信息加工視域下的高中物理教學(xué)設(shè)計

1、PAGE PAGE - 10 -信息加工視域下的高中物理教學(xué)設(shè)計鄭凱倪郝睿摘要：為了研究人的學(xué)習(xí)問題，加涅于20世紀(jì)50年代創(chuàng)立了信息加工理論，提出了“九大教學(xué)事件”。本文基于信息加工理論，以九大教學(xué)事件為指導(dǎo)，優(yōu)化電動勢教學(xué)方案。通過九大教學(xué)事件的預(yù)設(shè)，幫助教師設(shè)計出能促進學(xué)生學(xué)習(xí)的有效教學(xué)方案，從而提高課堂教學(xué)效果。將信息加工理論融合到實際教學(xué)中，對提高教學(xué)設(shè)計能力、指導(dǎo)教學(xué)過程有著積極的意義。關(guān)鍵詞：信息加工理論;加涅九大教學(xué)事件;教學(xué)設(shè)計物理學(xué)科因其理論抽象，加之高中生認(rèn)知水平所限，往往會在其學(xué)習(xí)過程中形成比較大的學(xué)習(xí)障礙。這就更需要教師精心設(shè)計教學(xué)，利用多重手段組織教學(xué)過程，突破重難

2、點。信息加工理論涵蓋認(rèn)知、記憶、提取過程，依托該理論進行教學(xué)設(shè)計，既有利于教師精準(zhǔn)組織教學(xué)過程，也有利于學(xué)生在教學(xué)過程中經(jīng)歷提取已有知識，學(xué)習(xí)鞏固新知，新知應(yīng)用等認(rèn)知過程，從而促進學(xué)生有效記憶，提高學(xué)習(xí)效率。1加涅信息加工理論模型加涅把建構(gòu)主義理論和信息加工理論結(jié)合起來，以學(xué)習(xí)過程為基本結(jié)構(gòu)，以信息加工理論來解釋學(xué)習(xí)，系統(tǒng)地分析了學(xué)習(xí)信息加工的過程和條件，形成了自己的學(xué)習(xí)理論加涅信息加工理論1。這種模型的一個形式見圖12。信息在感覺登記器中暫時登記，轉(zhuǎn)換成可識別的模式，進入短時記憶3。被記憶的信息通過語義編碼過程再次轉(zhuǎn)換，從而進入長時記憶。長時記憶中的編碼信息大多以命題的形式保存。通過提取，這

3、些信息可以返回到短時記憶與其他信息結(jié)合，形成新的學(xué)習(xí)類型。信息傳遞到反應(yīng)生成器被轉(zhuǎn)化為行為，并激活效應(yīng)器產(chǎn)生在環(huán)境中可以觀察到的行為，使外部觀察者能夠指出最初的刺激已經(jīng)達到了預(yù)期的效果。這種信息已經(jīng)通過上述方式加工，而學(xué)習(xí)者已經(jīng)實際習(xí)得這些信息4。2九大教學(xué)事件羅伯特加涅于1965年出版了學(xué)習(xí)的條件一書中提到的關(guān)于學(xué)習(xí)者內(nèi)部心理加工過程的九個階段在教學(xué)設(shè)計領(lǐng)域影響甚遠(yuǎn)，由此演繹出九大教學(xué)活動階段成為后來教學(xué)活動所遵守的基本流程5。九大教學(xué)活動可以這樣來表述：事件1引起學(xué)習(xí)注意（保持警覺）：作為教學(xué)過程中的第一事件能夠促進學(xué)生集中注意力。事件2交代學(xué)習(xí)目標(biāo)（建立預(yù)期）：目的是引發(fā)學(xué)生的“預(yù)期”，

4、注意力驅(qū)動下的一種心理活動。事件3回憶相關(guān)舊知（提取到工作記憶）：將已儲存進長時記憶中的知識從中提取到工作記憶中。事件4呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容（選擇性知覺）：通過多種教學(xué)手段與媒體提供直觀信息，目的在于引起學(xué)生的“選擇性知覺”，將新接收的信息按照自己的已有認(rèn)知進行分類和理解。事件5提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)（編碼）：是教師在教學(xué)過程中的主要工作。事件6引發(fā)行為表現(xiàn)（反應(yīng)）：評判學(xué)生學(xué)習(xí)情況的行為表現(xiàn)是教師通過一些方式來引導(dǎo)出來的，如教師引導(dǎo)下學(xué)生對概念的辨析、對課堂例題的回答或?qū)α?xí)題的解答等。事件7給予信息反饋（強化）：對學(xué)生的行為表現(xiàn)給予評價，即對學(xué)生的行為做出反饋。事件8評估行為表現(xiàn)（再強化）：測量行為表現(xiàn)的方式

