周楓 曹會(huì)

[摘? ?要]以“核心素養(yǎng)為主旨，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，情境演進(jìn)為主線”為核心框架的“四主”教學(xué)模式是在新一輪高中課程標(biāo)準(zhǔn)修訂中，課題組基于認(rèn)知科學(xué)等理論依據(jù)構(gòu)建出來(lái)的。在《機(jī)械能守恒定律》的教學(xué)設(shè)計(jì)中以學(xué)生對(duì)常見(jiàn)的能量分類(lèi)和幾種功能關(guān)系為認(rèn)知起點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的情境，以問(wèn)題鏈形式引導(dǎo)學(xué)生合作探究得出規(guī)律，充分體現(xiàn)了“四主”特點(diǎn)，把培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)落到實(shí)處。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);“四主”教學(xué)模式;教學(xué)設(shè)計(jì)

[中圖分類(lèi)號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? ?A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2021）20-0037-03

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》）實(shí)施以來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人的目標(biāo)已成為高中教學(xué)的主旋律[1]。在教學(xué)形式方面，《標(biāo)準(zhǔn)》特別建議在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施中要重視情境的創(chuàng)設(shè)，以“核心素養(yǎng)為主旨，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，情境演進(jìn)為主線”為核心框架的“四主”教學(xué)模式（如圖1）應(yīng)運(yùn)而生。 “四主”教學(xué)模式多次嘗試以“實(shí)驗(yàn)”“模型”“事例”等來(lái)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，運(yùn)用情境的演進(jìn)串設(shè)課堂教學(xué)主線，搭建基于學(xué)生視角的臺(tái)階，學(xué)生通過(guò)情境體驗(yàn)、科學(xué)探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理核心素養(yǎng)的發(fā)展[2]。我們以公開(kāi)課《機(jī)械能守恒定律》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，談?wù)勗谶@一節(jié)課中如何設(shè)計(jì)有效的教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生自主探索與解決問(wèn)題，最終達(dá)到提升學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。

一、教材、學(xué)情分析

《機(jī)械能守恒定律》是新人教版高中物理必修2第8章第4節(jié)的內(nèi)容。通過(guò)前面幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道了重力做功會(huì)引起重力勢(shì)能的變化，彈簧彈力做功會(huì)引起彈性勢(shì)能的變化，合外力做功將引起動(dòng)能的變化。學(xué)生對(duì)在初中學(xué)過(guò)的一些定性的東西逐漸找到了定量的聯(lián)系，對(duì)功能關(guān)系的認(rèn)識(shí)加深了，也萌發(fā)了繼續(xù)探究的興趣。那么，在動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能都參與轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，情況又將如何呢？這是學(xué)生亟待解決的問(wèn)題，機(jī)械能守恒定律的建立已經(jīng)到了“水到渠成”的時(shí)候了。從知識(shí)發(fā)展的線索來(lái)看，本節(jié)內(nèi)容，既是對(duì)前面幾節(jié)內(nèi)容的總結(jié)，也是對(duì)學(xué)習(xí)能量守恒定律的鋪墊[3]。

本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)以學(xué)生的認(rèn)知情況為起點(diǎn)，在學(xué)生已經(jīng)具有了一定的功能關(guān)系的認(rèn)知基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)設(shè)新的情境，提出新的問(wèn)題，然后聚焦問(wèn)題，不斷啟發(fā)學(xué)生認(rèn)真思考，提出方案，合作探究，運(yùn)用科學(xué)思維方法從實(shí)驗(yàn)探究和理論探究?jī)蓚€(gè)方面對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、邏輯推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論。

二、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一：看視頻，做實(shí)驗(yàn)，萌生問(wèn)題

情境1：首先播放一段郭晶晶跳水的視頻，請(qǐng)同學(xué)們欣賞。

情境2：找一名同學(xué)來(lái)做“小球碰鼻子”的實(shí)驗(yàn)（如圖2），注意觀察該同學(xué)在小球朝著鼻子沖過(guò)來(lái)時(shí)的表情。

問(wèn)題：通過(guò)觀看剛才的視頻和實(shí)驗(yàn)，結(jié)合前面學(xué)過(guò)的內(nèi)容，同學(xué)們能提出哪些問(wèn)題？

學(xué)生經(jīng)過(guò)思考提出如下問(wèn)題：（1）動(dòng)能和勢(shì)能是怎么轉(zhuǎn)化的？（2）動(dòng)能和勢(shì)能在轉(zhuǎn)化過(guò)程中遵循怎樣的規(guī)律？

環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)： 觀看視頻、參與實(shí)驗(yàn)這些情境體驗(yàn)，不僅激活了課堂氣氛，而且調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。接下來(lái)教師的開(kāi)放性提問(wèn)促使學(xué)生積極參與、認(rèn)真思考。學(xué)生結(jié)合前面所學(xué)內(nèi)容和剛才的情境體驗(yàn)，提出了本節(jié)課所要解決的兩個(gè)問(wèn)題，充分體現(xiàn)了教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性。

