高永生 李 靜

（天津外國語大學(xué)附屬外國語學(xué)校 天津 300230）

在全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的指導(dǎo)下，教育部從更高的文化層面提出了物理學(xué)科核心素養(yǎng)，包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，這四個方面是有機融合的整體，是相互貫通，共同發(fā)展的?，F(xiàn)階段，教師在實際授課過程中往往存在更加關(guān)注學(xué)科知識的掌握，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時通常立足于單一課時，而忽視了知識內(nèi)容在整體框架中的地位和作用。核心素養(yǎng)的形成并不能依靠零散知識的簡單疊加，而應(yīng)該是知識的有機融合，具備物理學(xué)科核心素養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)能夠運用整合的物理觀念、科學(xué)的思維方法理解自然現(xiàn)象和解決實際問題。因此，跳出課時的束縛，從單元整體視角開展教學(xué)有利于幫助學(xué)生建立完整的知識結(jié)構(gòu)和方法體系，促進(jìn)核心素養(yǎng)的形成。本文以新教材人教版必修第二冊第六章“圓周運動”為例，分析整合單元內(nèi)容，提煉核心素養(yǎng)要素，在此基礎(chǔ)上開展單元教學(xué)設(shè)計。

1 分析單元要素

單元要素的分析與重構(gòu)是確定教學(xué)目標(biāo)、設(shè)計教學(xué)活動的基礎(chǔ)，包括課標(biāo)和教材分析、學(xué)生分析、單元結(jié)構(gòu)分析與核心素養(yǎng)要素分析。

對比新舊教材不難發(fā)現(xiàn)，舊教材中“曲線運動”一章在新教材中拆分成了兩章：第五章拋體運動和第六章圓周運動。并且向心力和向心加速度兩節(jié)內(nèi)容的先后順序發(fā)生了變化，這意味著對這一部分內(nèi)容所承載的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)發(fā)生了變化。新課標(biāo)中明確指出“通過實驗，探究并了解勻速圓周運動向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系”，降低了演繹推導(dǎo)能力的要求，而突出了科學(xué)探究過程，因而教師的教學(xué)方法也應(yīng)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

學(xué)習(xí)圓周運動之前，學(xué)生完成了直線運動規(guī)律以及牛頓運動定律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，具備了運用運動與相互作用的觀念解決直線運動中動力學(xué)問題的思維與能力。此外，學(xué)生完成了曲線運動、拋體運動的學(xué)習(xí)，對于曲線運動的方向和物體做曲線運動的條件有一定的理解。根據(jù)維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論，通過圓周運動的學(xué)習(xí)，學(xué)生將知道如何對圓周運動進(jìn)行描述，并能夠利用運動與相互作用的思維與觀念解決曲線運動中動力學(xué)問題。

立足于對教材和學(xué)情的分析，整合本單元教學(xué)內(nèi)容，梳理出本單元結(jié)構(gòu)層次，先是觀察生活中的圓周運動，激發(fā)學(xué)生的思考；進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活實際，通過感受、猜想和實驗探究鞏固物理概念和運動規(guī)律；結(jié)合學(xué)生已具備的運動與相互作用觀分析日常生活中的圓周運動，強化科學(xué)思維，實現(xiàn)知識的遷移與應(yīng)用，推動核心素養(yǎng)的發(fā)展。

本單元蘊含了類比分析、模型構(gòu)建、控制變量等學(xué)科核心素養(yǎng)要素，表1對本單元核心素養(yǎng)要素分布進(jìn)行了歸類，指引教學(xué)。

表1：“圓周運動”單元核心要素分布與歸類

2 確定教學(xué)目標(biāo)

