汪建軍

（浙江省開化中學(xué)，浙江 衢州 324300）

基于2017年版《普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)》編寫的新教材已在普通高中內(nèi)全面使用，新教材要求教師通過實驗引導(dǎo)學(xué)生思維，培養(yǎng)關(guān)鍵素養(yǎng)[1-2]。新教材中物理實驗教學(xué)的設(shè)置思路非常清晰，物理實驗的地位得到了顯著的提升，然而，在將新教材實驗部分的設(shè)計思想和教學(xué)要求落實到常態(tài)化物理實驗教學(xué)實踐過程中，往往缺乏前問題分析和對教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的分步分層解析，從而導(dǎo)致實驗教學(xué)表面化、斷層化?；趯W(xué)習(xí)進(jìn)階理論分析物理實驗教學(xué)，將實驗教學(xué)和學(xué)習(xí)變成一個有機的整體，有利于提高學(xué)生科學(xué)探究能力的達(dá)成，促進(jìn)核心素養(yǎng)的提升。

本文從學(xué)習(xí)進(jìn)階的角度分析了新教材“實驗：探究平拋運動的特點”教學(xué)理念和策略，改進(jìn)了平拋運動實驗教學(xué)，給出了具體教學(xué)實踐過程，為應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階指導(dǎo)新教材實驗教學(xué)做了一些有效的嘗試。

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論簡介

美國國家教育委員會（National Research Council）對學(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)行了如下的總結(jié)和定位：學(xué)習(xí)進(jìn)階描述的是學(xué)生在一定時間跨度內(nèi)，對于某一主題、依次進(jìn)階、逐漸熟練和深化的思維方式，這些思維方式能在主題學(xué)習(xí)和探究過程中得到連續(xù)發(fā)展[3]。學(xué)習(xí)進(jìn)階理論將學(xué)生頭腦中原有零散碎片化的知識圍繞核心素養(yǎng)進(jìn)行整合和進(jìn)階，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，形成完整的物理觀念，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑。用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論統(tǒng)領(lǐng)物理課程的教學(xué)，將物理課程的學(xué)習(xí)變成一個有機的整體，有利于學(xué)生知識體系的建構(gòu)、物理觀念的形成和物理核心素養(yǎng)的提高。

2 新教材“實驗：探究平拋運動的特點”進(jìn)階課堂教學(xué)實踐

人教版高中物理新教材必修第二冊的“實驗：探究平拋運動”一節(jié)相較于老教材的位置做了調(diào)整，置于“拋體運動規(guī)律”之前，“運動的合成和分解”之后，更加符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，也凸顯了實驗教學(xué)地位，本節(jié)課知識跨度較大，在教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的過程中，需要教師對課堂教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行循序漸進(jìn)式的精心設(shè)計，需要教師引導(dǎo)學(xué)生對實驗方案進(jìn)行分解細(xì)化和合理優(yōu)化。

2.1 統(tǒng)一進(jìn)階起點

學(xué)生的整體水平不盡相同，教學(xué)開始階段需要通過實例，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)回顧已學(xué)知識，從而統(tǒng)一進(jìn)階起點。

觀看鉛球、標(biāo)槍、投籃、飛鏢投射等視頻并提問：“若忽略空氣阻力，以上這些運動有什么特點？請從受力和運動角度回答。”

學(xué)生分組討論并總結(jié)：這些運動都是曲線運動，在運動過程中只受重力作用。

2.2 進(jìn)階節(jié)點教學(xué)過程

節(jié)點1：情境體驗，初識平拋運動模型。

圖1 套圈游戲

教師展示套圈游戲，全班學(xué)生分成四組，每組小組長進(jìn)行比賽，在規(guī)定時間內(nèi)誰套住的錐桶多誰獲勝。其他學(xué)生在下面觀賽并體會套圈運動的特點。

構(gòu)建套圈游戲情景，學(xué)生參與其中，體會拋體運動的初速度和受力特點。通過對比分析，建立科學(xué)模型——平拋運動，并通過怎么套的準(zhǔn)的問題為后面做好引入和鋪墊。

節(jié)點2：演示實驗，認(rèn)識平拋運動軌跡。

圖2 水柱實驗

高一學(xué)生仍然處在思維從直觀型向邏輯抽象型過渡的階段，學(xué)習(xí)過程中還需要直觀的材料的展示和支持。平拋運動的研究對象是物體，同時更是物體運動的過程或者說運動的軌跡，故有必要在進(jìn)入平拋運動規(guī)律的學(xué)習(xí)之前設(shè)立臺階，使學(xué)生直觀認(rèn)識平拋運動的運動軌跡。

這里通過三種途徑依次遞進(jìn)，清晰展示平拋運動軌跡。

演示實驗（1）：利用手機攝像慢動作甚至是超慢動作功能拍攝平拋運動過程并在多媒體端回放，學(xué)生觀察猜想平拋運動軌跡形狀，展開討論。

演示實驗（2）：利用細(xì)水柱實驗?zāi)M平拋運動，通過水柱形狀展示平拋運動軌跡，引發(fā)猜想。

演示實驗（3）：通過DISlab二維運動傳感器采集平拋運動過程物體的軌跡坐標(biāo)，并將軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次函數(shù)圖像擬合，直觀展示平拋運動的軌跡是一條拋物線。