環(huán)節(jié)二：聚焦問(wèn)題，解決問(wèn)題

聚焦問(wèn)題1：動(dòng)能和勢(shì)能是如何轉(zhuǎn)化的？

針對(duì)這一問(wèn)題，教師可以啟發(fā)學(xué)生從做功的角度去考慮，因?yàn)楣κ悄芰哭D(zhuǎn)化的量度，能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的。教師帶領(lǐng)學(xué)生一起分析，可以先從簡(jiǎn)單的單擺模型入手。

情境3：從做功角度分析單擺模型（如圖3）。如果忽略空氣阻力，擺球只受到重力和繩子的拉力，繩子的拉力不做功，只有重力做功;從高到低擺動(dòng)的過(guò)程中，重力做正功，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加;從低到高擺動(dòng)的過(guò)程中，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加，動(dòng)能減少。

提出新問(wèn)題：如果在小球運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，用直尺擋一下，改變小球圓周運(yùn)動(dòng)的圓心和半徑，發(fā)現(xiàn)小球仍然擺到原來(lái)的高度，這說(shuō)明了什么問(wèn)題？

情境4：接下來(lái)再分析一個(gè)彈性勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的例子——彈簧振子模型（如圖4）。忽略空氣阻力和摩擦阻力，對(duì)彈簧振子來(lái)說(shuō)只有彈簧彈力做功，如果彈力做正功，彈性勢(shì)能減少，小球動(dòng)能增加;如果彈力做負(fù)功或者克服彈簧彈力做功，彈性勢(shì)能增加，動(dòng)能減少。

提出新問(wèn)題：滑塊只在一固定范圍內(nèi)往返運(yùn)動(dòng)，這又反映了一種什么思想？

這個(gè)時(shí)候機(jī)械能概念的界定已經(jīng)迫在眉睫而且水到渠成，教師可以順勢(shì)進(jìn)行概念的界定：重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能與動(dòng)能統(tǒng)稱(chēng)機(jī)械能。通過(guò)重力或彈力做功，機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。動(dòng)能和勢(shì)能在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，機(jī)械能的總量怎么樣呢？ 學(xué)生通過(guò)思考提出猜想：機(jī)械能的總量保持不變。

聚焦問(wèn)題2：動(dòng)能和勢(shì)能在轉(zhuǎn)化過(guò)程中機(jī)械能的總量是否不變？

1.實(shí)驗(yàn)探究

首先引導(dǎo)學(xué)生選定并建立模型，學(xué)生通過(guò)討論選定比較簡(jiǎn)單而常見(jiàn)的自由落體運(yùn)動(dòng)模型;然后探討實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合以前學(xué)過(guò)的研究運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生很容易想到可以利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)進(jìn)行研究（如圖5），關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生可以在下一節(jié)課去實(shí)驗(yàn)室完成。

情境5：在這節(jié)課的教學(xué)過(guò)程中，我們介紹一個(gè)自由落體演示儀（如圖6），利用自由落體演示儀，同時(shí)借助兩個(gè)光電門(mén)和數(shù)字計(jì)時(shí)器來(lái)測(cè)量速度，通過(guò)測(cè)量小球從不同位置下落的高度和速度，來(lái)研究小球減少的重力勢(shì)能和增加的動(dòng)能是否相等。

活動(dòng)過(guò)程：找?guī)酌麑W(xué)生協(xié)助操作實(shí)驗(yàn)，改變兩光電門(mén)距離及小球釋放位置的高度，多次實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)時(shí)可利用小球通過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算小球通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度，同時(shí)讓其他學(xué)生共同記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如表1）。分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)：小球減少的重力勢(shì)能總是比增加的動(dòng)能稍大，這時(shí)教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行誤差分析：主要原因是小球在下落過(guò)程中受到了空氣阻力。如果忽略空氣阻力，小球減少的重力勢(shì)能和增加的動(dòng)能相等。

2.理論探究

情境6：在只有重力做功的情況下（如圖7），根據(jù)重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系[WG=EP1-EP2]，再根據(jù)動(dòng)能定理[WG=Ek2-Ek1]，聯(lián)立兩個(gè)方程可得：[EP1+Ek1=EP2+Ek2]。同理，可以證明在只有彈簧彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，彈簧和滑塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。

環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)：這一環(huán)節(jié)是本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，采用了問(wèn)題聚焦的方式。針對(duì)第一個(gè)問(wèn)題采用了“模型情境”的方法，引入“單擺模型”和“彈簧振子模型”從做功角度進(jìn)行分析，讓學(xué)生對(duì)動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化的過(guò)程有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，接下來(lái)界定了機(jī)械能的概念，很好地發(fā)展了學(xué)生的物理觀念。針對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和理論探究?jī)煞N方式展開(kāi)探索。在探究中，學(xué)生經(jīng)歷了“提出猜想——建立模型——進(jìn)行驗(yàn)證——得出規(guī)律”這樣的科學(xué)探究過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中經(jīng)歷了“探討實(shí)驗(yàn)方案——實(shí)驗(yàn)操作——數(shù)據(jù)處理——誤差分析——得出結(jié)論”的過(guò)程，學(xué)生通過(guò)合作交流、自主探索并通過(guò)用不同方法解決問(wèn)題這一系列活動(dòng)，發(fā)展了科學(xué)思維，培養(yǎng)了科學(xué)探究能力。