基于對上述單元要素的分析，確定本單元教學(xué)目標(biāo)為：物理觀念：了解曲線運動，能用線速度、角速度、周期和頻率等概念對圓周運動進(jìn)行描述；結(jié)合生活中的圓周運動以及離心現(xiàn)象，能夠利用牛頓第二定律分析勻速圓周運動，提升運動與相互作用觀?？茖W(xué)探究：鼓勵學(xué)生自制教具，利用控制變量的方法開展實驗，探究勻速圓周運動向心力的影響因素；掌握數(shù)據(jù)處理的方法，如常用的一次函數(shù)法?？茖W(xué)思維：從實際情景出發(fā)，通過實驗探究、邏輯推理、歸納演繹、模型構(gòu)建等學(xué)習(xí)過程，掌握探究未知的方法?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：在實踐過程中培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與合作學(xué)習(xí)的能力，并能將所學(xué)知識應(yīng)用到生活實踐中。

3 單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計

結(jié)合教學(xué)目標(biāo)，確定本單元的三個主題為：（1）圓周運動的描述；（2）向心力大小的實驗探究；（3）運動與相互作用觀的運用。

3.1 主題1：圓周運動的描述

（1）通過觀察生活中圓周運動的實例，如教材中提供的比較自行車大、小車輪邊緣的點，以及同一齒輪上到轉(zhuǎn)軸距離不同的點的運動快慢，引導(dǎo)學(xué)生體會建立線速度、和角速度等物理量描述圓周運動的必要性；（2）通過類比直線運動，體會用比值定義法的特點，明確線速度、角速度等概念的物理意義、內(nèi)涵、外延關(guān)聯(lián)和發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生形成良好的概念體系；（3）通過極限法理解線速度的瞬時性，體會物理學(xué)中的抽象思維；（4）知道可以使用周期和頻率描述做周期性運動的物體，豐富學(xué)生頭腦中原有的機械運動的類型。（5）采用生活中“地球儀”“蘑菇釘”等玩具，搭建傳動裝置，幫助學(xué)生理解同軸傳動和皮帶傳動的特點。

3.2 主題2：向心力大小的實驗探究學(xué)習(xí)過程設(shè)計

（1）聯(lián)系生活實際，體會做圓周運動的物體的受力情況，在此基礎(chǔ)上動手開展定性分析實驗，體會向心力的影響因素；（2）演示半定量實驗，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的愿望；（3）課前提供素材，引導(dǎo)學(xué)生動手設(shè)計實驗，自制教具，定量研究向心力大小與物體質(zhì)量、運動半徑、線速度、角速度等物理量間的關(guān)系；（4）引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷實驗前的猜想假設(shè)、自制教具實驗探究、實驗后的推力論證、科學(xué)解釋與誤差分析等思維過程，撰寫完整的實驗報告。

3.3 主題3：運動與相互作用觀的運用學(xué)習(xí)過程設(shè)計

（1）應(yīng)用“運動—>力—>運動與力關(guān)系”的大思路分析生活中的圓周運動，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型，尋找向心力的來源，體會加速度是聯(lián)系運動和力的紐帶；（2）通過親身體驗、視頻拍攝等途徑，思考汽車轉(zhuǎn)彎和火車轉(zhuǎn)彎時，哪一種力充當(dāng)了向心力，引導(dǎo)學(xué)生分析向心力的來源，并運用相互作用觀念分析水平面上的勻速圓周運動；（3）結(jié)合生活實例，引導(dǎo)學(xué)生動手制作實物模型，通過實驗探究比較汽車通過拱形橋時對橋的壓力與汽車自身的重力，分析橋最高點處的向心力，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考汽車在橋的其他位置時的向心力，運用相互作用觀念分析豎直面上的非勻速圓周運動；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，通過“過山車”“水流星”等實例，分析豎直平面上圓周運動的臨界條件；（4）通過教材“思考與討論”欄目，引導(dǎo)學(xué)生利用圓周運動的研究方法分析航天器中的失重現(xiàn)象。（5）通過科技館中的離心機工作視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考物體做勻速圓周運動、近心運動和離心運動的條件，加深對離心現(xiàn)象的本質(zhì)的理解。

