(西北師范大學(xué)教育學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計

吳宏偉焦振蘭王玥

(西北師范大學(xué)教育學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

筆者基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的理論研究,對人教版高中物理必修2“動能與動能定理”一課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。在學(xué)生原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上,遵循學(xué)生思維發(fā)展的過程,將“動能與動能定理”的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行細(xì)化,逐漸進(jìn)階、層層遞進(jìn),最終在教師的引導(dǎo)下，使學(xué)生建構(gòu)關(guān)于“動能與動能定理”的科學(xué)知識。

學(xué)習(xí)進(jìn)階;教學(xué)設(shè)計;動能;動能定理

1 引言

在初中階段學(xué)生已經(jīng)對動能有了定性的認(rèn)識,“動能與動能定理”作為高中物理教學(xué)的重點(diǎn)之一,是學(xué)生必須掌握的知識,也是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)。

在“動能與動能定理”的教學(xué)中,教師應(yīng)該關(guān)注動能概念的演變和學(xué)生思維的發(fā)展。學(xué)習(xí)進(jìn)階理論是根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)目標(biāo)，確定最近發(fā)展區(qū),劃分出不同的學(xué)習(xí)階段,通過對每一學(xué)習(xí)階段的描述,來呈現(xiàn)需要學(xué)習(xí)的知識和所要達(dá)到的思維水平。依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時,知識之間的內(nèi)在聯(lián)系更加緊密,有利于教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平，設(shè)計符合學(xué)生思維發(fā)展的教學(xué)過程。筆者在學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的指引下,設(shè)計了“動能與動能定理”教學(xué)。

2 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論概述

美國國家研究理事會(NRC)將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為:學(xué)習(xí)進(jìn)階是對學(xué)生連貫且逐漸深入的思維方式的假定描述,在一個適當(dāng)?shù)臅r間跨度下,學(xué)生學(xué)習(xí)和探究某一重要的知識或者實(shí)踐領(lǐng)域時,其思維方式逐漸進(jìn)階[1]。

學(xué)習(xí)進(jìn)階理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生對某一主題的概念學(xué)習(xí)需要分階段進(jìn)行,每一階段對該概念的學(xué)習(xí)都是在前一階段的基礎(chǔ)上進(jìn)行加深或延展。學(xué)習(xí)進(jìn)階是對“應(yīng)該為學(xué)生設(shè)定怎樣的學(xué)習(xí)路徑”這一問題的探索，其描述的學(xué)習(xí)路徑是學(xué)生在學(xué)習(xí)某一主題概念時,思維所遵循的連貫的、由簡單到復(fù)雜的軌跡，這條軌跡由一系列相互關(guān)聯(lián)的、存在前后順序的概念組成,為學(xué)生提供學(xué)習(xí)圖景，指出先學(xué)什么、后學(xué)什么,先學(xué)的知識成為后學(xué)知識的基礎(chǔ)[2]。

3基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的“動能與動能定理”教學(xué)設(shè)計

王較過、趙萍萍認(rèn)為由于年齡和認(rèn)知能力發(fā)展水平的限制,中學(xué)生對核心概念的學(xué)習(xí)不可能一步到位,必須經(jīng)歷一個循序漸進(jìn),由淺入深,逐步深化的過程,這個過程不但表現(xiàn)為核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階,而且是可持續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)[3]。高中生在初中時已經(jīng)學(xué)習(xí)過動能的概念,但是不夠深入,需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)。然而,概念的學(xué)習(xí)并非線性的,學(xué)生需要不斷在新情景中重溫概念,以深化對概念進(jìn)一步的理解。

3.1 教材分析

動能定理是功能關(guān)系的重要體現(xiàn),是解決動力學(xué)問題的重要原理之一,是高考考查的熱點(diǎn)內(nèi)容,因此學(xué)好動能定理對每個學(xué)生都很重要。

3.2 學(xué)情分析

高一學(xué)生學(xué)習(xí)“動能與動能定理”之前已經(jīng)對動能有定性的認(rèn)識。隨著學(xué)生知識的增長、思維的發(fā)展、概念的演變,高中相對初中對動能的認(rèn)識由定性到定量,在恒力做功與速度變化相關(guān)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出動能定理。學(xué)生對于分析、綜合和解決實(shí)際問題存在一定困難,主要表現(xiàn)在研究對象的選擇和物理過程的分析,以及用能的觀點(diǎn)來分析物理問題等。

3.3 進(jìn)階目標(biāo)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》對“動能與動能定理”的教學(xué)基本要求是：通過實(shí)驗(yàn),探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系；理解動能和動能定理。用動能定理解釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象[4]；學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容后，學(xué)生應(yīng)理解動能的定義,知道動能的表達(dá)式,會計算物體的動能,理解動能定理及其推導(dǎo)過程,會應(yīng)用動能定理解決具體問題。

3.4 進(jìn)階起點(diǎn)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》對動能的教學(xué)要求是：知道動能；通過實(shí)驗(yàn),了解動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化[5]。因此,高一學(xué)生在學(xué)習(xí)“動能與動能定理”之前，已經(jīng)知道：物體由于運(yùn)動具有的能叫做動能。質(zhì)量相同的物體,運(yùn)動的速度越大,它具有的動能就越大;運(yùn)動速度相同的物體,質(zhì)量越大,它具有的動能就越大。在外力做功與速度變化有關(guān)的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)外力做功與速度變化間存在的定量關(guān)系。

