宋海峰

(江蘇省天一中學(xué),江蘇 無(wú)錫 214101)

“自由落體運(yùn)動(dòng)”這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)在大多數(shù)人看來(lái),比較成熟和經(jīng)典,設(shè)計(jì)思路大差不離,覺(jué)得可優(yōu)化和創(chuàng)新之處很難找到。授課的知識(shí)主線是自由落體運(yùn)動(dòng)的定義、條件、性質(zhì)、規(guī)律和應(yīng)用。教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)是:創(chuàng)設(shè)情境、建立概念，合作探究、構(gòu)建新知，聯(lián)系實(shí)際、拓展應(yīng)用,給人有千篇一律之感。倘若我們靜下心來(lái)對(duì)照課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,細(xì)致研究學(xué)生的情感因素、認(rèn)知特點(diǎn)和思維能力現(xiàn)狀,針對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)的細(xì)化和定位、教學(xué)設(shè)計(jì)的有效性等還是有值得研究之處。

1 “自由落體運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階起點(diǎn)分析

起點(diǎn)1：物體的下落運(yùn)動(dòng)是日常生活中最為常見(jiàn)的現(xiàn)象,學(xué)生對(duì)物體的下落運(yùn)動(dòng)已經(jīng)具備一定的感性認(rèn)識(shí),而且隨時(shí)隨地可以實(shí)驗(yàn)和體驗(yàn)。

起點(diǎn)2：自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)中一個(gè)比較重要、典型的應(yīng)用實(shí)例,學(xué)生已經(jīng)掌握了勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律,遷移至此應(yīng)該不成問(wèn)題。

起點(diǎn)3：自由落體運(yùn)動(dòng)是忽略空氣阻力而建構(gòu)的理想化模型,學(xué)生對(duì)理想化思維方法并不陌生,如前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的質(zhì)點(diǎn)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、光滑平面等。

起點(diǎn)4：學(xué)生經(jīng)過(guò)初中和高一部分知識(shí)的學(xué)習(xí),已經(jīng)熟知用實(shí)驗(yàn)探究未知規(guī)律的研究方法,已經(jīng)具備基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

起點(diǎn)5：學(xué)生在勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律學(xué)習(xí)時(shí)，已經(jīng)使用過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的加速度，已經(jīng)掌握基本實(shí)驗(yàn)方法。

2 “自由落體運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)確定

依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，本節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)是:

(1) 知道物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的條件；

(2) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定自由落體運(yùn)動(dòng)加速度的大小,建立重力加速度的概念,知道重力加速度的方向、在地球上的不同地方重力加速度的大小不同、通常情況下g取9.8m/s2；

(3) 掌握自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律；

(4) 初步了解探索自然規(guī)律的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力。

3 “自由落體運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階障礙分析

障礙1：落體運(yùn)動(dòng)在日常生活中比較常見(jiàn),學(xué)生有一定感性認(rèn)識(shí)和模糊的體會(huì),很容易根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)形成錯(cuò)誤的前概念,如“物體越重,下落越快”,這種前概念對(duì)于學(xué)生建立“自由落體運(yùn)動(dòng)”的正確概念是非常不利的,需要突破原有認(rèn)知。

障礙2：由于自由落體運(yùn)動(dòng)是實(shí)際落體運(yùn)動(dòng)抽象而成的理想化模型,學(xué)生理解自由落體運(yùn)動(dòng)概念有一定的困難。主要來(lái)自兩個(gè)方面,一是語(yǔ)言的誤導(dǎo),使學(xué)生認(rèn)為只要從某一高度下落，物體做的就是自由落體運(yùn)動(dòng)；二是生活中的落體運(yùn)動(dòng)與自由落體運(yùn)動(dòng)的區(qū)別——現(xiàn)實(shí)與理想的差異,需要實(shí)現(xiàn)思維方式上的轉(zhuǎn)換。