4 單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計

下面以主題2向心力大小的實驗探究為例，說明主要教學(xué)活動設(shè)計。本主題的重點是讓學(xué)生經(jīng)歷定性感受，半定量演示，再到參與制作定量研究實驗裝置進(jìn)而開展定量研究，驗證猜想，得出結(jié)論的過程。定性實驗中，利用教材中提供的“手拿細(xì)繩拉著小物體做圓周運動”，使學(xué)生獲得直觀感受，從而對向心力大小的影響因素形成猜想；半定量實驗，初步驗證實驗猜想，激發(fā)同學(xué)探究欲望，為自制教具的科學(xué)探究做好鋪墊；自制學(xué)具開展定量探究實驗，引導(dǎo)學(xué)生制定實驗方案、靈活選用合適的器材開展實驗，獲得數(shù)據(jù)，通過動手實踐，讓學(xué)生帶著問題去科學(xué)探究、論證，通過交流協(xié)作做出合理解釋，進(jìn)而得到向心力大小與各物理量之間的定量關(guān)系。

教師可通過設(shè)計“問題串”引發(fā)學(xué)生思考并開展實驗探究，具體問題如下：（1）通過感受，繩子拉力的大小與哪些因素有關(guān)呢？（2）如何測量繩子上拉力大小？（3）如何測量物體的質(zhì)量？（4）轉(zhuǎn)動快慢用學(xué)過的哪個物理量來表示？如何測量？（5）如何測量物體轉(zhuǎn)動半徑？（6）圖像為曲線時，如何確定向心力大小和角速度的定量關(guān)系？（7）得到了向心力大小與質(zhì)量、半徑和角速度平方成正比的關(guān)系，能否根據(jù)定量實驗確定比例系數(shù)？學(xué)生在探究的過程中形成清晰、系統(tǒng)的物理觀念，不斷學(xué)習(xí)、分析、研究問題的科學(xué)方法，提高科學(xué)探究的能力。重現(xiàn)知識的發(fā)現(xiàn)過程，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、深入認(rèn)知物理情境中的科學(xué)本質(zhì)的能力。

5 學(xué)習(xí)效果評價

單元教學(xué)評價不僅關(guān)注結(jié)果，還要關(guān)注過程，強調(diào)從“對學(xué)習(xí)的評價”轉(zhuǎn)為“為學(xué)習(xí)的評價”，強調(diào)在真實過程中的評價，嘗試基于學(xué)生表現(xiàn)的評價，以及不同主體共同參與的評價，讓評價更好地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

5.1 評價內(nèi)容多元化促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)全面發(fā)展

采用過程性評價，使得評價更加全面、真實和有效。如主題2的實驗教學(xué)中，可以從課堂問答、實驗方案設(shè)計、實驗操作過程、實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果分析、實驗報告呈現(xiàn)以及課后作業(yè)等多方面出發(fā)，依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的劃分，設(shè)計評價表格。

5.2 多主體評價相結(jié)合促進(jìn)學(xué)習(xí)的發(fā)生

在設(shè)計評價表格時，應(yīng)采用教師評價、自我評價和同伴評價相結(jié)合的多主體評價方式，檢查回顧學(xué)習(xí)的起點、過程、成果和困難。在學(xué)習(xí)過程中，通過收獲來自同學(xué)的評價和自我反思，對自己的學(xué)習(xí)有更清醒的認(rèn)識，這不僅對當(dāng)前學(xué)習(xí)有助益，對學(xué)生形成終身學(xué)習(xí)能力也十分重要。

6 單元教學(xué)設(shè)計反思

“圓周運動”單元以概念和模型構(gòu)建為起點，以運動與相互作用觀為核心，通過情境問題創(chuàng)設(shè)和實驗探究，發(fā)展學(xué)生物理觀念與科學(xué)思維。針對概念教學(xué)，密切聯(lián)系實際，以真實情境為載體，幫助學(xué)生理解概念的意義、內(nèi)涵、外延、關(guān)聯(lián)和發(fā)展。針對探究實驗，讓學(xué)生經(jīng)歷定性感受形成猜想，半定量演示激發(fā)興趣，定量探究挖掘規(guī)律的研究過程，促進(jìn)科學(xué)思維的形成。針對運動與相互作用觀念，重在模型構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生利用物理觀念解釋自然現(xiàn)象，發(fā)展學(xué)生解決問題的大思路。