呂林果 劉仕飛 王騁

摘? ?要：基于在國(guó)內(nèi)外享有聲譽(yù)的馬扎諾教育目標(biāo)分類學(xué)，以“牛頓第一定律”為例編制馬扎諾學(xué)習(xí)目標(biāo)并構(gòu)建教學(xué)設(shè)計(jì)。在教學(xué)過程中充分挖掘相對(duì)完整的全過程、全景式物理學(xué)史，以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)建構(gòu)橫縱全方位的物理圖式，達(dá)到高等級(jí)學(xué)習(xí)目標(biāo)，提升物理核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)目標(biāo);物理學(xué)史;核心素養(yǎng);牛頓第一定律

教學(xué)要有確定的目標(biāo)，學(xué)習(xí)目標(biāo)可明晰課程標(biāo)準(zhǔn)、提供教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，指導(dǎo)教師和學(xué)生的行為。馬扎諾教育目標(biāo)分類學(xué)根據(jù)心理學(xué)最新研究進(jìn)展，建構(gòu)知識(shí)與思維兩個(gè)維度的學(xué)習(xí)框架體系，是21世紀(jì)以來較為前沿的教育目標(biāo)分類法成果?；隈R扎諾教育目標(biāo)分類學(xué)編制的學(xué)習(xí)目標(biāo)可以明確從基礎(chǔ)目標(biāo)到標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)再到復(fù)雜認(rèn)知目標(biāo)清晰而全面的過程。馬扎諾表現(xiàn)量規(guī)[ 1 ]如表1所示。

以“牛頓第一定律”為例構(gòu)建基于馬扎諾教育目標(biāo)分類學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

1 教學(xué)分析

1.1? 教材分析

牛頓運(yùn)動(dòng)定律闡明了力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，是動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀至關(guān)重要。牛頓第一定律的發(fā)展過程蘊(yùn)含有豐富的物理學(xué)史，其所包含的科學(xué)探究過程、科學(xué)思維方法以及人文精神對(duì)提升學(xué)生的核心素養(yǎng)有重大作用。根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》，對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容要求是：理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律，能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生產(chǎn)生活中有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題[ 2 ]。

1.2? 結(jié)合課標(biāo)編制基于馬扎諾教育目標(biāo)分類學(xué)的學(xué)習(xí)目標(biāo)

針對(duì)物理核心素養(yǎng)的四個(gè)方面，編制學(xué)習(xí)目標(biāo)如表2所示。

2? 教學(xué)過程

2.1? 亞里士多德的觀點(diǎn)

溫故激疑：我們第二章學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)學(xué)，第三章學(xué)習(xí)了力學(xué)。那么請(qǐng)同學(xué)們思考以下問題：若給定了某物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，該物體為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它受到了那些力的作用呢？反過來，若物體受到了某些力的作用，這些力對(duì)它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又有怎樣的影響呢？即力與運(yùn)動(dòng)之間存在怎樣的關(guān)系呢？

對(duì)于這個(gè)關(guān)系探討要追溯到古希臘時(shí)期的亞里士多德，他通過觀察日常生活比如馬拉車等情境，提出了自己的觀點(diǎn)。同學(xué)們也可利用身邊物體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：推拉日常身邊物體（粉筆盒、課本、書包、文具袋、學(xué)生桌椅）

憑日常生活經(jīng)驗(yàn)，直觀現(xiàn)象上，得出觀點(diǎn)：要使一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)，必須推或拉它。

教師講解亞里士多德所處的時(shí)代背景：亞里士多德是希臘三哲之一，而古希臘是奴隸制國(guó)家。在奴隸主們看來，只有“仰望星空”這類事情才是最高貴的，而從事體力勞動(dòng)是卑賤的[ 3 ]。所以他同當(dāng)時(shí)大部分思想家們一樣只是通過觀察日常生活情境，簡(jiǎn)單思考得出結(jié)論，而非動(dòng)手實(shí)驗(yàn)去探究科學(xué)。根據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)，他區(qū)分了兩種運(yùn)動(dòng)：“自然運(yùn)動(dòng)”和“反自然運(yùn)動(dòng)”，比如石塊下降、蒸汽上升等，各個(gè)物體都有其自然。而對(duì)于“反自然的運(yùn)動(dòng)”的原因，他認(rèn)為是存在推動(dòng)者對(duì)其施加了力的作用。

