王小明 田成良 李春雷

摘 要：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力是高中物理課程的重要目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)單元統(tǒng)攝下的真實(shí)情境問題，學(xué)生在解決真實(shí)情境問題的過程中經(jīng)歷模型構(gòu)建、分析和推理，同時(shí)針對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，可以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力.

關(guān)鍵詞：大單元;情境問題;科學(xué)思維

中圖分類號(hào)：G633.7 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ? ? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）15-0022-04

基金項(xiàng)目：北京市教育委員會(huì)科技計(jì)劃一般項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：KM201810028022）;首都師范大學(xué)2021年本科教學(xué)建設(shè)與改革項(xiàng)目-初等教育學(xué)院;首都師范大學(xué)研究生教育項(xiàng)目.

作者簡(jiǎn)介：王小明（1979-），女，內(nèi)蒙古通遼人，碩士，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué);

田成良（1974-），男，山東泗水人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，中學(xué)特級(jí)教師，碩士生導(dǎo)師，物理教研員，研究方向：物理過程教學(xué)、物理科學(xué)方法教育、課堂教學(xué)藝術(shù);

李春雷（1979-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，博士，副教授，研究方向：科學(xué)教育.

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出“學(xué)科內(nèi)容要重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)”，這里要求學(xué)生學(xué)習(xí)以大概念為核心即在單元統(tǒng)攝下，解決真實(shí)情境下的真實(shí)問題，學(xué)生在此過程中，分析真實(shí)情境下的真實(shí)問題，經(jīng)歷物理模型的構(gòu)建，在構(gòu)建模型基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和推理，進(jìn)而解決問題，同時(shí)還需要對(duì)分析的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)分析，在這樣的過程中提升學(xué)生的科學(xué)思維能力.如何在大單元統(tǒng)攝下設(shè)置真實(shí)情境問題提升學(xué)生科學(xué)思維能力？本文以人教版必修二“拋體運(yùn)動(dòng)”單元為例，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，介紹教師如何創(chuàng)設(shè)單元情境問題促使學(xué)生在大單元統(tǒng)攝下的真實(shí)情境下解決問題從而提升科學(xué)思維能力的過程.

1 拋體運(yùn)動(dòng)單元規(guī)劃

1.1 教材分析

“拋體運(yùn)動(dòng)”這一章內(nèi)容是運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)在曲線運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，是學(xué)生所學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)的進(jìn)一步拓展和延伸，通過對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式從簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)到相對(duì)復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)以及物體做曲線運(yùn)動(dòng)原因的分析，逐步深化運(yùn)動(dòng)和相互作用觀念.本章內(nèi)容有模型的建立及分析推理過程，也有通過實(shí)驗(yàn)獲取平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的探究過程.通過這些內(nèi)容可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng).在本單元的學(xué)習(xí)過程中，要突出物理概念、規(guī)律的得出過程，用豐富的實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生在事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，逐步經(jīng)歷抽象、概括、推理的思維過程.同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷先定性、后定量的一般認(rèn)識(shí)過程，也要關(guān)注科學(xué)思維方法的育人價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生逐步體會(huì)極限思想和等效思想.

1.2 單元目標(biāo)和重難點(diǎn)分析

本單元的目標(biāo)如下：

（1）通過實(shí)驗(yàn)，了解曲線運(yùn)動(dòng)，知道物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件;

（2）通過實(shí)驗(yàn)，探究并認(rèn)識(shí)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律;

（3）會(huì)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法分析平拋運(yùn)動(dòng)，體會(huì)將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的物理思想，能分析生產(chǎn)生活中的拋體運(yùn)動(dòng).

本單元的教學(xué)重難點(diǎn)是做曲線運(yùn)動(dòng)條件的掌握，體會(huì)極限的思想研究做曲線運(yùn)動(dòng)物體的速度方向，通過情境分析，建立模型，通過理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合，形成對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成與分解的認(rèn)識(shí);實(shí)驗(yàn)分析中會(huì)記錄做曲線運(yùn)動(dòng)物體位置隨時(shí)間變化的信息，通過分析數(shù)據(jù)，得出規(guī)律;理論探究中矢量運(yùn)算，先分解后合成，體會(huì)研究復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的思想方法從而發(fā)展科學(xué)思維.

2 拋體運(yùn)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)圖及情境任務(wù)

首先，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)指向單元目標(biāo)的真實(shí)情境，在這樣的情境中設(shè)置統(tǒng)攝單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的真實(shí)情境問題，學(xué)生在解決真實(shí)情境問題的過程中經(jīng)歷模型構(gòu)建、科學(xué)推理和論證等過程，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力.拋體運(yùn)動(dòng)單元的各部分內(nèi)容之間是循序漸進(jìn)的邏輯關(guān)系，并且滲透了物理學(xué)的研究方法，本單元各節(jié)之間的邏輯關(guān)系如圖1所示.

根據(jù)本單元的核心知識(shí)，確定了單元情境任務(wù)和課時(shí)情境任務(wù)（見表1）.

