應用ISTM教學法 培養物理學科核心素養
——以人教版九年級“兩種電荷”的教學為例

梁文懿 皮飛鵬 鐘 儀

(廣州大學物理與材料科學學院 廣東 廣州 510006)

1 ISTM教學法

ISTM教學法，又稱沉浸式教學法[1]，通過對學科語言環境的構造和渲染，讓學生置身于學科語言環境中，達到學科知識潛移默化的效果.物理語言包含物理單位語言、物理概念語言、物理公式語言以及物理圖表語言4大類，學生在學習物理的過程中，需要逐步掌握并熟練運用物理語言，才能更好地掌握物理學科知識[2].然而目前中學生對物理語言的表征仍存在理解、識別、轉換、操作、構造等方面的障礙[3]，需要教師改進并完善物理語言教學以促進學生學科核心素養的發展.

深度學習是當前教育領域的熱點話題，是在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程[4].但是受限于課堂環境，教師在挑戰性學習主題的設計上存在諸多限制和困難.因此，我們期望構建基于ISTM教學法的深度學習教學模式，并以人教版九年級物理全一冊第十五章第1節的第1課時“兩種電荷”為例進行教學設計[5]，希望通過物理語言環境的搭建和渲染，讓教師能創造性地設計挑戰性的學習主題，并在課堂上引導學生對物理學科知識進行深度理解，逐步發展學生的物理學科核心素養.

2 基于ISTM教學法的深度學習教學模式

2.1 模式構建

教學模式可以從宏觀上把握教學活動整體及各要素之間內部的關系和功能，使教學活動具有一定程度的有序性和可操作性.本文希望將ISTM教學法的特點與“深度學習環”相融合，重構深度學習教學模式.“深度學習環”(Deeper Learning Cycles，DELC)是由艾瑞克·詹森(Eric Jensen)等人提出[6]，即深度學習的7個教學步驟：

(1)設計標準與課程；

(2)預評估；

(3)營造積極的學習文化；

(4)激活先前知識；

(5)獲取新知識；

(6)深度加工知識；

(7)評價學生學習.

我們構建的基于ISTM教學法的深度學習教學模式包含6個步驟：

(1)學習情況預估；

(2)知識環境準備；

(3)關聯知識激活；

(4)新授知識獲??；

(5)知識深度加工；

(6)學習效果評價.

上述6個步驟循序漸進，環環相扣，具體教學流程如圖1所示.

圖1 基于ISTM教學法的深度學習教學模式

“學習情況預估”是前提，為教師深入了解學生并做好課堂設計奠定基礎.前概念在一定程度上影響著學生科學概念的形成，錯誤的前概念影響學生對新知識的同化和順應，形成錯誤的思維[7]，因此，教師要在預估和調查學生前概念的基礎上進行課堂教學設計.

“知識環境準備”是基礎，教學環境的準備對學生有直接的刺激作用.建構主義提倡情境化教學，相關知識教學氛圍的營造、物理語言課堂環境的渲染有利于學生對所學內容進行正向的意義建構，對學生知識的吸收與理解以及學生個體的成長有良好的促進作用.

“關聯知識激活”是條件，教師需要喚起學生對相關知識和生活經驗的回憶，讓學生從熟悉的生活逐漸進入物理課堂學習.由于初中生的抽象思維能力和邏輯思維能力較弱，已有的生活經驗和知識儲備較為零碎，未能有效且自主地搭建知識網絡，對關聯知識的提取具有一定難度，因此，需要教師充當引路人的角色，對關聯知識進行課前導讀和激活，為新知識的學習做鋪墊.學生亦應積極主動參與課堂知識的回憶，激活大腦對知識的印象.

“新授知識獲取”是關鍵，需要教師引導學生從先前知識逐步過渡到本節課的核心知識.新知識的輸入如同獨立的知識個體，需要教師引導和幫助學生逐步構建、完善和拓展物理學科知識網絡.由于初中生的抽象和邏輯思維能力較弱，充分調動學生的感官去了解新知識是較佳的選擇.

“知識深度加工”是精髓，需要教師因地制宜，對深度加工的方式進行對比和選擇.具身認知理論認為學習是全身心參與的過程，新知識是心智、身體和環境三者相互作用的結果.具身學習具有涉身性、體驗性和情景性，體驗性是其核心特征[1].教師應從具身學習的體驗性入手去營造ISTM教學氛圍，以增強或延長學生感受和體驗的環節，并根據具體的學習主題選擇合適的實驗演示、多媒體教學方式，對學科知識進行探究過程的重現并賦予現實意義.

“學習效果評價”是靈魂，是根據教學目的和教學原則，利用可行的評價方式，對教學過程以及預期的效果給予價值上的判斷.通過學習效果評價，我們能了解學生知識掌握程度，并據此對教學模式進行調整和完善.

