羅明江　龍紅利

摘? ?要：新一輪課程改革背景下，全國(guó)推出多個(gè)版本的普通高中物理新教材，呈現(xiàn)“一標(biāo)多本”的普通高中物理課程實(shí)施現(xiàn)狀。依據(jù)新課標(biāo)編寫的多個(gè)版本教材，倡導(dǎo)將課堂教學(xué)由“知識(shí)本位”向“素養(yǎng)本位”轉(zhuǎn)變。以“功和功率”一節(jié)為例，通過對(duì)比多版本新教材，從素材、活動(dòng)、例題、作業(yè)四個(gè)方面嘗試教材的融合，利用任務(wù)線、情境線、問題線、活動(dòng)線四條教學(xué)線索將教學(xué)過程進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，探索了基于新教材落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：高中物理；新教材；核心素養(yǎng)；情境；功與功率

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）3-0023-4

2017年，對(duì)普通高中課程方案和學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)修訂的完成，標(biāo)志著新一輪課程改革進(jìn)入深度實(shí)施階段。依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”），全國(guó)推出人教版、教科版、滬科教版、魯科版、粵教版等多個(gè)版本的普通高中物理新教材，呈現(xiàn)“一標(biāo)多本”的普通高中物理課程實(shí)施現(xiàn)狀。不同版本的教材雖然“同宗同源”，但由于需服務(wù)于不同地區(qū)的教育和學(xué)生，具備了一定的地域特色，同時(shí)也展現(xiàn)了不同編者對(duì)課標(biāo)不同程度的理解。閱讀多版本教材內(nèi)容，有助于深刻理解課程標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)比多版本教材編寫，可以博采眾長(zhǎng)；研究多版本教材的編寫意圖，有助于最大程度地挖掘教材價(jià)值；融合多版本教材的教學(xué)設(shè)計(jì)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)由“知識(shí)本位”向“素養(yǎng)本位”轉(zhuǎn)變。

本文以“功與功率”一課為例展開研究。新課標(biāo)對(duì)本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容要求是：“理解功和功率。了解生產(chǎn)生活中常見機(jī)械的功率大小及意義?！保?］1? ? 對(duì)比教材，分解教學(xué)任務(wù)

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，各版本教材結(jié)構(gòu)差異不大，內(nèi)容區(qū)別主要集中在兩方面，一是情境素材的選取，二是教學(xué)活動(dòng)的設(shè)置，二者都體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)側(cè)重點(diǎn)的不同。

以人教版的教材結(jié)構(gòu)為主線，各版本教材在內(nèi)容呈現(xiàn)上的差異如圖1所示。

教學(xué)中要明確學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)生的過程，通過科學(xué)方法和科學(xué)思維的培養(yǎng)，形成培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效路徑。經(jīng)過對(duì)比，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)將本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容分解為五項(xiàng)教學(xué)任務(wù)，學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培育路徑如圖2所示。

2? ? 融合教材，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)

多版本教材的融合可以從四個(gè)方面著手開展，即融合素材、活動(dòng)、例題、作業(yè)。

第一，融合素材。素材包含拓展性的閱讀素材、建構(gòu)知識(shí)的情境素材、科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)素材等。融合素材要精選學(xué)生身邊常見的真實(shí)素材，體現(xiàn)“物理源于生活”，幫助學(xué)生找到最近發(fā)展區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生歸納演繹、推理建構(gòu)新知。

第二，融合活動(dòng)。活動(dòng)主要指學(xué)生活動(dòng)，即在教師引導(dǎo)下進(jìn)行的以學(xué)生為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)，包括交流討論、自主探究、展示分享等。融合活動(dòng)要以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，在活動(dòng)中促進(jìn)學(xué)生思考與交流，滿足學(xué)生的獲得感，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，提升學(xué)生的思維能力。

第三，融合例題。教材例題在創(chuàng)設(shè)的情境、求解的問題和解題的過程等方面都有不同，融合例題就是要從實(shí)際的學(xué)情和教學(xué)設(shè)計(jì)出發(fā)，精心設(shè)計(jì)能強(qiáng)化教學(xué)重難點(diǎn)、補(bǔ)充教學(xué)知識(shí)點(diǎn)、滲透思維方法的題目。

第四，融合作業(yè)。課后作業(yè)作為課堂教學(xué)的結(jié)果性評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)、反饋教學(xué)效果都非常重要，在“雙減”的大背景下，物理課后作業(yè)宜少不宜多，宜精不宜粗，教師設(shè)計(jì)的課后作業(yè)單還要兼顧不同層次的學(xué)生，題單要有梯度，要有一定的開放性。融合多版本教材的課后作業(yè)能夠有效滿足以上要求，還能提升教師作業(yè)的設(shè)計(jì)能力。

下面是“功和功率”一課的具體教學(xué)過程。

2.1? ? 引入：“功”的概念的建立

情境：課前閱讀“‘功的概念的由來”（來源：粵教版第83頁）［2］。

問題：“功”源于早期工業(yè)革命中比較蒸汽機(jī)的效能，1829年法國(guó)的科里奧利正式提出功的概念。功是能量轉(zhuǎn)化的量度，我們可以通過研究功來研究能量及能量的轉(zhuǎn)化。請(qǐng)同學(xué)們舉例說明生活中力做功的情況，力做功的因素有哪些？