3 單元視角下真實(shí)情境問題引領(lǐng)的教學(xué)實(shí)施促思維提升

在“拋體運(yùn)動(dòng)”單元中，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)高中學(xué)生對(duì)籃球運(yùn)動(dòng)都非常熟悉并且感興趣，也是體育課上的必修內(nèi)容，因此創(chuàng)設(shè)了這樣的大情境問題“如何提高籃球的命中率？”這個(gè)情境問題引出了本單元的學(xué)習(xí)內(nèi)容，同時(shí)也指向了本單元的問題核心.這樣的大情境問題既符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)對(duì)于學(xué)生而言，這個(gè)大情境問題也有一定的挑戰(zhàn)性.

3.1 情境任務(wù)一：如何描述籃球的運(yùn)動(dòng)

活動(dòng)一：播放籃球比賽視頻，觀察視頻中籃球的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度方向分別是什么？

問題1：物體做直線運(yùn)動(dòng)，速度方向在軌跡所在的直線上;籃球做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度方向又是怎樣的呢？

問題2：怎樣確定籃球在不同位置的速度方向？

設(shè)計(jì)意圖：通過觀看籃球比賽視頻等曲線運(yùn)動(dòng)的物體實(shí)例，說明做曲線運(yùn)動(dòng)的物體的速度方向是時(shí)刻變化的.

問題3：實(shí)驗(yàn)上如何探究做曲線運(yùn)動(dòng)物體的速度方向？從不同出口處滾出的小球留下的軌跡得到什么規(guī)律？

設(shè)計(jì)意圖：用一個(gè)具有普遍意義的曲線軌道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，說明小球在脫離軌道后運(yùn)動(dòng)沿切線方向.

問題4：理論上如何分析曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向？

設(shè)計(jì)意圖：以上關(guān)于物體做曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向分析，通過情境問題—猜想—實(shí)驗(yàn)探究—理論探究—得出結(jié)論.這個(gè)過程重視物理結(jié)論形成過程的優(yōu)化，讓學(xué)生經(jīng)歷一遍科學(xué)知識(shí)的得出過程也是對(duì)學(xué)科科學(xué)素養(yǎng)提升的過程，更是科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的一部分，在這樣的過程中學(xué)生的科學(xué)思維能力得到提升.

問題5：拋出去的籃球?yàn)槭裁醋銮€運(yùn)動(dòng)？物體做曲線運(yùn)動(dòng)可能跟什么因素有關(guān)？用實(shí)驗(yàn)我們?cè)撊绾翁骄浚?/p>

設(shè)計(jì)意圖：分析做曲線運(yùn)動(dòng)的籃球的受力情況和初始條件，再經(jīng)過對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件，得出物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件.

學(xué)生觀看籃球比賽視頻，知道曲線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度方向，能運(yùn)用極限思想理解瞬時(shí)速度方向，并能在軌跡圖上標(biāo)出，知道物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件，能運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的分解與合成的方法分析曲線運(yùn)動(dòng).

3.2 情境任務(wù)二：如何分析籃球的運(yùn)動(dòng)

問題1：怎樣用位置和速度描述籃球所做的曲線運(yùn)動(dòng)？

問題2：怎樣用玻璃管中蠟塊的運(yùn)動(dòng)模擬兩個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng)？

設(shè)計(jì)意圖：研究直線運(yùn)動(dòng)我們建立了坐標(biāo)軸，現(xiàn)在研究一段視頻中籃球的運(yùn)動(dòng)（如圖2）和蠟塊的運(yùn)動(dòng)，選擇平面直角坐標(biāo)系，仿照力的合成與分解的方法可以將物體在平面上的運(yùn)動(dòng)分解為互相垂直的兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究.

通過運(yùn)動(dòng)的分解來研究復(fù)雜運(yùn)動(dòng)是高中物理中重要的思想方法，也是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過真實(shí)情境的體驗(yàn)、演示、理論分析，讓學(xué)生經(jīng)歷運(yùn)動(dòng)的合成與分解思想分析過程，通過對(duì)籃球運(yùn)動(dòng)的合成與分解，形成把復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的物理思想.

3.3 情境任務(wù)三：如何通過實(shí)驗(yàn)探究籃球的運(yùn)動(dòng)

問題1：平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是曲線，我們應(yīng)用什么方法來研究曲線運(yùn)動(dòng)？

問題2：平拋運(yùn)動(dòng)應(yīng)分解為哪兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)？為什么？

問題3：根據(jù)豎直方向上的受力和運(yùn)動(dòng)情況，你認(rèn)為平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的分運(yùn)動(dòng)應(yīng)是什么運(yùn)動(dòng)？

問題4：若要證明你的結(jié)論，你需要哪些器材？如何操作？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生閱讀教材，可以選用給出的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生可以參照教材給出的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究.在具體教學(xué)過程中，有的學(xué)生采用慢動(dòng)作拍攝籃球運(yùn)動(dòng)的視頻，然后進(jìn)行籃球運(yùn)動(dòng)的分析.在這樣的過程中，學(xué)生先猜想，然后確定實(shí)驗(yàn)方案和研究對(duì)象，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并分析推理，加深了對(duì)所學(xué)運(yùn)動(dòng)合成與分解方法的理解.在這樣的過程中，不僅提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，更是發(fā)展了學(xué)生科學(xué)思維的過程.