5、有很多，如進行復(fù)述，課堂抽查等。事件9強化保持與遷移（提示提?。杭幽虒W(xué)論給出的方法為“提供變式練習(xí)”“間隔復(fù)習(xí)”。經(jīng)對比，黃網(wǎng)官解釋的理論著重展示了加涅九大教學(xué)事件與信息加工原理的關(guān)聯(lián)性，更加適用于物理學(xué)科的應(yīng)用6。該理論解釋的關(guān)聯(lián)原理如圖2所示。圖中事件6、7、8在實際教學(xué)中經(jīng)常會連續(xù)出現(xiàn)，并會再次和事件5、9發(fā)生關(guān)聯(lián)，即事件5、6、7、8、9都對知識的編碼起直接或間接的影響?；诮虒W(xué)內(nèi)容，本文將重點呈現(xiàn)事件1、4、5、6。3信息加工理論下的高中物理教學(xué)設(shè)計改良以“電動勢”為例3.1教材分析本節(jié)選自人教版高中物理選修3-1第二章第二節(jié)。上一節(jié)“導(dǎo)體中的電場和電流”已對本節(jié)內(nèi)容做了鋪墊：“

6、電源是搬運電荷提供持續(xù)電流的裝置”。第七節(jié)“閉合電路的歐姆定律”中對于電動勢的概念又進行深化;教材的安排充分體現(xiàn)新課程注重知識建構(gòu)過程的精神，符合中學(xué)生認(rèn)知規(guī)律。3.2學(xué)情分析學(xué)生基本掌握科學(xué)探究和物理研究的方法。掌握功是能量轉(zhuǎn)化的量度，懂得從能量角度，根據(jù)能量規(guī)律分析物理過程。通過“靜電場”的學(xué)習(xí)，會用電場力的性質(zhì)，根據(jù)牛頓運動規(guī)律、能量規(guī)律分析電荷在電場中的運動過程。定義電動勢概念的比值法已多次涉及，學(xué)生能夠理解并區(qū)分定義式與決定式。3.3教學(xué)重、難點重點：電源內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化;對電動勢概念的理解。難點：電動勢概念的構(gòu)建。3.4教學(xué)目標(biāo)物理概念：知道電源的作用，知道電動勢是用來描述電源能量轉(zhuǎn)

7、化本領(lǐng)大小的物理量，理解電動勢的物理意義?？茖W(xué)思維：經(jīng)歷電動勢概念的形成過程。應(yīng)用類比法，加深學(xué)生對電源以及電動勢概念的理解。科學(xué)探究：通過實驗培養(yǎng)學(xué)生的實驗、觀察和分析能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：了解生活中的電池;感受現(xiàn)代科技進步給人類生活提供的便利。3.5教學(xué)過程（1）新課引入教師活動：向?qū)W生展示圖3所示的電學(xué)元件，將四節(jié)1.5V的串聯(lián)的干電池為燈泡進行供電，依次閉合電鍵S1、S2、S3、S4。再由S4、S3、S2、S1的順序依次斷開電鍵。請學(xué)生描述實驗現(xiàn)象。將電源更換成三節(jié)每節(jié)2V的蓄電池重復(fù)上述實驗，再次請學(xué)生描述實驗現(xiàn)象。提出猜想：產(chǎn)生以上實驗現(xiàn)象的原因是什么？學(xué)生活動：描述實驗現(xiàn)象：蓄電

8、池做電源時燈泡更亮。干電池做電源時，閉合和斷開電鍵其余支路上的燈泡亮度發(fā)生變化，而蓄電池做電源時亮度不變。猜想：造成燈泡亮度改變的原因是電源不同。設(shè)計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖4所示，通過事件1、5、6創(chuàng)設(shè)實驗情境教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生從猜想自然過渡到新課?；诳刂谱兞糠?，差異明顯的實驗?zāi)芗袑W(xué)生的注意力，引起強烈的好奇心與求知欲。同時在課程開展之初向?qū)W生拋出問題，能使問題貫穿課堂始終，達到首尾呼應(yīng)的目的。（2）準(zhǔn)備實驗教師活動：向?qū)W生展示蓄電池的構(gòu)成。使用萬用電表，測量蓄電池兩極板之間的電壓并判斷正負(fù)極板。提出問題：電源在電路中的作用是什么？播放PPT演示外電路電流的方向，描述電場力的作用：

9、電場力做功使自由電子從電源負(fù)極移動到電源正極。提出問題：在電源內(nèi)部，正電荷是如何從負(fù)極移動到正極的？引導(dǎo)并總結(jié)：電源可以保持電路中電流的流動，維持電路中的電勢差。學(xué)生活動：回答問題：1.電源是提供電能的裝置。2.將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能使正電荷從負(fù)極移動到正極。設(shè)計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖5所示，使用強化視覺的方式影響學(xué)生的感覺輸入。通過提問引起思考，能使學(xué)生對上一章的知識進行復(fù)習(xí)，有助于在后續(xù)學(xué)習(xí)中更容易分清靜電力做功和電場力做功，對教師提供進一步的學(xué)習(xí)指導(dǎo)有促進作用。（3）電動勢教師活動：進行實驗。已經(jīng)明確的蓄電池正負(fù)兩個極板分別為A，B，在靠近極板中間的位置各插入一個探針分別為

