信息加工視域下的高中物理教學設計

鄭凱倪 郝睿

摘? ?要：為了研究人的學習問題，加涅于20世紀50年代創立了信息加工理論，提出了“九大教學事件”。本文基于信息加工理論，以九大教學事件為指導，優化電動勢教學方案。通過九大教學事件的預設，幫助教師設計出能促進學生學習的有效教學方案，從而提高課堂教學效果。將信息加工理論融合到實際教學中，對提高教學設計能力、指導教學過程有著積極的意義。

關鍵詞：信息加工理論;加涅九大教學事件;教學設計

物理學科因其理論抽象，加之高中生認知水平所限，往往會在其學習過程中形成比較大的學習障礙。這就更需要教師精心設計教學，利用多重手段組織教學過程，突破重難點。信息加工理論涵蓋認知、記憶、提取過程，依托該理論進行教學設計，既有利于教師精準組織教學過程，也有利于學生在教學過程中經歷提取已有知識，學習鞏固新知，新知應用等認知過程，從而促進學生有效記憶，提高學習效率。

1? 加涅信息加工理論模型

加涅把建構主義理論和信息加工理論結合起來，以學習過程為基本結構，以信息加工理論來解釋學習，系統地分析了學習信息加工的過程和條件，形成了自己的學習理論——加涅信息加工理論[ 1 ]。這種模型的一個形式見圖1[ 2 ]`。

信息在感覺登記器中暫時登記，轉換成可識別的模式，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，這些信息可以返回到短時記憶與其他信息結合，形成新的學習類型。信息傳遞到反應生成器被轉化為行為，并激活效應器產生在環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達到了預期的效果。這種信息已經通過上述方式加工，而學習者已經實際習得這些信息[ 4 ]。

2? 九大教學事件

羅伯特·加涅于1965年出版了《學習的條件》一書中提到的關于學習者內部心理加工過程的九個階段在教學設計領域影響甚遠，由此演繹出九大教學活動階段成為后來教學活動所遵守的基本流程[ 5 ]。九大教學活動可以這樣來表述：

事件1 引起學習注意（保持警覺）：作為教學過程中的第一事件能夠促進學生集中注意力。

事件2 交代學習目標（建立預期）：目的是引發學生的“預期”，注意力驅動下的一種心理活動。

事件3 回憶相關舊知（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 呈現教學內容（選擇性知覺）：通過多種教學手段與媒體提供直觀信息，目的在于引起學生的“選擇性知覺”，將新接收的信息按照自己的已有認知進行分類和理解。

事件5 提供學習指導（編碼）：是教師在教學過程中的主要工作。

事件6 引發行為表現（反應）：評判學生學習情況的行為表現是教師通過一些方式來引導出來的，如教師引導下學生對概念的辨析、對課堂例題的回答或對習題的解答等。

事件7 給予信息反饋（強化）：對學生的行為表現給予評價，即對學生的行為做出反饋。

事件8 評估行為表現（再強化）：測量行為表現的方式有很多，如進行復述，課堂抽查等。

事件9 強化保持與遷移（提示提?。杭幽虒W論給出的方法為“提供變式練習”“間隔復習”。

經對比，黃網官解釋的理論著重展示了加涅九大教學事件與信息加工原理的關聯性，更加適用于物理學科的應用[ 6 ]。該理論解釋的關聯原理如圖2所示。圖中事件6、7、8在實際教學中經常會連續出現，并會再次和事件5、9發生關聯，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內容，本文將重點呈現事件1、4、5、6。3? 信息加工理論下的高中物理教學設計改良——以“電動勢”為例

3.1? 教材分析

本節選自人教版高中物理選修3-1第二章第二節。上一節“導體中的電場和電流”已對本節內容做了鋪墊：“電源是搬運電荷提供持續電流的裝置”。第七節“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新課程注重知識建構過程的精神，符合中學生認知規律。

3.2? 學情分析

學生基本掌握科學探究和物理研究的方法。掌握功是能量轉化的量度，懂得從能量角度，根據能量規律分析物理過程。通過“靜電場”的學習，會用電場力的性質，根據牛頓運動規律、能量規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，學生能夠理解并區分定義式與決定式。

3.3? 教學重、難點

重點：電源內部的能量轉化;對電動勢概念的理解。

難點：電動勢概念的構建。

3.4? 教學目標

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化本領大小的物理量，理解電動勢的物理意義。

科學思維：經歷電動勢概念的形成過程。應用類比法，加深學生對電源以及電動勢概念的理解。

科學探究：通過實驗培養學生的實驗、觀察和分析能力。

科學態度與責任：了解生活中的電池;感受現代科技進步給人類生活提供的便利。

3.5? 教學過程

（1）新課引入

教師活動：向學生展示圖3所示的電學元件，將四節1.5 V的串聯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。請學生描述實驗現象。將電源更換成三節每節2 V的蓄電池重復上述實驗，再次請學生描述實驗現象。提出猜想：產生以上實驗現象的原因是什么？