通過三組實驗讓學(xué)生在依次通過討論、猜想、驗證三個階梯，遞進(jìn)建立研究問題的一般過程，清晰認(rèn)識平拋運動的軌跡。

節(jié)點3：傳統(tǒng)實驗，分析平拋運動特點。

圖3 DISlab數(shù)據(jù)擬合軌跡圖

教師通過設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行平拋運動規(guī)律的理論分析，并和學(xué)生一同討論實驗方法，建立平拋運動水平方向和豎直方向運動特點的進(jìn)階學(xué)習(xí)。

教師設(shè)問：

（1）平拋運動的受力和初速度方向之間有什么關(guān)系？

（2）我們應(yīng)該如何對平拋運動進(jìn)行分解？

（3）平拋運動水平方向受力嗎？應(yīng)該做什么運動？

（4）平拋運動豎直方向有初速度嗎？應(yīng)該做什么運動？

（5）如何驗證我們的分析是否正確？

教師引導(dǎo)學(xué)生思考，驗證豎直方向和水平方向的運動可分別構(gòu)造對比實驗，通過對比水平方向和豎直方向上平拋運動與以其初速度為運動速度的勻速直線運動和自由落體運動是否同步運動來驗證理論分析。

學(xué)生分組討論，設(shè)計驗證實驗，畫出實驗設(shè)計草圖并交流，教師總結(jié)學(xué)生實驗設(shè)計，并找出閃光點和共同點。最后給出成熟實驗方案：運動獨立性實驗器和平拋豎落儀，并請學(xué)生完成實驗，觀察豎直方向和水平方向小球運動的同步性，從而驗證理論分析。

節(jié)點4：數(shù)字實驗，精析平拋運動數(shù)據(jù)。

圖4 運動獨立性試驗器和平拋豎落儀

運動獨立性實驗器和平拋豎落儀展示出運動的終點處，兩小球相撞或落地時間相等，實際是一種間接證明平拋運動水平和豎直兩方向上特點的方法。通過數(shù)字實驗得出運動數(shù)據(jù)，對其直接進(jìn)行分析實驗，讓學(xué)生對平拋運動的規(guī)律有直觀的認(rèn)識并學(xué)會定量處理實驗數(shù)據(jù)的方法。

教師設(shè)問：搞清楚平拋運動兩個方向的運動的關(guān)鍵是求得哪個物理量？

學(xué)生經(jīng)過討論之后，認(rèn)為決定運動的關(guān)鍵物理量為加速度。

教師布置任務(wù)，如何根據(jù)軌跡數(shù)據(jù)計算水平和豎直兩個方向上的加速度。提示學(xué)生類比分析打點計時器紙帶求加速度問題。學(xué)生采用小組合作的方式進(jìn)行分析計算，得出結(jié)果。

教師展示利用計算機分析DISlab的二維運動傳感器采集的平拋運動數(shù)據(jù)，得出水平方向上的加速度為0，做勻速直線運動；豎直方向上的加速度約為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，做自由落體運動。與學(xué)生得出的結(jié)果進(jìn)行比較，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。

節(jié)點5：遷移應(yīng)用，掌握平拋運動規(guī)律。

學(xué)生利用已學(xué)平拋運動知識解決開課活動：套圈游戲為背景的問題。呼應(yīng)引課內(nèi)容，鞏固平拋運動知識，促進(jìn)學(xué)生掌握平拋運動規(guī)律，達(dá)到進(jìn)階目標(biāo)。

例題：“套圈圈”是許多人喜愛的種游戲，如圖6，小孩和大人在同一豎直線上的不同高度先后水平拋出小圓環(huán)，且小圓環(huán)都恰好套中同一個物體。若圓環(huán)的運動視為平拋運動，請分析兩人拋出的圓環(huán)運動時間的長短，兩人拋出的圓環(huán)出手速度的大小。

圖5 DISlab數(shù)字化平拋運動實驗

圖6 例題圖

3 學(xué)習(xí)進(jìn)階指導(dǎo)實驗教學(xué)思考

學(xué)習(xí)進(jìn)階理論充分關(guān)注進(jìn)階起點，要求教師準(zhǔn)確把握進(jìn)階起點。實驗教學(xué)進(jìn)階起點的把握除了考慮學(xué)生已有學(xué)科知識，同時還關(guān)注學(xué)生已有實驗?zāi)芰?，包括已完成相關(guān)實驗、已學(xué)會相關(guān)實驗測量方法、已了解相關(guān)實驗器材操作、已具備實驗設(shè)計能力和已具有的實驗探究經(jīng)驗等，統(tǒng)一進(jìn)階起點才能設(shè)置合理的進(jìn)階路徑。

實驗教學(xué)進(jìn)階節(jié)點的目標(biāo)達(dá)成十分考驗教師能力、知識特點、學(xué)生基礎(chǔ)和實驗條件。在實驗教學(xué)中應(yīng)充分重視實驗途徑的多樣化、實驗難度的遞進(jìn)化，要求教師發(fā)揮自制實驗教具的能力，在已有實驗條件不足時，開發(fā)適合實驗節(jié)點目標(biāo)達(dá)成的創(chuàng)新實驗。

在實驗教學(xué)過程中應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論規(guī)劃教學(xué)過程，依據(jù)新教材、新課標(biāo)和核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，分解教學(xué)目標(biāo)，設(shè)置進(jìn)階節(jié)點，根據(jù)每一節(jié)點設(shè)置合適的進(jìn)階實驗。通過依次達(dá)成節(jié)點目標(biāo)的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)模式有效降低了學(xué)生對實驗原理和實驗?zāi)康牡睦斫怆y度，通過多個進(jìn)階節(jié)點實驗的完成深度體會了實驗在物理學(xué)習(xí)和研究中的作用，有效訓(xùn)練了學(xué)生科學(xué)探究的能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。