单，篇幅也少，可操作性不强，只是简要地谈到物理教学设计的内容、方法和原则。胡炳元先生主编的《物理课程与教学论》，有一章是物理教学模式与教学设计，该书谈到当前对物理教学设计的几种定义，传统的备课与教学设计的比较，重点论述了物理教学设计的五个环节：中学物理教学目标设计；中学物理教学内容设计；中学物理教学策略设计；中学物理教学媒体设计；中学物理教学评价设计。该书论述比较系统，但还是比较生硬地移植教育技术学的教学设计，或者说是还比较形式化。
物理课堂教学设计作为物理教学论的研究课题，在理念上、路径上、环节上都还需要深入地进行研究。
二、物理教学设计的基本理念
物理教学设计是教师往一定的教学理念指导下进行的，当今时代无论做什么都是理念领先。那么，物理教学设计必须体现哪些新的理念?
(1)面向全体学生，促进学生科学素质的提高；
(2)重视分析物理问题的历史和文化的积淀；
(3)重视分析物理体系发展过程的科学方法；
(4)重视分析物理知识与生活、社会的联系；
(5)引导学生建立求真、求实、探索和创新的价值观；
(6)创设教师与学生、学生与学生有效互动的情景；
(7)力求教学方法和思路的多样化。
(8)建立合理的评价体系，使学生获得物理学习的乐趣。
国际纯粹物理与应用物理联合会在《新千年的物理教育》一文中对20世纪物理教育的目的提出了质疑，认为如果所有的学生都要学物理，那么物理教育的主要目标应该放在大多数的未来公民的兴趣和需要上，而不是放在将进一步学习物理而成为科学家或工程师的少数精英分子身上。如果物理教育是为更多学生的全面发展服务的，那就应当重视物理学家的工作成果在社会上、技术上的应用；应当重视物理学的哲学和物理学的历史；应当重视蕴涵于我们文化之中的物理学方法；应当重视物理学家这个专业群体的特点，如支持、贡献社会的方式等。
我们认为物理教育已经不再是精英教育，必须面向全体学生，物理教育不仅仅是一个知识体系的单向传递，同时还是一个文化的传承的过程，从这个意义上来说物理教学设汁是通过物理学及其应用为主要载体，通过物理文化的熏陶，传播物理文化，保证物理文化的延续和创新，培养一代具有能适应现代生活的具有较高科学素养的公民。
物理教学要加强师生互动，必须打破照本宣科的单向传输方式，要尽可能多地进行双向交流，课堂教学中要创造多种师生互动的方式：提问模式、讨论模式、合作学习模式、答辩模式，通过师生进行互动交流，激发了学生的学习动机，点燃了他们心中创造的火焰，同时也享受到物理学习的乐趣。
要建立合理的教学评价体系，大众教育的物理教学评价标准不能拔得比精英教育时期还高，物理教学设计要关注学生渴求学习成功的心理。目前，我们有些地方的中学物理教育是有问题的，我在进行大学物理教学时，遇到不少对物理学课恐惧和厌恶的大学生，可以推知，这些接受不成功的初中、高中物理教育的学生，不但没有体会到物理学的美妙、生动、严谨、和谐、创新、适用，反而让他们的自信心、自尊心受到打击。
三、物理教学设计的基本路径
我们知道，物理教师由于教育背景、工作环境、兴趣爱好、年龄等特征不同，同样的物理教学内容必然有不同教学风格；不同的学生对象，他们对物理学习的期望不同，接受与理解不同，因而要达到教学系统的最优化，需要有不同的路径去实现教学设计思想。
(一)数学路径
从物理学的发展我们知道，物理学从自然哲学分离出来，主要是因为数学和实验两个因素的引入，近代物理学的奠基人开普勒、伽利略和牛顿等，从思想方法上抛弃了传统的思辨哲学的方法，从偏爱定性表达，到追求定量表达。牛顿在数学方面的造诣很深，他成为公认的微积分的发明人之一。用数学方法表达的牛顿力学的成功，引起了科学界的普遍关注，特别是一批数学天才加盟到力学的研究中来。由拉格朗日、哈密顿、泊松等人创立的分析力学使牛顿的矢量力学更加数学化。这对传统物理学后来的发展起了直接的导向作用，理论物理的数学化达到登峰造极。
物理知识体系通常由一系列的概念、定律和定理组成。而定律的表达通常选用数学形式，定理则是由定律出发通过巧妙的数学推理得以导出。物理教师通常都有比较好的数学背景和功底，因而物理教学的数学路径是最受青睐的。我们所要特别注意的是不顾学生的接受与否，过多、过滥地用数学；过分重数学推导，轻物理分析；编的物理练习题，用一些毫无物理意义的数学式子让学生计算；考试过多地强调数学，见数学不见物理；如杨振宁所批评的那样“很多学生在学习中形成一种印象，以为物理学就是一些演算。演算是物理学的一部分，但不是最重要的部分。物理学最重要的部分是与现象有关的。绝大部分物理学是从现象中来的。现象是物理学的根源。”