3.5 進(jìn)階層次劃分與主要教學(xué)活動設(shè)計

3.5.1 進(jìn)階第一層次：探究動能的表達(dá)式

問題1:如圖1所示,光滑水平面上有一質(zhì)量為m的物塊在恒力F作用下沿光滑水平面運(yùn)動的位移為x,物塊的初末速度分別為v0和v,求力F對物塊做了多少功？

圖1

學(xué)生解答:力F對物塊做的功W=Fx。

教師引導(dǎo)學(xué)生對物塊進(jìn)行受力分析,確定物塊的運(yùn)動過程。

師:力F產(chǎn)生的加速度是多大？

師:物體做怎樣的運(yùn)動？

生:做初速度為v0、加速度為a的勻變速直線運(yùn)動。

師:如何用v0和v表示位移x？

說明:(1) 動能的單位:焦耳(J);(2) 動能是狀態(tài)量，與運(yùn)動物體某一時刻或某一位置相對應(yīng);(3) 動能是標(biāo)量，只有大小。

3.5.2 進(jìn)階第二層次：總結(jié)動能定理

3.5.3 進(jìn)階第三層次：討論動能定理,理解其物理意義

(1) 通過練習(xí)，使學(xué)生明確W=ΔEK中W的意義

練習(xí)1:在問題1中,當(dāng)m=1kg、F=2N、x=2m時,求力F對物塊做了多少功？

練習(xí)2:當(dāng)水平面粗糙,動摩擦因數(shù)μ=0.1,其他條件相同時,求合力對物塊做了多少功？

學(xué)生進(jìn)行計算并完成表1，由表1可知,W=ΔEK中的W指外力所做的總功。

表1 做功與動能關(guān)系(單位:J)

(2) 理解動能定理

① 對標(biāo)量性的認(rèn)識:動能定理中各項(xiàng)均為標(biāo)量,因此單純改變速度方向不影響物體動能的大小，如勻速圓周運(yùn)動。

② 對狀態(tài)與過程關(guān)系的理解:動能定理表示過程量與狀態(tài)量變化的關(guān)系,即力的空間積累效應(yīng)使物體的動能發(fā)生改變,并與動能的變化量相等。

③ 動能定理中所說的外力,既可以是重力、彈力、摩擦力,也可以是其他力。

(3) 明確動能定理的適用范圍

① 既適用于恒力做功過程，也適用于變力做功過程。

② 動能定理的研究對象既可以是單個物體,也可以是多個物體所組成的系統(tǒng)。

③ 動能定理的研究過程既可以是單個過程，也可以是多個過程。

3.5.4 進(jìn)階第四層次——應(yīng)用動能定理解決實(shí)際問題

問題2：如圖2所示,長為l、傾角為α的光滑斜面上,有一質(zhì)量為m的滑塊從靜止開始下滑,求滑塊運(yùn)動到斜面底端時速度v的大小。

圖2

圖3

3.5.5 設(shè)計思路

在學(xué)生原有的基礎(chǔ)上,遵循學(xué)生思維的發(fā)展,將“動能與動能定理”的教學(xué)進(jìn)行細(xì)化。通過創(chuàng)設(shè)物理情景,形成科學(xué)問題;實(shí)施科學(xué)探究,建立物理規(guī)律;討論物理規(guī)律,理解物理意義;應(yīng)用物理規(guī)律,解決實(shí)際問題。讓學(xué)生掌握“動能與動能定理”。

4 結(jié)語

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的理論對“動能與動能定理”的教學(xué)設(shè)計,將知識進(jìn)行細(xì)化,知識之間的邏輯性更強(qiáng),將“動能與動能定理”的教學(xué)過程劃分為四個進(jìn)階層次,層層遞進(jìn),引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“動能與動能定理”的科學(xué)知識。依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階的理論對教學(xué)設(shè)計進(jìn)行指引,可以推廣到其他物理知識的教學(xué)設(shè)計中。

[1] 郭玉英,姚建欣.基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的科學(xué)教學(xué)設(shè)計[J].課程·教材·教法,2016,(11):64-67.

[2] 劉晟,劉恩山.學(xué)習(xí)進(jìn)階:關(guān)注學(xué)生認(rèn)知發(fā)展和生活經(jīng)驗(yàn)[J].教育學(xué)報,2012,(2):81-87.

[3] 王較過,趙萍萍.概念圖在中學(xué)物理核心概念學(xué)習(xí)進(jìn)階的應(yīng)用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2015,(11):2-6.

[4] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[M].北京:人民教育出版社,2003:17.

[5] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2012:21.

本文系甘肅省“十三五”教育科學(xué)規(guī)劃課題“核心素養(yǎng)視域下中學(xué)物理低成本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)與應(yīng)用研究”(編號：GS[2017]GHB1978)的階段性成果?！浴皠幽芘c動能定理”的教學(xué)為例