障礙3：不同物體重力不同，在下落過(guò)程中所受阻力也不同,那么影響下落運(yùn)動(dòng)快慢的因素到底是什么?由于沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)牛頓第二定律，而無(wú)法從動(dòng)力學(xué)角度定量研究加速度。只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,這就需要想到利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器獲得紙帶，以求得加速度。要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度,學(xué)生要能夠把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器由水平方向的使用轉(zhuǎn)換到豎直方向,對(duì)高一學(xué)生來(lái)說(shuō),無(wú)論是知識(shí)的遷移，還是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力要求都比較高。

障礙4：在學(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動(dòng)之前,研究一般物體的運(yùn)動(dòng)很少考慮空氣阻力,現(xiàn)在研究落體運(yùn)動(dòng)時(shí)空氣阻力影響不能忽略,且不同物體在下落過(guò)程中受到空氣阻力不同。應(yīng)用忽略次要因素、抓住主要因素這一科學(xué)思維方法,對(duì)高一學(xué)生來(lái)說(shuō)還是有點(diǎn)生疏。

4 “自由落體運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)有效進(jìn)階策略設(shè)計(jì)

4.1 以“雙為主”理念指導(dǎo)策略的設(shè)計(jì)

“雙為主”即以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)。課堂教學(xué)要設(shè)計(jì)出符合學(xué)生實(shí)際、有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階的實(shí)施方案,教師必須心中有課標(biāo)、眼中有學(xué)生、腹中有方法、手中有辦法,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性,使學(xué)生自主思考、積極參與、樂(lè)于探究,通過(guò)自己的親身體驗(yàn),主動(dòng)實(shí)現(xiàn)知識(shí)和思維的同步進(jìn)階。

4.2 創(chuàng)設(shè)情境、激趣設(shè)疑的引入策略

以趣生疑,由疑生奇,由奇引發(fā)需要,因需要而思考。利用趣味實(shí)驗(yàn)引入,有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,以推理實(shí)驗(yàn)引入,有利于激發(fā)學(xué)生探究欲望,學(xué)生在疑問(wèn)和懸念之中、在憤悱之時(shí)進(jìn)入后續(xù)學(xué)習(xí)之中,懸念解除之時(shí),也就是正遷移實(shí)現(xiàn)之時(shí)。

4.3 合作探究、討論交流的自主構(gòu)建策略

學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程,不是被動(dòng)吸取、記憶、練習(xí)的過(guò)程,而是調(diào)動(dòng)原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),用積極的心態(tài)去嘗試解決新問(wèn)題,同化新知識(shí),健全知識(shí)體系的過(guò)程。教學(xué)中教師要相信學(xué)生的能力,為學(xué)生提供學(xué)習(xí)材料,讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主建構(gòu)。

4.4 問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、誘發(fā)思維的教學(xué)推進(jìn)策略

問(wèn)題是教學(xué)的中心,學(xué)生的認(rèn)知活動(dòng)是從問(wèn)題開(kāi)始的。系列問(wèn)題的解決就是思維進(jìn)階從最初狀態(tài)逐漸向目標(biāo)狀態(tài)逼近的過(guò)程。教師必須精心設(shè)計(jì)系列問(wèn)題,讓學(xué)生親身經(jīng)歷思考、分析、推理、操作等解決問(wèn)題的過(guò)程,積累經(jīng)驗(yàn),獲取方法，實(shí)現(xiàn)能力和素養(yǎng)的全面進(jìn)階。

5 “自由落體運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階主題教學(xué)探索設(shè)計(jì)

5.1 優(yōu)化引入方式，培養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的非智力因素

演示實(shí)驗(yàn)1：教師一手拿一只鐵球,另一只手拿一片紙,在同一高度同時(shí)由靜止釋放,讓學(xué)生觀察，得到結(jié)論:重的物體下落快。

演示實(shí)驗(yàn)2：將上述紙片使勁揉成小紙球,讓其和鐵球從同一高度同時(shí)由靜止釋放,讓學(xué)生觀察，得到結(jié)論:輕重不同的物體下落快慢相同。

演示實(shí)驗(yàn)3：完全相同的兩片紙,將其中一片揉成紙球,讓它們從同一高度靜止下落,讓學(xué)生觀察，得到結(jié)論:輕重相同的物體下落快慢不同。

