信息加工视域下的高中物理教学设计

1、PAGE PAGE - 10 -信息加工视域下的高中物理教学设计郑凯倪郝睿摘要：为了研究人的学习问题，加涅于20世纪50年代创立了信息加工理论，提出了“九大教学事件”。本文基于信息加工理论，以九大教学事件为指导，优化电动势教学方案。通过九大教学事件的预设，帮助教师设计出能促进学生学习的有效教学方案，从而提高课堂教学效果。将信息加工理论融合到实际教学中，对提高教学设计能力、指导教学过程有着积极的意义。关键词：信息加工理论;加涅九大教学事件;教学设计物理学科因其理论抽象，加之高中生认知水平所限，往往会在其学习过程中形成比较大的学习障碍。这就更需要教师精心设计教学，利用多重手段组织教学过程，突破重难

2、点。信息加工理论涵盖认知、记忆、提取过程，依托该理论进行教学设计，既有利于教师精准组织教学过程，也有利于学生在教学过程中经历提取已有知识，学习巩固新知，新知应用等认知过程，从而促进学生有效记忆，提高学习效率。1加涅信息加工理论模型加涅把建构主义理论和信息加工理论结合起来，以学习过程为基本结构，以信息加工理论来解释学习，系统地分析了学习信息加工的过程和条件，形成了自己的学习理论加涅信息加工理论1。这种模型的一个形式见图12。信息在感觉登记器中暂时登记，转换成可识别的模式，进入短时记忆3。被记忆的信息通过语义编码过程再次转换，从而进入长时记忆。长时记忆中的编码信息大多以命题的形式保存。通过提取，这

3、些信息可以返回到短时记忆与其他信息结合，形成新的学习类型。信息传递到反应生成器被转化为行为，并激活效应器产生在环境中可以观察到的行为，使外部观察者能够指出最初的刺激已经达到了预期的效果。这种信息已经通过上述方式加工，而学习者已经实际习得这些信息4。2九大教学事件罗伯特加涅于1965年出版了学习的条件一书中提到的关于学习者内部心理加工过程的九个阶段在教学设计领域影响甚远，由此演绎出九大教学活动阶段成为后来教学活动所遵守的基本流程5。九大教学活动可以这样来表述：事件1引起学习注意（保持警觉）：作为教学过程中的第一事件能够促进学生集中注意力。事件2交代学习目标（建立预期）：目的是引发学生的“预期”，

4、注意力驱动下的一种心理活动。事件3回忆相关旧知（提取到工作记忆）：将已储存进长时记忆中的知识从中提取到工作记忆中。事件4呈现教学内容（选择性知觉）：通过多种教学手段与媒体提供直观信息，目的在于引起学生的“选择性知觉”，将新接收的信息按照自己的已有认知进行分类和理解。事件5提供学习指导（编码）：是教师在教学过程中的主要工作。事件6引发行为表现（反应）：评判学生学习情况的行为表现是教师通过一些方式来引导出来的，如教师引导下学生对概念的辨析、对课堂例题的回答或对习题的解答等。事件7给予信息反馈（强化）：对学生的行为表现给予评价，即对学生的行为做出反馈。事件8评估行为表现（再强化）：测量行为表现的方式

5、有很多，如进行复述，课堂抽查等。事件9强化保持与迁移（提示提取）：加涅教学论给出的方法为“提供变式练习”“间隔复习”。经对比，黄网官解释的理论着重展示了加涅九大教学事件与信息加工原理的关联性，更加适用于物理学科的应用6。该理论解释的关联原理如图2所示。图中事件6、7、8在实际教学中经常会连续出现，并會再次和事件5、9发生关联，即事件5、6、7、8、9都对知识的编码起直接或间接的影响。基于教学内容，本文将重点呈现事件1、4、5、6。3信息加工理论下的高中物理教学设计改良以“电动势”为例3.1教材分析本节选自人教版高中物理选修3-1第二章第二节。上一节“导体中的电场和电流”已对本节内容做了铺垫：“

6、电源是搬运电荷提供持续电流的装置”。第七节“闭合电路的欧姆定律”中对于电动势的概念又进行深化;教材的安排充分体现新课程注重知识建构过程的精神，符合中学生认知规律。3.2学情分析学生基本掌握科学探究和物理研究的方法。掌握功是能量转化的量度，懂得从能量角度，根据能量规律分析物理过程。通过“静电场”的学习，会用电场力的性质，根据牛顿运动规律、能量规律分析电荷在电场中的运动过程。定义电动势概念的比值法已多次涉及，学生能够理解并区分定义式与决定式。3.3教学重、难点重点：电源内部的能量转化;对电动势概念的理解。难点：电动势概念的构建。3.4教学目标物理概念：知道电源的作用，知道电动势是用来描述电源能量转

7、化本领大小的物理量，理解电动势的物理意义。科学思维：经历电动势概念的形成过程。应用类比法，加深学生对电源以及电动势概念的理解。科学探究：通过实验培养学生的实验、观察和分析能力。科学态度与责任：了解生活中的电池;感受现代科技进步给人类生活提供的便利。3.5教学过程（1）新课引入教师活动：向学生展示图3所示的电学元件，将四节1.5V的串联的干电池为灯泡进行供电，依次闭合电键S1、S2、S3、S4。再由S4、S3、S2、S1的顺序依次断开电键。请学生描述实验现象。将电源更换成三节每节2V的蓄电池重复上述实验，再次请学生描述实验现象。提出猜想：产生以上实验现象的原因是什么？学生活动：描述实验现象：蓄电