2.2 兩種視角下的教學模式理解

課堂教學模式作為一種教學實踐的程序和策略，必須在具體學科的教學過程中才能全面且深刻地闡釋.為了能夠更好地展示該模式，我們分別從教師行為和學生行為兩個角度對本模式進行解釋(如圖2).

圖2 基于ISTM教學法的深度學習教學模式中“教師行為”和“學生行為”的理解

3 基于ISTM教學法的案例設計

3.1 核心素養導向下的教學目標劃分

新課標提出了發展學生核心素養、立德樹人的教學目標，傳統教授式課堂教學存在以教師為中心，學生被動地接受知識的局限性，不能完全適應新課標的要求，而ISTM教學法則為師生提供一種“以學生為中心”的課堂教學模式，踐行了新課標的理念.本文在核心素養導向下，對“兩種電荷”課堂教學內容與基于ISTM的深度學習教學模式相融合，希望能為新課程教學的實施帶來新意.表1是核心素養導向下的“兩種電荷”課堂教學目標的劃分.

表1 核心素養導向下的“兩種電荷”課堂教學目標劃分

3.2 基于ISTM教學法的教學設計

針對以上教學目標，本文對“兩種電荷”教學內容進行了教學設計，分為7個環節，分別是“學習情況預估”“知識環境準備”“關聯知識激活”“新授知識獲取”“知識深度加工”“課堂總結”和“學習效果評價”.

3.2.1 學習情況預估

在該環節，教師通過調查和提問，對學生電荷前概念情況進行了解，預估學生在本節課學習的難點.學生在課前與教師進行互動，填寫課前調查問卷，將自身情況與老師交流.

該環節設計旨在讓學生對生活中的電現象有感性認識，使教師預估學生的學習情況，有利于進行針對性的課堂設計.從核心素養方面來看，該環節能夠理清學生前概念，為物理觀念的搭建做鋪墊.

3.2.2 知識環境準備

本環節里，教師不但需要明確本節課的核心內容：認識電荷種類；電荷的相互作用規律；原子結構；還需要渲染物理語言學習環境：對電荷、原子結構等物理概念語言表述精確；精心挑選物理演示實驗教具，確保課堂實驗演示的規范性和合理性.同時，學生在教師的引領下，開始有意識地觀察日常生活；有利于在課前，對課本“兩種電荷”的內容進行預習.

本環節設計旨在教師明確“兩種電荷”的核心知識點，并為學生打造高度開放、可交互、沉浸式的物理語言學習環境，有利于學生對物理知識的吸收和理解.從核心素養角度來看，本環節能夠進行環境渲染，為傳遞物理觀念、培養科學思維以及實施科學探究做準備.

3.2.3 關聯知識激活

在這個環節里，教師可適當引用氣球在衣服上摩擦后可吸附在頭發上，及冬天梳頭后的梳子可吸起輕小紙屑等生活例子,如圖3和圖4所示.學生在老師的引領下，對生活中摩擦起電的現象進行回憶并列舉出更多摩擦起電的生活現象，并思考為什么會有摩擦起電現象的產生.

圖3 摩擦后的氣球可吸附頭發

圖4 梳頭后的梳子吸小紙屑

本環節能讓學生對知識產生熟悉感，激起學生對電現象了解的興趣，激活關聯知識.從核心素養方面來看，就是為學生科學思維的培養做鋪墊.

3.2.4 新授知識獲取

本環節中，教師通過對物理學家發現電荷的歷程以及原子結構探索歷程的介紹，引入本堂課“電荷的介紹”“原子結構模型的介紹”兩個基礎知識點，學生在教師對物理學史介紹的過程中，對電荷的概念以及原子結構模型(圖5)進行簡單記憶.

圖5 原子結構模型

本環節通過物理學史的介紹，讓學生了解物理學科發展歷程，掌握知識點的同時培養學生實事求是、持之以恒的科學探究精神.從核心素養方面來看，能夠令學生搭建物理觀念，提升學生科學態度與責任的素養.

3.2.5 知識深度加工

在這個環節，教師在教授前準備毛皮、絲綢、玻璃棒、橡膠棒、有絕緣手柄的金屬桿、旋轉支架等儀器.引導學生思考自然界有多少種電荷，及電荷間的相互作用有什么規律兩個問題，此時用絲綢摩擦過的玻璃棒或毛皮摩擦過的橡膠棒，靠近水平懸空放置的玻璃棒，觀察其相互吸引與排斥的現象(圖6)，并提出如何通過實驗設計，探究電荷間的相互作用規律的討論任務，然后請小組成員上臺演示組內設計的探究實驗過程，演示結束后教師總結學生討論結果.