進(jìn)階意圖設(shè)計(jì)分析:教師通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材在不同的條件下實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生通過(guò)觀察得到三種相互矛盾的結(jié)論:重的物體下落快、輕重不同的物體下落快慢相同、輕重相同的物體下落快慢不同。將學(xué)生帶進(jìn)要探究的物理問(wèn)題情境之中,并引發(fā)認(rèn)知沖突，造成懸念,促使學(xué)生產(chǎn)生向往、探索的欲望,處于欲罷不能的狀態(tài)。學(xué)生急切想對(duì)下落快慢不同的本質(zhì)原因進(jìn)行探究,最終突破原有認(rèn)知，得出結(jié)論：造成不同物體下落快慢不同的原因是空氣阻力。為了鞏固新的認(rèn)知，讓學(xué)生在更多的感性認(rèn)識(shí)中上升為理性認(rèn)識(shí)，我們可以做演示實(shí)驗(yàn)4并播放視頻。

演示實(shí)驗(yàn)4：牛頓管實(shí)驗(yàn)。在沒(méi)有空氣阻力的情況下,輕重不同的物體下落快慢相同。

播放視頻:1971年美國(guó)宇航員斯科特在月球表面上讓一把錘子和一根羽毛同時(shí)下落,觀察到它們同時(shí)落到月球表面。

此外,還可以用“亞里士多德和伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)研究的故事”，進(jìn)行敘事引入，或用魔術(shù)“能測(cè)時(shí)間的神奇尺”設(shè)疑引入,效果也非常好。

5.2 科學(xué)設(shè)計(jì)探究活動(dòng)，推動(dòng)學(xué)習(xí)有序高效進(jìn)階

得出“自由落體運(yùn)動(dòng)”概念后,下一個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。理論分析很容易得出結(jié)論：自由落體運(yùn)動(dòng)是一個(gè)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵是加速度是多少?由于課堂時(shí)間限制和教師的設(shè)計(jì)角度不同,此環(huán)節(jié)千差萬(wàn)別。根據(jù)課堂觀察,下列方案更有利于學(xué)生知識(shí)和能力的有效進(jìn)階。

探究方案：為了避免實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)放度太大、浪費(fèi)課堂寶貴時(shí)間,教師可以提供具導(dǎo)向性的必要儀器和器材,讓學(xué)生設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn),處理數(shù)據(jù),獲得結(jié)論,通過(guò)分組討論,總結(jié)實(shí)驗(yàn)得失、分析誤差原因。

教師還可以進(jìn)行這樣的引導(dǎo)：(1) 由紙帶怎么判斷物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)?怎么求加速度？(2) 自由落體運(yùn)動(dòng)發(fā)生在豎直方向上,怎么安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器？

這樣的預(yù)設(shè)改變了好多教師因課堂時(shí)間所限，讓學(xué)生假探究、搞形式的做法,不管學(xué)生實(shí)驗(yàn)有沒(méi)有做成,教師或提供課前準(zhǔn)備好的紙帶和頻閃照片分別發(fā)給兩個(gè)小組進(jìn)行觀察和數(shù)據(jù)處理，或用教師課前實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),求得自由落體加速度。這完全是教師的教代替了學(xué)生的學(xué)。

為了開(kāi)闊學(xué)生的思路和眼界,鼓勵(lì)學(xué)生多角度思考問(wèn)題,懂得用多種方法進(jìn)行研究。我們可以把書本第45頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”第4題中的頻閃照片上的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，利用Excel的圖表功能，在投影上展示自由落體的s-t2圖像和v-t圖像,分析自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì),求得自由落體加速度。

進(jìn)階意圖設(shè)計(jì)分析:方案設(shè)計(jì)應(yīng)基于學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)、自主探究，教師引導(dǎo)、指導(dǎo)和輔導(dǎo)的理念。這一環(huán)節(jié)的做法應(yīng)該是：方案讓學(xué)生拿，實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生做，問(wèn)題讓學(xué)生探，話讓學(xué)生說(shuō)，教師只是學(xué)習(xí)的組織者、引領(lǐng)者、合作者。教師要努力為學(xué)生創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在體驗(yàn)中感悟方法，在探究中獲得真知，在實(shí)踐中提升素養(yǎng)。從上述設(shè)計(jì)還可以看出教學(xué)是用教材，而且是創(chuàng)造性地用，而不是教教材，靈活處理教材體現(xiàn)了教學(xué)智慧。