(二)应用路径
物理学的一切研究成果，都毫不例外地被运用到生产技术和国防技术领域。也就是说物理学源于对自然的好奇心，又受生产需要、物质生活需要强烈的推动，有时也受政治和军事的需要推动。
早期对磁学规律的认识，为人类发明指南针提供了理论依据，而指南针的发明促进了航海业的发展；对天体运行规律的认识和火箭的发明，为人类发射卫星提供了理论基础和必要的运载工具；对热力学规律的认识推动了早期热机效率的提高，为人类进入工业化社会提供了动力；对电磁统一规律的认识导致人类发明了发电机和电动机、电报、电话，使人类进入了电气化时代；1895年伦琴发现x射线以后，很快就被医学上应用；原子科学、原子核科学的研究成果，被用来制造核武器和建立核电站，这又使人类进入原子能时代；现代光学理论成就、微电子学理论成就、半导体材料和光纤通讯的发明为人类进入信息时代奠定了基础。当前各国之间的科技竞争异常激烈，科技新发现应用于市场的速度更加惊人。
物理教学联系实际，联系生产、生活、国防的应用，这既是理解物理学的需要，也是提高学生学习兴趣的需要。物理教师要善于搜集物理学在各方面的应用，适时和巧妙地用在教学设计中。
(三)人文路径
传统的物理教学，基本上只有数学路径和应用路径，具有严重的文化缺失。物理学不仅是一个知识体系，更是一个文化体系。费曼曾经批评巴西的物理教师培养，是一种“自我繁衍系统”，在这样的教育系统中，人们通过考试，然后又去教人家怎样通过考试，谁也不管怎样理解物理知识的实质，以及物理学与时代文化的关系。不能把物理学仅仅看做由概念、公式、数学推导构成的死的知识，而要把它看做有血有肉的活的文化。
物理学具有重要的精神价值，物理学就是对未知世界的永无止境的探索，科学家们对研究对象，不知道答案时他是无知的，当他大概有了猜测时他是不确定的；即使满有把握时，他永远会留下质疑的余地。科学家的责任是探索更好的办法留传给下一代。
青少年感受和学习物理文化和他们学习中国文化如学习唐诗、宋词，读《老子》《论语》等没有什么两样，前者是源于西方，在近百年世界范围内迅速传播和发展的世界性的文化遗产，而后者是中国的文化遗产。中国文化提供中国人道德、审美、习俗、思维基础，而物理文化提供理性思维的基本方法和范例，同时物理文化还为现代青少年提供了欣赏科学美和培养这种审美习惯的机会。
物理学中的很多专题是能够利用人文路径进行设计的，如光学中的折射、透镜、激光；力学中的自由落体、万有引力、动量守恒、能量守恒；流体的阿基米德原理；电学中的电场、电流的磁效应、法拉第电磁感应；热学中的熵；原子物理的卢瑟福核模型、原子弹与核能；等等。
我们都知道没有人完全懂得《老子》，但是读了和不读就不一样，读了你就受到中国传统文化的熏陶，你就能解释一些社会观念。物理学的完整的学术体系，从各个方面、各个层次对自然界进行研究和解释，推动了人类文化的进步。虽然学生很难真正把握物理学的学术体系，但是学生懂得一些基本的方法、基本的理论，并自觉地用它们去解释自然的某些现象，获得了这样的自信和勇气，他们的品位就不同了，他的眼界就不同了，思维能力就提高了，他们就能较好地适应现代社会的以科技产品为中心的生活方式。
四、物理教学设计的基本环节
教学设计是传统的备课的一次革命性的进步，涉及教师教学理念、教学目标、教学资源的利用和教育、教学技能，当然教学设计与备课有继承性，都是一个制定教学方案的过程，都是对课堂教学的预设。下面简要论述物理课堂教学设计的五个基本环节。
(一)物理教学思路设计
这个环节通过教学内容分析、学生分析、教学媒体的分析，从而决定教学的基本思路。
教学内容分析，主要从背景和功能两方面进行分析。
背景分析：重点分析这部分知识发生、发展的过程，与其他知识之间的联系，以及它在社会生活、生产和科学技术中的应用。
功能分析：主要分析这部分内容在整个物理课程中的功能，以及对于培养和提高学生的科学素养具有哪些功能。
学习者分析，主要从学习者的特征和学习者的目的两个方面分析。
学习者的特征分析：主要分析学习者的知识基础怎样，包括物理基础和相关的数学基础；学习者的心理怎样，对该课题学习有信心还是有障碍，问题的症结在哪里。
学习者的目的分析：学习者的学习目的决定学习者的态度，要分析学生是为考试而学、为兴趣而学、还是为扩展视野而学。
教学媒体分析，主要对课题可以利用的教学资源中的“物”进行分析。是对实验条件、课件、网络、教材、补充习题等进行分析，以确定能否满足当前的教学需要。
(二)物理教学目标设计