圖6 探究電荷間相互作用規律實驗

進一步地，引導學生思考基于電荷間的相互作用規律，設計“驗電器”(圖7)并判斷物體是否帶電，將兩個驗電器的金屬球分別接觸被絲綢摩擦過的玻璃棒兩端，觀察兩個驗電器中金屬箔的張角，同時提出如何判斷物體帶電的討論任務.

圖7 驗電器

接下來繼續引導學生思考摩擦起電的原因是什么，同時用絲綢摩擦玻璃棒的一端，提出如何理解摩擦起電現象產生的原因的討論任務，討論結束后，教師總結學生討論情況.學生對教師提出的問題進行思考(包括自然界電荷的種類，電荷相互作用的規律，物體是否帶電的判斷以及摩擦起電的原理)，并通過觀看教師在探究“自然界電荷的種類”演示實驗，了解教師實驗設計的方法與思路；初步設計實驗，用以探究電荷間的相互作用規律；通過設計并制作“驗電器”，探究物體是否帶電，并以小組形式討論自然界中存在兩種電荷；電荷間的相互作用為——同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引；可用驗電器檢驗物體是否帶電；摩擦起電的原因為不同物質的原子核束縛電子的本領不同，摩擦起電并不是創造了電荷，而是電荷的轉移，然后與老師匯報.從核心素養方面來看，本環節通過實驗探究，鍛煉了學生的科學思維以及培養他們的科學探究能力.

3.2.6 課堂總結

在這個環節里，教師進行課堂總結并板書知識點，同學們進行課堂反思：什么是電荷，如何區分正電荷和負電荷，以及電荷間的相互作用規律，思考同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原因，驗電器構造和工作原理以及摩擦起電的原因.

本環節目的是對課堂內容做及時總結，對課堂知識進行記憶強化與理解.

3.2.7 學習效果評價

此環節，教師以課后問卷的形式，從物理學科核心素養角度對學生的學習情況進行初步的了解.其中包括“物理觀念”，即理解了什么觀念，學習了什么規律；“科學思維”，即運用什么樣的方法進行本節課的學習；“科學探究”，即是否動手做實驗？實驗是以什么形式進行？解決了什么問題；“科學態度與責任”，即你認為進行物理探究需要具備什么品質？如何看待探究過程中的失敗經歷等.之后通過設置具有難度梯度的課后習題，對學生掌握“兩種電荷”內容的程度進行初步的了解；設置開放性的課外拓展型作業，例如，“收集資料并附上物理圖示，說明靜電除塵的原理.”利用開放性和情境性的作業進一步判斷學生對知識的理解程度.并根據學生掌握知識情況的判斷，確定是否需要再次進入“知識深度加工”環節.如已掌握，即學生已經達到深度學習的效果，反之需再次進入“知識深度加工”環節，教師需要對物理語言環境的營造及知識講授的方式重新選擇，重新授課后再次對學生的學習效果進行評價.

本環節目的在于教師可以通過課堂與學生互動的信息反饋，對該模式的使用情況進行初步的判斷，且可以通過課后習題的形式了解學生對知識掌握情況，判斷是否完成教學目標，從核心素養4個方面評價學生學習情況.

3.3 教學設計說明

(1)通過ISTM教學法在物理課堂的應用，促進學生物理觀念的理解

物理觀念是認識的成果，其完善的程度與學習者的認知水平和知識經驗相適應.本文通過對物理語言環境的渲染，如采取對電荷、原子結構等物理概念語言，對電荷量單位等物理單位語言進行精確表述的措施，以及精心挑選物理演示實驗教具，確保課堂實驗演示的規范性和合理性等準備，讓學生置身于物理學習環境中，促進學生物理觀念的理解和養成.

(2)通過物理實驗演示和探究性實驗設計，促進學生深度學習的發展

教師的演示實驗可以增強學生課堂學習的體驗感，激發學生課堂學習興趣.同時，學生在進行小組討論活動和探究性實驗設計過程中，他們對知識進行內化并通過小組實驗展示以達思維外顯的效果.此過程是學生自發的知識整合過程，通過探究實驗現象推斷探究措施的正誤，在不斷修改和完善探究性實驗設計中，加深了其對知識的理解，促進學生深度學習的發展.

4 教學反思

本文以人教版“兩種電荷”課堂教學為例，構建了基于ISTM教學法的深度學習課堂教學模式，用以全面發展學生的物理學科核心素養，注重學生科學探究的外顯行為，促進學生深度學習的發生.本文教學模式的搭建仍存在某些教學環節淺表化和形式化的局限性，需要在實際教學過程中進行修正和調整.若要達到預期的教學效果，仍需要教師在實踐過程中結合實際情況，靈活開展教學活動，貫徹“以學生為主體，以教師為主導”的教育理念，為學生終身學習和發展奠定堅實的基礎.