教師引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)亞里士多德的研究方法：對(duì)自然界直觀觀察→簡(jiǎn)單思考→得出結(jié)論。并請(qǐng)同學(xué)們思考亞里士多德的結(jié)論是否正確，嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并提出自己的觀點(diǎn)。

教師演示平面小車實(shí)驗(yàn)：

對(duì)比以上實(shí)驗(yàn)：無(wú)軌道時(shí)如圖1所示，推車時(shí)車才會(huì)運(yùn)動(dòng);有軌道時(shí)如圖2所示，給車一個(gè)初速度之后，雖未再施加推力但小車還會(huì)維持運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間。教師請(qǐng)學(xué)生們根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象重新思考力是否是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，并拋出疑問：其他科學(xué)家先輩們是如何探索力與運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系的呢？激發(fā)學(xué)生求知欲。

過渡環(huán)節(jié)：

教師通過歷史講解過渡到伽利略：亞里士多德之后，隨著基督教的慢慢傳播，其影響力擴(kuò)大，從基督教神學(xué)看來，上帝創(chuàng)造了自然，并同時(shí)也為自然設(shè)定了特定的規(guī)律，而人們需要通過科學(xué)探尋自然規(guī)律。在當(dāng)時(shí)所有職業(yè)中，人們認(rèn)為只有科學(xué)研究最有可能養(yǎng)成宗教美德，是最能榮耀上帝的天職[ 4 ]。這就促使許多學(xué)者探尋自然規(guī)律提出自己的見解。對(duì)于亞里士多德的錯(cuò)誤判斷，發(fā)現(xiàn)有力線索并運(yùn)用科學(xué)方法揭示本質(zhì)的神探是伽利略。那么伽利略是如何一步步偵破的呢？他發(fā)現(xiàn)了什么線索又通過什么有力證據(jù)來破案的呢？

2.2? 伽利略的探究

伽利略（1564年-1642年）觀察到：當(dāng)球沿斜面向下運(yùn)動(dòng)時(shí)速度增大，沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)速度減小。由此猜想：當(dāng)球沿水平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的速度應(yīng)該不增不減。

教師演示實(shí)驗(yàn)：

a. 小球沿軌道向下運(yùn)動(dòng)時(shí)速度增加。

b. 小球沿軌道向上運(yùn)動(dòng)時(shí)速度減少。

c. 有初速度的小球沿水平軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)逐漸停止。

教師讓同學(xué)們思考水平軌道上一定初速度的小球?yàn)槭裁磿?huì)逐漸停止，為什么與伽利略的猜想不一致呢？同時(shí)提出伽利略的看法：這是摩擦力導(dǎo)致的結(jié)果。若水平面光滑，球沒有受到摩擦力的作用，它將一直運(yùn)動(dòng)下去。伽利略在其著作《兩門新科學(xué)》中用圖3進(jìn)行解釋，假設(shè)斜面光滑，若小球從A點(diǎn)沿AB落下，則小球會(huì)以在B點(diǎn)獲得的速度沿BC到達(dá)初始高度的C點(diǎn);若減小BC傾角至BD，小球會(huì)同樣到達(dá)初始高度D點(diǎn)，只是滾得越遠(yuǎn)和所用時(shí)間不同而已;假設(shè)把斜面放平，若斜面無(wú)限長(zhǎng)，小球?qū)?huì)永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。

教師展現(xiàn)伽利略實(shí)驗(yàn)：由于各學(xué)校條件各異，教師可選擇最優(yōu)方案展現(xiàn)。

方案一：運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材。

教師可以利用諸如朗威DISLab系統(tǒng)，運(yùn)用伽利略實(shí)驗(yàn)相應(yīng)器材和軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

方案二：運(yùn)用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材。

方案三：運(yùn)用網(wǎng)上視頻資源。

過渡環(huán)節(jié)：

教師引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)伽利略把實(shí)驗(yàn)與邏輯推演相結(jié)合的科學(xué)探究方法：觀察現(xiàn)象提出問題→猜想假設(shè)→邏輯推演→實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)→形成理論。使學(xué)生明白科學(xué)知識(shí)是以實(shí)證作為基礎(chǔ)的。接下來說明伽利略在概念上存在問題，他認(rèn)為直線運(yùn)動(dòng)只限于水平面上的運(yùn)動(dòng)，并且認(rèn)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也屬于物體的固有屬性。伽利略的欠缺得到了笛卡兒的修正。

2.3? 笛卡兒的貢獻(xiàn)