3.4 情境任務(wù)四：籃球的運(yùn)動(dòng)滿足什么規(guī)律

問題1：在籃球比賽中，你是否曾為沒有進(jìn)球感到惋惜，你覺得提高定點(diǎn)投籃命中率應(yīng)該考慮哪些因素？

問題2：從拋出的籃球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)算起，并以此為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向右及豎直向下為兩坐標(biāo)軸的正方向，你能寫出速度表達(dá)式嗎？

問題3：籃球運(yùn)動(dòng)的軌跡方程是什么？如果初速度增大，軌跡形狀如何改變？如果初速度相同，在月球表面和地球表面投籃，有什么不同？

設(shè)計(jì)意圖：以投籃的軌跡為真實(shí)情境，分析拋體運(yùn)動(dòng)物體的受力特點(diǎn)，理解籃球做拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，認(rèn)識(shí)平拋運(yùn)動(dòng)中等效替代的思想和“化繁為簡(jiǎn)”的思想，并能研究拋體運(yùn)動(dòng).在整個(gè)分析過程中，學(xué)生以籃球?yàn)檠芯繉?duì)象，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的分析和推理，得出結(jié)論后，又從物理學(xué)角度深入理解軌跡也是對(duì)研究結(jié)論的驗(yàn)證過程.

4 設(shè)計(jì)單元視角真實(shí)情境下的評(píng)價(jià)促進(jìn)思維提升

單元視角下的真實(shí)情境問題解決的過程，評(píng)價(jià)已經(jīng)嵌入其中，當(dāng)然每個(gè)課時(shí)任務(wù)結(jié)束我們也可以根據(jù)課時(shí)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行診斷，在“拋體運(yùn)動(dòng)”單元中，可以設(shè)置表2單元評(píng)價(jià)量表.學(xué)生在完成這樣的作業(yè)過程中，其實(shí)是根據(jù)所學(xué)的知識(shí)和方法，進(jìn)行新的情境下問題的解決，在這樣的過程中，學(xué)生既是對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固，也是再一次經(jīng)歷了模型構(gòu)建、分析推理的過程，這樣的過程不僅是對(duì)所學(xué)內(nèi)容的評(píng)價(jià)檢驗(yàn)，也是再一次拓展提升，當(dāng)然也是發(fā)展科學(xué)思維的過程.新教材給我們提供了很多優(yōu)質(zhì)素材，我們?cè)诮虒W(xué)過程中要教會(huì)學(xué)生閱讀教材，發(fā)揮教材中例題和習(xí)題的作用.當(dāng)然，在單元學(xué)習(xí)完成后一定要回到我們最初設(shè)置的大情境，針對(duì)這個(gè)大情境可以讓學(xué)生提出一些新的問題，再次引導(dǎo)學(xué)生思考解決.

5 結(jié)束語

單元的大情境問題設(shè)計(jì)完成后，源于單元情境問題下的課時(shí)情境問題設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，能引發(fā)學(xué)生積極參與且深度思考的問題設(shè)計(jì)可以提升學(xué)生的思維能力.在“如何提高投籃命中率？”這樣的單元情境問題中，學(xué)生在這樣的情境問題學(xué)習(xí)的過程中建構(gòu)單元知識(shí)，感受知識(shí)間的聯(lián)系，為解決更復(fù)雜的問題奠定基礎(chǔ).這樣的層層遞進(jìn)的問題設(shè)計(jì)也促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考，點(diǎn)燃學(xué)生思維的火花.

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們要將課堂教學(xué)從“教師的教”轉(zhuǎn)向“學(xué)生的學(xué)”，在單元統(tǒng)攝下的情境問題教學(xué)過程中，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生學(xué)情，確定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上確定單元目標(biāo)相應(yīng)的真實(shí)情境，并提出物理問題，根據(jù)真實(shí)情境下的物理問題設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)和單元評(píng)價(jià)方案，最后根據(jù)課堂教學(xué)的實(shí)施情況再進(jìn)行改進(jìn).學(xué)生在真實(shí)情境中解決真實(shí)問題的學(xué)習(xí)過程一定是有效的，真實(shí)情境下問題解決的過程也會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過問題鏈的形式引導(dǎo)學(xué)生思考，整個(gè)過程對(duì)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維具有十分重要的意義.單元視角下的情境問題設(shè)計(jì)是以課程標(biāo)準(zhǔn)中要求掌握的知識(shí)為載體，讓學(xué)生在真實(shí)情境中經(jīng)歷問題解決的過程，在這樣的過程中，從實(shí)際問題到物理問題的構(gòu)建發(fā)展了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，充分體現(xiàn)物理學(xué)科的學(xué)科特點(diǎn)和育人價(jià)值.

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（收稿日期：2021-04-28）