基于活动理论的高中物理教学设计

张书婷 罗雪娇 和伟

摘   要：高中物理知识具有抽象性和复杂性。对中学生而言，教材上直观呈现的知识往往是晦涩难懂的，难以坚持学下去，因此教学设计要更注重激发学生的内部学习动机。将活动理论中能动性及主体性思想应用于物理教学设计中，让学生在主动参与和自主探究中进行知识建构，激发内部学习动机，达到预期的教学活动目标。文章介绍了活动理论导向的物理教学设计流程，并以“牛顿第一定律”为例进行教学设计和实践。

关键词：活动理论；牛顿第一定律；教学设计；内部学习动机

物理学科的特点是追求理性、重视逻辑推理。因此物理教学离不开对实验的观察、离不开在实验基础上反复研究和科学抽象的思维方法。传统课堂上“教师讲学生听”单向输出的教学方式，使学生感到枯燥乏味，也难以体会科学探究的过程。

活动理论是一种理解和分析人类心智与活动关系的理论体系。它将活动视为一种基本单位，通过揭示各个要素之间的关系来分析人类的实践活动[ 1 ]。20世纪20年代由维果斯基提出了第一代“文化-历史”理论，发展至今，以恩格斯托姆和圣尼诺为代表的芬兰学者提出了第四代活动理论的基本构想，为人类各种实践活动提供理论和方法论的指导，帮助实践活动高效地进行，以达到预期的活动结果。活动理论的核心思想之一是能动性及主体性思想：人为手段引导下，使活动主体主动地创造变革而采用有目的的行动[ 2 ]。强调激发学生的内部学习动机，对学生采用形成性干预的手段，引导学生主动去创造条件，想方法解决问题。在物理教学活动中运用活动理论作为指导，对提高学生物理学习的主观能动性，激发学生内部动机有重要意义。

1  教学设计思路

对学生而言，物理教材上直观呈现的知识往往是晦涩难懂的，若没有内在动机的驱动，获得情绪上的满足，学生很难坚持学下去。因此教学设计要围绕真实情境问题解决去展开，通过设计学生感兴趣的教学活动，让学生在自主探究的过程中进行知识建构。教师作为干预者，通过教学活动有目的地引导学生主动地去开展学习活动，获得新知。在活动理论中，需要强调几点：首先教学活动应体现学习者的主体地位，教学活动是促进学习活动的手段；其次肯定教师的地位，教师的辅助工作是促进学生与新知发生联系必不可少的干预手段；最后强调学生的主观能动性，即在学习活动中主动参与和自主探究。

教学设计基本思路如图1：首先明确活动目标，根据活动目标制定活动过程，在活动后利用活动评价机制对活动效果进行评价，并且根据评价的反馈对后续活动进行修正。后文会以“牛顿第一定律”一课的教学为例，介绍其具体做法。

2  活动目标

2.1  核心课程内容分析

“牛顿第一定律”不仅是力学理论体系的重要部分，也是动力学的开篇内容。为实现新课标对学生核心素质的发展目标：需要通过“牛顿第一定律”“惯性与质量”等知识的学习，建立运动和相互作用的观念；需要通过探究伽利略的理想斜面实验，掌握“直观归纳法”“实验事实+逻辑推理”等科学研究物理问题的思想方法和实验探究的素养；需要通过探究运动和力关系的历史过程，体会物理家们在科学探究中的不易和严谨求真的精神。课堂要通过挖掘牛顿第一定律的探究过程的历史教育价值，来落实核心素养的第四个维度。

2.2  课标分析

（1）物理观念

能清晰叙述出 “运动与力的关系”的科学探究过程；能正确阐述牛顿第一定律的基本内容，对定律中的关键词能够进行解释；能从能量守恒的角度去解释相关现象。知道决定惯性大小的唯一因素是质量的多少，与速度、受力情况等因素都没关系，且能通过对生活实例进行科学解释。

（2）科学思维

在科学探究过程中理解伽利略理想斜面实验中“实验事实+逻辑推理”的物理思维方法，并且对生活中习以为常的现象，有通过一定的实验和科学推论的检验提出质疑和纠正的意识，有敢于批判的品格和提出创造性见解的能力。

（3）科学探究

能参考伽利略理想斜面实验进行实验设计，证明 “力不是维持物体运动的原因”，并掌握“控制变量法”“模型法”等物理方法。培养学生的科学探究意识，发展学生的实验探究能力。