5.3 精心選擇問(wèn)題，檢驗(yàn)鞏固學(xué)習(xí)進(jìn)階效果

根據(jù)艾賓浩斯遺忘曲線,學(xué)生接受新知識(shí)后,遺忘的進(jìn)程是不均衡的,其發(fā)展是“先快后慢”,趁熱打鐵式教學(xué)成了必不可少的環(huán)節(jié)。最常用的有效方法是用問(wèn)題解決來(lái)診斷進(jìn)階情況,鞏固進(jìn)階效果。

問(wèn)題設(shè)計(jì)目標(biāo)一:規(guī)律應(yīng)用。即用所學(xué)規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題,促進(jìn)課堂所學(xué)概念更加清晰,規(guī)律應(yīng)用更加熟練,知識(shí)建構(gòu)更加牢固和完善。

問(wèn)題1:一觀察者發(fā)現(xiàn),每隔一定時(shí)間就有一個(gè)水滴自8m高處的屋檐落下，而且當(dāng)看到第五滴水剛要離開(kāi)屋檐時(shí)，第一滴水正好落到地面，那么這時(shí)第二滴水離地面的高度是多少？(g取10m/s2)

問(wèn)題設(shè)計(jì)目標(biāo)二:回歸式應(yīng)用。即解釋引入時(shí)的問(wèn)題,做到課堂前呼后應(yīng)。通過(guò)解決課堂引入時(shí)留下的疑問(wèn),來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生通過(guò)課堂學(xué)習(xí)后，知識(shí)和能力有沒(méi)有順利實(shí)現(xiàn)進(jìn)階,同時(shí)彌補(bǔ)了課堂前面環(huán)節(jié)中未涉及的頻閃照片問(wèn)題。整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)課型完整,科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),方法全面。

圖1

問(wèn)題2:登上月球的宇航員利用頻閃儀(頻率為每秒20次)給自由下落的小球拍照，所拍的頻閃照片如圖1所示(圖上所標(biāo)數(shù)據(jù)為小球到達(dá)各位置時(shí)總的下落高度)，則月球表面的重力加速度為多少?

問(wèn)題設(shè)計(jì)目標(biāo)三：探究式應(yīng)用。課堂上用小而具體、新穎有趣、難度適中的問(wèn)題創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,讓學(xué)生通過(guò)建模,應(yīng)用規(guī)律解決問(wèn)題,在問(wèn)題解決中檢驗(yàn)和升華所學(xué),發(fā)展學(xué)習(xí)進(jìn)階成果,滲透“物理即生活”思想。

問(wèn)題3:課本第45頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”第3題。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明:本節(jié)課采用“創(chuàng)設(shè)情境——問(wèn)題導(dǎo)學(xué)——自主探究——合作學(xué)習(xí)——鞏固應(yīng)用”的“雙自主”教學(xué)模式,更加有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的全面進(jìn)階。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的激發(fā)下提高了學(xué)習(xí)的熱情,在問(wèn)題的引領(lǐng)中逐步形成了“我要學(xué)、我想學(xué)”的興奮狀態(tài)。通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)、合作探究、小組互動(dòng)、自我評(píng)價(jià)等學(xué)習(xí)方式,自主實(shí)現(xiàn)概念、規(guī)律、方法、思維以及思想的有序進(jìn)階,學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中得到了形成和發(fā)展。

[1] 韓敘虹,姜連國(guó).基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2016,(5):41-44.

[2] 呂含吟,邵韜.如何應(yīng)用“學(xué)習(xí)進(jìn)階”改進(jìn)高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理,2016,(3):68-69.

[3] 李光宇.“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論視域下的實(shí)驗(yàn)探究能力培養(yǎng)[J].物理教師,2015,(10):32-35.