10、C，D（圖6）。請學(xué)生猜想A，B，C，D點間的電勢高低。使用電壓表分別測量AB，AD，DC，CB之間的電壓，并記錄實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)：AB;AD;DC;CB。請學(xué)生分析數(shù)據(jù)中的規(guī)律，教師總結(jié)后對現(xiàn)象進行解釋并引入非靜電力的概念。學(xué)生活動：進行猜想。UAB=UBC+UDA（1）設(shè)計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖7所示，教師提問能促進預(yù)期的過程，使學(xué)生帶著目的去分析實驗原理并主動回憶相關(guān)的舊知識?？偨Y(jié)內(nèi)外電路間的規(guī)律，為非靜電力做功的概念做鋪墊。教師活動：提問：為了描述非靜電力做功本領(lǐng)的大小，可以通過測量不同的電源移送相同電荷量做功的不同來比較。在做功大小與電荷量不同的情況下，用什么物理研究方法比

11、較？評價并補充：在電源內(nèi)部，把正電荷從負(fù)極移到正極非靜電力所做的功與移送的電荷量的比值叫做電源的電動勢。反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的大小。E=（2）單位：伏特（V）學(xué)生活動：可以用做功大小與電荷量的比值定義非靜電力做功本領(lǐng)的大小。設(shè)計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖8所示，使用板書能強化學(xué)生的注意，突出電勢能的概念是本節(jié)課的重點知識。使用控制變量法為學(xué)生提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)。教師根據(jù)得出的結(jié)論引出非靜電力做功的概念，引導(dǎo)學(xué)生使用比值定義法將電勢能的概念進行總結(jié)。教師活動：請學(xué)生復(fù)述在電源和外電源斷開情況下，圖中A、B、C、D的電勢的特點，提問如果組成一個閉合電路，電路中的電勢變化會是怎樣的？

12、電動勢在數(shù)值上與什么有關(guān)？教師展示示意圖9，外電路上連接一個滑動變阻器，電壓表V1測量該電阻兩端的電壓，即路端電壓。電壓表V2測量電源的內(nèi)阻。學(xué)生活動：對實驗的結(jié)論和電動勢的概念進行復(fù)述。設(shè)計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖10所示，教師指導(dǎo)學(xué)生對舊知識進行復(fù)述，促使學(xué)生進行編碼從而形成長時記憶，鞏固對電動勢的理解，有利于區(qū)分和關(guān)聯(lián)后面學(xué)習(xí)的知識，并能在后續(xù)實驗中對電動勢與路端電壓的關(guān)系進行定量探究。教師活動：講解電池內(nèi)部產(chǎn)生電勢差的原因，按圖9所示電路實驗驗證。用兩塊電壓表分別測量和之間的電壓，用滑動變阻器改變阻值大小，連續(xù)記錄三組數(shù)據(jù)。請學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)分析并總結(jié)。教師評價總結(jié)：在閉合電路

13、中，電源的電動勢在數(shù)值上等于內(nèi)外電路上電勢降落之和。給出公式E=U外+U內(nèi)（3）提出問題：根據(jù)電壓表的示數(shù)，兩個極板與兩個電鍵上電勢高低是怎樣的？并解釋，A到B電勢降低，B到C在非靜電力作用下電勢升高，C到D電勢降低，D到A電勢在非靜電力作用下升高。學(xué)生活動：回答問題：1.每一組數(shù)據(jù)中內(nèi)外電壓之和基本是定值。2.電鍵和極板上的電勢關(guān)系為：ACDB.設(shè)計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖11所示，事件6、7組成了一個連續(xù)教學(xué)事件，學(xué)生經(jīng)歷電動勢的探究過程，從而影響編碼過程。教師活動：板書電勢差和電動勢的定義式，請學(xué)生從功與能量轉(zhuǎn)換的角度進行區(qū)分，總結(jié)評價。學(xué)生活動：電動勢的公式中，功表示電源內(nèi)部

14、非靜電力做的功。電勢差的公式中，功表示電源外部電場力做的功。電動勢的公式表示其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能，而電勢差公式表示電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。設(shè)計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖12所示，事件6、7、5構(gòu)成了一個連續(xù)的教學(xué)事件，將實驗中得出的結(jié)論進行加工，促進編碼的方式加深學(xué)生的記憶。對兩個4結(jié)語信息技術(shù)的發(fā)展，多媒體設(shè)備的不斷普及，為多手段教學(xué)和教學(xué)評價提供了保障。通過多種教學(xué)手段與媒體提供直觀信息，便于引起學(xué)生的“選擇性知覺”，為學(xué)生的信息加工增加了更多的選擇性，使得信息加工理論更好地和學(xué)生認(rèn)知融合。實踐過程中，通過教學(xué)效果檢驗和評價發(fā)現(xiàn)加涅理論融合下的教學(xué)能更有效地促進學(xué)生記憶，提升課堂效果。加涅理論指導(dǎo)下的教學(xué)不但兼顧了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，而且滲透了教育理論，是保障高效教學(xué)的有效途徑之一。參考文獻：1宋曉云.加涅教學(xué)設(shè)計原理在高一物理教學(xué)中的應(yīng)用研究D.蘭州：西北師范大學(xué)，2022.2RM加涅.學(xué)習(xí)的條件和教學(xué)論M.皮