（4）科学态度和責任感

知道牛顿在总结牛顿第一定律前有多位物理学家进行了探究，物理学家们发表自己的观点会受到他们所在的时代的局限，感受人类认知事物本质的曲折过程，体会科学探究的艰辛，对亚里士多德探究真相的过程有正确的认识。学习伽利略、笛卡尔、牛顿等科学家们敢于质疑、坚持真理、实事求是的科学精神以及严谨认真的科学态度[ 3 ]。

3  活动过程

活动情境与任务：

任务一：创设情境，引起认知冲突。

情境：一胖一瘦两个同学在讲台上假装并排开车，他们都没有系上安全带。突然前方出现障碍，一个急刹车两个人飞了出去，此时暂停。同学们猜想这两个人飞的方向和飞出的距离是否一样。

学生活动：相互讨论。

设计意图：创设真实情境，引起学生好奇心，激发学习兴趣。通过活动感受运动和力的关系，且此处涉及任务五中惯性与质量关系的知识，让学生带着思考进入后续学习。

任务二：科学历史重演，经历力与运动关系的科学探究过程。

情境：亚里士多德与伽利略进行跨时空对话，讨论力与运动的关系。

学生活动：学生先通过阅读教材和资料进行课前准备，课上划分两个方阵：一方扮演亚里士多德，另一方扮演伽利略，进行讨论。

教师活动：首先对笛卡尔、牛顿等物理学家探究过程进行补充，利用思维导图进行系统梳理。其次指出对话中的错误：摩擦力的概念是由牛顿提出来的，无论亚里士多德还是伽利略、笛卡尔，都没有提出力的概念，牛顿的高明之处在于，他将物体间复杂多样的相互作用想象成“力”。教材上为了陈述方便，在陈述亚里士多德等人的思想时借用了力的概念。最后控制好活动时间。

设计意图：学生因为初中学过牛顿第一定律，所以在本节知识的学习过程中往往有浮躁、轻视的表现，学生尚未建立科学的知识结构，在思考问题的思路上也容易犯“亚里士多德”式的错误。通过对话形式重演物理学家在“探究力与运动的关系”的过程，学生不仅体会到“牛顿第一定律”等物理规律、概念建立道路的曲折，而且建立了更加完善的思考方式。

任务三：感悟伽利略理想斜面实验的魅力，体现思维训练价值。

情境：模拟伽利略的理想斜面实验进行实验探究。

学生活动：猜想力不是维持物体运动的原因。

学生活动：理想斜面实验学生自制教具见图2：两个斜面平滑连接，尽量减少连接处的能量损失，左侧斜面保持不变，右侧斜面可以灵活改变倾斜程度。然后进行实验：让一个小钢球从左侧斜面某一固定位置滚下去，观察右侧斜面在倾角60°、45°、0°时小球运动停止的位置。

学生活动：观察实验现象，发现减小右侧斜面的倾角，小球在右倾面运动距离随之加大。在60°、45°到达的高度几乎相同，且与在左倾面初始标记点高度几乎相同。

教师活动：通过表1实验清单，引导学生继续深入思考理想斜面实验的物理思想方法。

学生活动：总结出实验结论，力不是维持物体运动的原因。

设计意图：学生在证明自己的猜想过程中遇到没有办法达到理想实验条件的问题，实验清单作为“脚手架”让学生从实验现象进行推理，学会通过利用实验事实加逻辑推理的方式进行科学探究，发展学生的科学思维和提高科学推理能力。

任务四：深入理解牛顿第一定律，形成运动与相互作用的物理观念。

情境：同学轻踢足球，球慢慢滚动；不再踢动，球逐渐停止运动。

教师活动：请学生结合牛顿第一定律进行解释。

学生活动：学生给足球向前的动力，球向前滚动；足球离开脚后本来应该以某一速度做匀速直线运动，但在地上滚动过程中受到摩擦等阻力的影响，改变了这种状态，足球的速度越来越小直到停止运动。

教师活动：抛出四个问题：问题1：归纳总结出牛顿第一定律解决了什么问题？问题2：“一切”“总”“或”说明了什么？问题3：牛顿第一定律成立的条件？问题4：牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例吗？

设计意图：四个问题的答案涵盖了牛顿第一定律的重点和学生容易陷入的误区，学生在通过各种方式寻求答案的过程中，彻底弄清其内涵，突破学习的重难点，理解惯性和惯性定律，同时培养了信息收集、分析能力和小组合作能力。