笛卡兒（1596年-1650年）在《哲學(xué)原理》中指出，除非物體受到外因的作用，物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。笛卡兒從簡(jiǎn)單性出發(fā)，認(rèn)為不受外力保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體永遠(yuǎn)不會(huì)使自己趨向曲線運(yùn)動(dòng)，而只是保持在直線上運(yùn)動(dòng)。但他完全是從哲學(xué)角度思考的，他認(rèn)為是上帝在創(chuàng)造物質(zhì)之初就賦予其運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)，除非它們受到外部原因的影響[ 5 ]。

過渡環(huán)節(jié)：

雖然笛卡兒提出的定律正確，但其思想帶有神學(xué)色彩，缺乏科學(xué)性。真正科學(xué)表達(dá)該定律的是牛頓。

2.4? 牛頓的集大成

經(jīng)過亞里士多德的萌芽時(shí)期，伽利略、笛卡兒的發(fā)展，牛頓（1643年-1727年）集大成在《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》中正式科學(xué)地提出了牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。

教師講解牛頓第一定律所包含的兩方面內(nèi)容：前半句闡述慣性的內(nèi)涵，后半句闡述力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。講解慣性時(shí)包含有定義、物理意義和影響因素三方面。講解力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因后，可擴(kuò)展到力是改變物體速度的原因，并列舉實(shí)例進(jìn)行說明（只改變速度大小時(shí);只改變速度方向時(shí);速度大小、方向均改變時(shí)），加深學(xué)生理解;根據(jù)速度與加速度的關(guān)系又可擴(kuò)展到力是改變加速度的原因，為牛頓第二定律的學(xué)習(xí)作鋪墊。

2.5? 小結(jié)

教師總結(jié)牛頓第一定律的歷史發(fā)展過程，從亞里士多德的自然哲學(xué)到牛頓的經(jīng)典力學(xué)，使學(xué)生明白任何事物的發(fā)展都是前進(jìn)性與曲折性相統(tǒng)一的過程。另外對(duì)比亞里士多德和伽利略的研究方法，強(qiáng)調(diào)伽利略科學(xué)探究方法的重要地位，愛因斯坦贊揚(yáng)其探究方法標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端，啟發(fā)學(xué)生要發(fā)揚(yáng)其不懼權(quán)威、敢于質(zhì)疑批判創(chuàng)新的品格。教師也要強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)辯證的看待歷史人物，要全面具體地分析，提高學(xué)術(shù)修養(yǎng)，亞里士多德所處的時(shí)代生產(chǎn)水平低并缺乏探索經(jīng)驗(yàn)，但他依舊善于觀察自然現(xiàn)象，思考分析，其作用是不可磨滅的，對(duì)科學(xué)發(fā)展有重要影響。

3? 總結(jié)與反思

基于馬扎諾教育目標(biāo)分類學(xué)構(gòu)建的連續(xù)而完整的學(xué)習(xí)目標(biāo)體系，可促使教師優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)學(xué)生所達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)控教學(xué)安排，反思改善教學(xué)實(shí)踐;可促使學(xué)生結(jié)合馬扎諾表現(xiàn)量規(guī)明晰自身所達(dá)到的水平，指引學(xué)習(xí)方向。歷史是人類文明的記錄，相對(duì)完整的全過程、全景式物理學(xué)史，可以使學(xué)生身處物理科學(xué)大廈建造過程中，建構(gòu)橫縱全方位的物理知識(shí)圖式，發(fā)展高階思維，提升核心素養(yǎng)。本文基于馬扎諾教育目標(biāo)分類學(xué)構(gòu)建的“牛頓第一定律”教學(xué)設(shè)計(jì)，充分挖掘物理學(xué)史，以期對(duì)物理教師在教學(xué)中有參考與借鑒作用，共同為提高學(xué)生核心素養(yǎng)而奮斗。

參考文獻(xiàn)：

[1] 卡拉·摩爾，莉比·H.加斯特，羅伯特·J 馬扎諾.編制與使用學(xué)習(xí)目標(biāo)和表現(xiàn)量規(guī)：教師如何作出最佳教學(xué)決策[M].管頤譯，鄭州：大象出版社，2018：19.

[2] 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2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：13.

[3] 郭桂周，于海波.“牛頓第一定律”物理學(xué)史辨——兼論宗教對(duì)近代科學(xué)起源的推動(dòng)作用[J].物理教師，2012，33（11）：53-54.

[4] 陳運(yùn)保，趙亮.牛頓第一定律的發(fā)展歷史及其教育價(jià)值[J].物理教師，2016，37（7）：32-35.

[5] 郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：12.