新课程标准把新世纪物理教学的目标概括为知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。这是物理课程的总的目标，我们每个具体的课题，要在总目标的指导下确定具体的目标。课题的教学目标，应该是适合学生先前的经验，具有可操作性和可评价性的清楚的教学目标。以下进行分类描述：
知识目标可以分为知道、理解、应用三个层面。就是要把课题涉及的有关知识进行细致的分析，对于那些难度大、理解困难的部分，设定为知道即可，比如宇宙大爆炸概念，对于一些借助实验可以帮助学生理解的知识，如地球与太阳长期保持和谐关系的原因是它们之间的万有引力，可设定为理解，而万有引力公式的简单计算，可设定为应用。
技能目标可分为动作模仿、动作的理解、动作的组合三个层面。例如对工具或装置的模仿使用；对某些动作从方法上的理解，对工具、仪器的结构有所理解；对动作、工具、装置进行综合利用。
情感态度目标，是一种文化熏陶下的潜移默化，不可以生硬地规定，我们教学的课题中要挖掘物理学的美妙、生动、严谨、和谐、适用的一面，让学生感知、欣赏，进而热爱自然；同时要引导学生接受、思考、喜欢物理学家的求实、探索、创新，坚持真理，追求真理的品质，进而形成学生的价值观念，内化为品格，提升科学素养。
(三)物理教学过程设计
一个完整的教学过程包括导入、新课和结尾三个环节，整个过程包括教师教的活动和学生学的活动；教学过程也是一个信息传递的过程。
课题的导人设计：导入是教师的一个基本技能，但是针对不同的课题应用不同的导入方法，要有一个设计，如复习导入、故事导入、问题导入、猜想导入、实验导入等。
新课教学的组织形式设计：根据不同的内容恰当选取以教师为中心的传统的讲授、以学生为中心的自主学习、合作学习、问题探究等课堂教学组织形式。
结尾的设计：根据不同的内容恰当选取归纳总结式的结尾、简要的评价结尾、为下次课打伏笔的问题结尾等。
信息量和信息输出速率的设计。教师的教学必须使学生获得某些信息，如果一次课教师所教的内容过于简单，信息量就少，完全重复学生已学过的内容，学生就会感到无兴趣。反之，如果一次课信息量过大，学生会感到疲劳，接收困难。在一节课的45分钟内，学生所能接收的信息是有限的，而接收的速率也并非均匀。因此我们要对信息量和信息输出速率进行设计。
(四)物理教学媒体设计
物理教学离不开教学媒体的支撑，物理教学演示实验历来很受学生欢迎，随着计算机、网络的普及，现在物理教学媒体有了较大的发展，除了传统的物理演示实验外，还有多媒体物理课件、网络虚拟物理实验室等。
我们在进行物理课堂教学设计时，需要进行教学媒体的设计，一般来说，教材、黑板、演示实验仪器、计算机多媒体课件的恰当搭配是理想的状态，事实上物理教师不可能一味追求这种理想搭配。应该在达到预期目标的前提下，追求最少的媒体和资源的投入。假如用随手教学实验和黑板板书能讲好的问题，不用演示实验，能用演示实验讲好的问题不用计算机课件，能用课件讲好的不用网络。例如自由落体用传统的演示实验配合教师的讲解就能够讲好，就不必用计算机课件。
(五)物理教学评价设计
物理教学评价从目的可以分为：选拔性的评价、诊断性的评价、检查性的评价；从评价内容可分为：课程学习的总体评价、单元评价和随堂评价。鉴于文章的范围，这里我们仅仅讨论物理课堂没计的随堂评价。随堂评价可以穿插在教学过程中，也可以在课程结束前进行。物理教学评价要充分重视发挥评价的激励、诊断和发展功能。通过评价发现学生的潜能，了解学生的需要，增强学生学习物理的自信心，发现学生的不足及存在的错误前概念；激励、引导学生发展；形成生动、活泼、开放的教育氛围。
物理学是一门理论严密、应用数学比较多的学科，对于多数学生来说都比较难学，因而物理教师在评价学生学业时要特别小心，否则很容易伤到学生的自尊心，要想方设法地减轻学生的心理压力。为了给学生减压，我给学生讲过：“物理学是人类部分最聪明的人花了几百年建立的理论，我们学习它是幸运的，我们分享了人类的智慧。我们不能完全懂没有关系，其实很多东西我们全人类也还没有搞懂，在似懂非懂之间，我们的境界得到了提升，我们参观和重走了人类智力探险之路。”
我们提问学生要有爱心，要让学生能开口回答，答不出，就降低难度，启发他、帮助他答出来，然后表扬，使他们获得成就感。出题作检查性的测验，也要考虑学生的心理，要有一些人人都会的基本题目，如果结果不满意要有一个恰当的解释，不能简单归结为学生笨，不学习等。有了以上评价的理念，着手进行物理教学评价设计就有了正确的方向，方向对了，技巧是可以积累的。
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