8、池做电源时灯泡更亮。干电池做电源时，闭合和断开电键其余支路上的灯泡亮度发生变化，而蓄电池做电源时亮度不变。猜想：造成灯泡亮度改变的原因是电源不同。设计意图：该过程包含的信息加工过程如图4所示，通过事件1、5、6创设实验情境教学，引导学生从猜想自然过渡到新课。基于控制变量法，差异明显的实验能集中学生的注意力，引起强烈的好奇心与求知欲。同时在课程开展之初向学生抛出问题，能使问题贯穿课堂始终，达到首尾呼应的目的。（2）准备实验教师活动：向学生展示蓄电池的构成。使用万用电表，测量蓄电池两极板之间的电压并判断正负极板。提出问题：电源在电路中的作用是什么？播放PPT演示外电路电流的方向，描述电场力的作用：

9、电场力做功使自由电子从电源负极移动到电源正极。提出问题：在电源内部，正电荷是如何从负极移动到正极的？引导并总结：电源可以保持电路中电流的流动，维持电路中的电势差。学生活动：回答问题：1.电源是提供电能的装置。2.将其他形式的能转化为电能使正电荷从负极移动到正极。设计意图：该过程包含的信息加工过程如图5所示，使用强化视觉的方式影响学生的感觉输入。通过提问引起思考，能使学生对上一章的知识进行复习，有助于在后续学习中更容易分清静电力做功和电场力做功，对教师提供进一步的学习指导有促进作用。（3）电动势教师活动：进行实验。已经明确的蓄电池正负两个极板分别为A，B，在靠近极板中间的位置各插入一个探针分别为

10、C，D（图6）。请学生猜想A，B，C，D点间的电势高低。使用电压表分别测量AB，AD，DC，CB之间的电压，并记录实验数据，总结：AB;AD;DC;CB。請学生分析数据中的规律，教师总结后对现象进行解释并引入非静电力的概念。学生活动：进行猜想。UAB=UBC+UDA（1）设计意图：该过程包含的信息加工过程如图7所示，教师提问能促进预期的过程，使学生带着目的去分析实验原理并主动回忆相关的旧知识。总结内外电路间的规律，为非静电力做功的概念做铺垫。教师活动：提问：为了描述非静电力做功本领的大小，可以通过测量不同的电源移送相同电荷量做功的不同来比较。在做功大小与电荷量不同的情况下，用什么物理研究方法比

11、较？评价并补充：在电源内部，把正电荷从负极移到正极非静电力所做的功与移送的电荷量的比值叫做电源的电动势。反映了电源把其他形式的能转化为电能的大小。E=（2）单位：伏特（V）学生活动：可以用做功大小与电荷量的比值定义非静电力做功本领的大小。设计意图：该过程包含的信息加工过程如图8所示，使用板书能强化学生的注意，突出电势能的概念是本节课的重点知识。使用控制变量法为学生提供学习指导。教师根据得出的结论引出非静电力做功的概念，引导学生使用比值定义法将电势能的概念进行总结。教师活动：请学生复述在电源和外电源断开情况下，图中A、B、C、D的电势的特点，提问如果组成一个闭合电路，电路中的电势变化会是怎样的？

12、电动势在数值上与什么有关？教师展示示意图9，外电路上连接一个滑动变阻器，电压表V1测量该电阻两端的电压，即路端电压。电压表V2测量电源的内阻。学生活动：对实验的结论和电动势的概念进行复述。设计意图：该过程包含的信息加工过程如图10所示，教师指导学生对旧知识进行复述，促使学生进行编码从而形成长时记忆，巩固对电动势的理解，有利于区分和关联后面学习的知识，并能在后续实验中对电动势与路端电压的关系进行定量探究。教师活动：讲解电池内部产生电势差的原因，按图9所示电路实验验证。用两块电压表分别测量和之间的电压，用滑动变阻器改变阻值大小，连续记录三组数据。请学生对实验数据分析并总结。教师评价总结：在闭合电路

13、中，电源的电动势在数值上等于内外电路上电势降落之和。给出公式E=U外+U内（3）提出问题：根据电压表的示数，两个极板与两个电键上电势高低是怎样的？并解释，A到B电势降低，B到C在非静电力作用下电势升高，C到D电势降低，D到A电势在非静电力作用下升高。学生活动：回答问题：1.每一组数据中内外电压之和基本是定值。2.电键和极板上的电势关系为：ACDB.设计意图：该过程包含的信息加工过程如图11所示，事件6、7组成了一个连续教学事件，学生经历电动势的探究过程，从而影响编码过程。教师活动：板书电势差和电动势的定义式，请学生从功与能量转换的角度进行区分，总结评价。学生活动：电动势的公式中，功表示电源内部

14、非静电力做的功。电势差的公式中，功表示电源外部电场力做的功。电动势的公式表示其他形式的能转化为电势能，而电势差公式表示电势能转化为其他形式的能。设计意图：该过程包含的信息加工过程如图12所示，事件6、7、5构成了一个连续的教学事件，将实验中得出的结论进行加工，促进编码的方式加深学生的记忆。对两个4结语信息技术的发展，多媒体设备的不断普及，为多手段教学和教学评价提供了保障。通过多种教学手段与媒体提供直观信息，便于引起学生的“选择性知觉”，为学生的信息加工增加了更多的选择性，使得信息加工理论更好地和学生认知融合。实践过程中，通过教学效果检验和评价发现加涅理论融合下的教学能更有效地促进学生记忆，提升课堂效果。加涅理论指导下的教学不但兼顾了学生的认知规律，而且渗透了教育理论，是保障高效教学的有效途径之一。参考文献：1宋晓云.加涅教学设计原理在高一物理教学中的应用研究D.兰州：西北师范大学，2022.2RM加涅.学习的条件和教学论M.皮