任务五：探究惯性与质量的关系，提高分析、解决问题能力。

情境：再请两个体重大致相同的人扮演，两个人开车速度不同，也没有系安全带，此时前方障碍，车突然停止，可能会发生怎样的情况。

学生活动：猜想速度大的那辆车中的人更易飞出。因为速度越大、质量越大，物体的运动状态越容易改变。

教师活动：借助NOBOOK软件模拟实验探究惯性与速度之间的关系，实验装置如图9。引导学生思维转换：小车通过光电门的速度不同、运动的路程不同，运动状态改变的难易程度可以通过加速度的大小来体现。

小车质量保持0.20 kg，改变小车弹射的初速度，实验采集数据见表2。

通过v2=2ax，得到加速度大小。分析表2数据得到结论：惯性大小与物体速度的快慢无关。

学生活动：采用实验装置如图10探究惯性与质量之间的关系，运动过程中将在电脑上生成质量为150 g、200 g、250 g、300 g时的v-t图，将图中数据记录在表3实验记录表中。

归纳得出：物体质量越大，运动状态越难改变，也就是惯性越大。

综合两个实验得到结论以下：（1）物体惯性的大小可以通过运动状态改变的难易程度体现。（2）惯性大小只与质量有关系，与速度没有关系。（3）质量大的物体惯性大。

教师活动：帮助学生反向思维，假设惯性大小与速度有关系，速度小惯性小，若速度降为零时，此时的惯性岂不是为零？“物体运动时就有惯性，静止就没有惯性”的命题不符合实际[ 4 ]。

设计意图：采用NOBOOK做线上仿真模拟实验可以在有限的课堂时间中，达到提高学生的逻辑推理能力、实验探究能力等科学思维的训练要求。从情境的感性认识到实验的理想探究，学生运用物理的思维方式进行了知识建构，从定量到定性的变化，学生能深入理解惯性与质量的关系。

4  活动共同体建立

教学活动共同体关系如图11所示：其中活动体系主要由主体、客体、工作共同体三种核心内容成份，和中介（工具）、规则、工作分工体三种次要组成部分，三种次要组成部分对核心内容成份进行了调整与联系。在教学活动共同体中，主体指学习者；客体指学习内容，即学习者要掌握的知识技能、科学思维等，客体指向学习结果；工作共同体指学习共同体，学习共同体可以是促进活动发展的教师、学生之间的互助小组、教师和同伴小组等所有个体和团体，在学习活动中需要实现信息交流[ 5 ]。三种次要成分分别对应为：学习资源、學习目标，学习活动分工，它们共同推进教学活动的展开。

5  活动评价机制

教学活动有 “教学”和“活动”两个层次，因此评价也要包含这两个层次。教学评价是教学活动不可或缺的有机组成部分，要依据“教-学-评”一致性原则进行评价，保障学习目标的达成。物理教学评价不仅要体现核心素养也要促进学生核心素养的发展。活动层面要注重学生在教学活动的参与程度和具体表现。通过评价，教师掌握学生在教学活动实践中的学习情况，把握教学情况和进度，从而更好安排后续教学。

6  总结

活动理论框架下物理教学活动应体现学习者的主体地位。学习目标的制定有明显的成果导向；学习内容要围绕真实情境问题解决去展开；学习主体上多组建生生间、师生间学习共同体；学习方式上不再局限结构性的整个班级的共同教学活动，开展小组讨论、鼓励学生个体偶发的、有目的性的非正式学习。采用活动理论设计的课堂具有：轻松活跃的课堂教学气氛、别开生面的学习方式、清晰的知识呈现方式，不仅激发了学生的内部学习动机，提高学习的主观能动性，而且为学生终身性学习奠定了基础。

参考文献：

［1］ 冯新建，刘翔. 活动理论在高中物理实验教学中应用浅析[J]. 湖南中学物理， 2017（9）：3.

［2］ 吴刚， 赵军， 苏静逸，等. “工作-学习”理论的创新与发展：第四代“文化-历史”活动理论及应用价值[J]. 远程教育杂志， 2022，40（2）：10.

［3］ 余雪妹. 基于物理核心素养提升的教学设计策略：以人教版“牛顿第一定律”教学设计为例[J]. 物理教师， 2018，39（9）：5.

［4］ 林萍，刘明．基于核心素养的“牛顿第一定律”教学探索[J].物理教师，2021，42（9）：20-23，27.

［5］ 姚昊，马立超.高学历教师培养的学生成绩更优异吗？：理论争议、实证检验与政策启示[J].开放教育研究，2022，28（2）：73-84.