學生活動：描述實驗現象：蓄電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創設實驗情境教學，引導學生從猜想自然過渡到新課?；诳刂谱兞糠?，差異明顯的實驗能集中學生的注意力，引起強烈的好奇心與求知欲。同時在課程開展之初向學生拋出問題，能使問題貫穿課堂始終，達到首尾呼應的目的。

（2）準備實驗

教師活動：向學生展示蓄電池的構成。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：電場力做功使自由電子從電源負極移動到電源正極。提出問題：在電源內部，正電荷是如何從負極移動到正極的？引導并總結：電源可以保持電路中電流的流動，維持電路中的電勢差。

學生活動：回答問題：1.電源是提供電能的裝置。2.將其他形式的能轉化為電能使正電荷從負極移動到正極。

設計意圖：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生的感覺輸入。通過提問引起思考，能使學生對上一章的知識進行復習，有助于在后續學習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習指導有促進作用。

（3）電動勢

教師活動：進行實驗。已經明確的蓄電池正負兩個極板分別為A，B，在靠近極板中間的位置各插入一個探針分別為C，D（圖6）。請學生猜想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，并記錄實驗數據，總結：φA>φB;φA>φD;φD>φC;φC>φB。請學生分析數據中的規律，教師總結后對現象進行解釋并引入非靜電力的概念。

學生活動：進行猜想。

UAB=UBC+UDA? ? ? （1）

設計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖7所示，教師提問能促進預期的過程，使學生帶著目的去分析實驗原理并主動回憶相關的舊知識?？偨Y內外電路間的規律，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較？評價并補充：在電源內部，把正電荷從負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化為電能的大小。

E=? ? （2）

單位：伏特（V）

學生活動：可以用做功大小與電荷量的比值定義非靜電力做功本領的大小。

設計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖8所示，使用板書能強化學生的注意，突出電勢能的概念是本節課的重點知識。使用控制變量法為學生提供學習指導。教師根據得出的結論引出非靜電力做功的概念，引導學生使用比值定義法將電勢能的概念進行總結。

教師活動：請學生復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？電動勢在數值上與什么有關？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測量電源的內阻。

學生活動：對實驗的結論和電動勢的概念進行復述。

設計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖10所示，教師指導學生對舊知識進行復述，促使學生進行編碼從而形成長時記憶，鞏固對電動勢的理解，有利于區分和關聯后面學習的知識，并能在后續實驗中對電動勢與路端電壓的關系進行定量探究。

教師活動：講解電池內部產生電勢差的原因，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，連續記錄三組數據。請學生對實驗數據分析并總結。教師評價總結：在閉合電路中，電源的電動勢在數值上等于內外電路上電勢降落之和。給出公式

E=U外+U內（3）

提出問題：根據電壓表的示數，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。

學生活動：回答問題：1.每一組數據中內外電壓之和基本是定值。2.電鍵和極板上的電勢關系為： φA>φC>φD>φB.

設計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖11所示，事件6、7組成了一個連續教學事件，學生經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，請學生從功與能量轉換的角度進行區分，總結評價。

學生活動：電動勢的公式中，功表示電源內部非靜電力做的功。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化為電勢能，而電勢差公式表示電勢能轉化為其他形式的能。

設計意圖：該過程包含的信息加工過程如圖12所示，事件6、7、5構成了一個連續的教學事件，將實驗中得出的結論進行加工，促進編碼的方式加深學生的記憶。對兩個4? 結語

信息技術的發展，多媒體設備的不斷普及，為多手段教學和教學評價提供了保障。通過多種教學手段與媒體提供直觀信息，便于引起學生的“選擇性知覺”，為學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生認知融合。實踐過程中，通過教學效果檢驗和評價發現加涅理論融合下的教學能更有效地促進學生記憶，提升課堂效果。加涅理論指導下的教學不但兼顧了學生的認知規律，而且滲透了教育理論，是保障高效教學的有效途徑之一。

參考文獻：

[1] 宋曉云.加涅教學設計原理在高一物理教學中的應用研究[D].蘭州：西北師范大學，2016.

[2] R·M·加涅.學習的條件和教學論[M].皮連生，譯.上海：華東師范大學出版社，1999.

[3] 詹珍慧.五年級學生小數概念的理解及其對運算的影響研究[D].漳州：閩南師范大學，2016.

[4] 加涅，韋杰、戈勒斯，等.教學設計原理，第五版：修訂本[M].皮連生，王小明，龐維國，等譯.上海：華東師范大學出版社.2018.

[5] 嚴莉.信息技術環境下的學習活動設計研究[D].武漢：華中師范大學，2011.

[6] 黃網官.初中物理：九大“教學事件”——基于加涅教學論的思考之二[J].教育研究與評論（中學教育教學），2015（6）：5-11.