環(huán)節(jié)三：得出規(guī)律

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和理論探究，順理成章地得出機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。可以對(duì)機(jī)械能守恒定律做如下解讀。

解讀1.機(jī)械能守恒的條件：只有重力或彈力做功?？梢岳斫鉃椋何矬w只受重力或彈力，不受其他外力，或者物體受其他外力但其他外力不做功，或者其他外力做功代數(shù)和為零。

解讀2.機(jī)械能守恒的判斷方法：可以從機(jī)械能守恒的條件進(jìn)行判斷;也可以從能量轉(zhuǎn)化形式上去判斷，在系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，沒(méi)有其他形式的能出現(xiàn)。

解讀3.機(jī)械能守恒的表達(dá)式：[EP1+Ek1=EP2+Ek2]或者[?Ek=-?EP]。

解讀4.機(jī)械能守恒的是系統(tǒng)，單個(gè)物體機(jī)械能往往不守恒。

環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)：本環(huán)節(jié)從機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容、條件、判斷方法、表達(dá)式以及守恒的對(duì)象等多角度進(jìn)行解讀，引導(dǎo)學(xué)生由表及里、由淺入深地思考，把物理觀念目標(biāo)落到實(shí)處。

環(huán)節(jié)四：學(xué)以致用

教師列舉一些生活中存在的運(yùn)動(dòng)形式。

情境7：比如從滑梯上勻速下滑的小孩、勻速下降的降落傘、拋出去的籃球等，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)判斷機(jī)械能是否守恒。

情境8：談?wù)勔胩酶?，為什么背越式跳高比跨越式跳高?yōu)越。

情境9：某些地鐵或列車(chē)站的站臺(tái)都設(shè)計(jì)有一個(gè)小的坡度，這是為什么？

環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)：“學(xué)以致用”環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過(guò)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和規(guī)律解決了日常生活中的常見(jiàn)問(wèn)題，既鞏固了課堂所學(xué)知識(shí)，又使學(xué)生在理解“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境（STSE）”關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成對(duì)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度和責(zé)任意識(shí)，發(fā)展了學(xué)科核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)五：歸納總結(jié)

本節(jié)課的上課流程可以用圖8表示：

環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)：本環(huán)節(jié)是本節(jié)課的一個(gè)收尾總結(jié)，可以帶領(lǐng)學(xué)生重溫上課的歷程：觀察現(xiàn)象、提出問(wèn)題;設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)探究;建立模型、理論探究;得出規(guī)律、定律內(nèi)容解讀;學(xué)以致用、鞏固所學(xué)知識(shí)。該環(huán)節(jié)強(qiáng)化了知識(shí)、規(guī)律的形成過(guò)程，有助于學(xué)生在頭腦中建立自己的知識(shí)體系，形成正確的物理觀念。

三、教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)和生成配合得非常好，充分體現(xiàn)了“四主”教學(xué)模式：以探索動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化過(guò)程中遵循的規(guī)律為載體，在學(xué)生認(rèn)知的基礎(chǔ)上，通過(guò)看視頻、做實(shí)驗(yàn)、模型分析、生活情境分析等一系列具有物理特色的情境主線“串燒”出獨(dú)具“物理味”的知識(shí)、思維和情感，凸顯了教師的主導(dǎo)地位，貫徹“生本教育”理念，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，并聚焦問(wèn)題，解決問(wèn)題。學(xué)生在探討方案、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)、交流反饋等一系列情境和活動(dòng)中理解了動(dòng)能、勢(shì)能、機(jī)械能的相關(guān)物理概念，樹(shù)立了能量守恒的物理觀念，培養(yǎng)了科學(xué)思維習(xí)慣，掌握了科學(xué)探究的方法，發(fā)展了科學(xué)探究能力，樹(shù)立了科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識(shí)，把核心素養(yǎng)的理念落到了實(shí)處。這種教學(xué)模式不僅適用于物理概念和規(guī)律等新授課，同樣也適用于習(xí)題課的教學(xué)，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中多次嘗試這種教學(xué)模式，課堂氣氛顯得生動(dòng)活潑，有血有肉，收到了良好的效果。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017：53-59.

[2]? 曹會(huì)，郁建石.指向核心素養(yǎng)的“四主”教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐研究[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019（11）：1-4.

[3]? 人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.物理必修2教師教學(xué)用書(shū)（2010年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：121-122.

（責(zé)任編輯 易志毅）