活動(dòng)：學(xué)生討論，交流，回答。

設(shè)計(jì)意圖：回顧初中知識(shí)，知道力和位移是功的兩個(gè)因素。了解工業(yè)革命中蒸汽機(jī)的作用，體會(huì)科技發(fā)明對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要意義。了解功是能量轉(zhuǎn)化的量度，滲透“能量觀”。

2.2? ? 任務(wù)一：功的計(jì)算公式

情境：拖把擦地，斜拉木箱（來源：滬科教版第12頁）［3］。

問題：拉力與位移存在夾角時(shí)，如何計(jì)算拉力所做的功？請(qǐng)同學(xué)們嘗試1～2種方法進(jìn)行推導(dǎo)。

活動(dòng)：學(xué)生一般都能夠分解力完成推導(dǎo)；教師巡視，引導(dǎo)學(xué)生再討論分解位移。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)貼近生活的情境，建構(gòu)物理模型，鞏固平行四邊形定則，學(xué)生自主推導(dǎo)出W=Fscosα，通過分解力和分解位移兩種方法的體驗(yàn)，體會(huì)cosα的作用就是將力與位移統(tǒng)一到同一方向上來。

2.3? ? 任務(wù)二：正功和負(fù)功

活動(dòng)：學(xué)生討論力與位移的夾角α在α＝90°，0≤α＜90°，90°＜α≤180°三種情況下功的正負(fù)。

情境：實(shí)驗(yàn)情境，使用“氣墊式彈簧振子”裝置（來源：教科版第77頁）［4］。觀察并思考彈簧的彈力在哪些過程對(duì)滑塊做正功？

問題：彈力做正功時(shí)滑塊的速度怎么變化？做負(fù)功時(shí)滑塊的速度又怎么變化？你能從中得到什么啟示嗎？

設(shè)計(jì)意圖：通過小組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生探究彈力做功的正負(fù)與滑塊速度的增減之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，收獲成就感。

2.4? ? 任務(wù)三：總功及功的標(biāo)量性

例題：如圖3（來源：教科版第77頁）［4］。

活動(dòng)：學(xué)生獨(dú)立思考解答，教師利用展臺(tái)展示部分學(xué)生的解答過程。

問題：合力對(duì)小船所做的功和兩個(gè)拉力對(duì)小船所做的功的總和之間有什么關(guān)系嗎？

學(xué)生：相等。

問題：總功是物體所受各個(gè)力分別對(duì)物體所做功的代數(shù)和，它與合力所做的功相等。力是矢量，我們求兩個(gè)拉力的合力用的是矢量運(yùn)算法則——平行四邊形定則，那么大家覺得功是矢量還是標(biāo)量呢？為什么？

學(xué)生：（若有所思—驚喜—恍然大悟）功是標(biāo)量。因?yàn)楣Φ倪\(yùn)算遵循代數(shù)運(yùn)算。

設(shè)計(jì)意圖：通過例題的創(chuàng)設(shè)，提出“總功”的概念。“功是標(biāo)量”這一認(rèn)識(shí)，所有的教材上都是直接給出的，缺乏認(rèn)知的建構(gòu)過程，通過合力的計(jì)算和總功的計(jì)算，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比發(fā)現(xiàn)功是標(biāo)量這一屬性。

2.5? ? 任務(wù)四：平均功率和瞬時(shí)功率

情境：用不同的方式搬運(yùn)建材（來源：粵教版第85頁）［2］。

問題：搬運(yùn)同樣數(shù)量的磚到同一樓層，一圖需要2 h，二圖需要8 min，三圖需要1 min（圖略），三種方式做功相同嗎？做功的快慢相同嗎？如何定義做功的快慢？

學(xué)生：做功相同，做功的快慢不同。我們將功和時(shí)間的比值用來定義做功的快慢，即功率，表達(dá)式P=w/t。

活動(dòng)：1 kg的建材自由下落，分組計(jì)算在不同時(shí)間間隔內(nèi)重力的功率，結(jié)果如表1所示。

問題：通過各組匯總的計(jì)算結(jié)果，你有什么發(fā)現(xiàn)嗎？

學(xué)生：（開始有些回答不上，然后教師引導(dǎo)，鼓勵(lì)）不同時(shí)間間隔內(nèi)重力的功率不同；當(dāng)時(shí)間間隔逼近0時(shí)，即時(shí)刻逼近2 s時(shí)，重力的功率接近200 W。

問題：（教師給予肯定）一段時(shí)間內(nèi)的功率為平均功率，某一時(shí)刻的功率為瞬時(shí)功率，那么當(dāng)力與位移同向時(shí)，平均功率與平均速度是什么關(guān)系呢？請(qǐng)嘗試推導(dǎo)。

學(xué)生：P=Fv

問題：（教師給予肯定）那瞬時(shí)功率可以用以上表達(dá)式嗎？如果可以，那表達(dá)式中的速度是平均速度還是瞬時(shí)速度？

學(xué)生：可以。是瞬時(shí)速度。

設(shè)計(jì)意圖：類比“瞬時(shí)速度”概念的建構(gòu)方法，通過極限思想讓學(xué)生建構(gòu)“平均功率”和“瞬時(shí)功率”的概念，在此基礎(chǔ)上再引導(dǎo)學(xué)生由功的計(jì)算式推導(dǎo)出功率與力、速度的關(guān)系式，并對(duì)關(guān)系式的條件作必要的強(qiáng)調(diào)。

2.6? ? 任務(wù)五：功率與力、速度之間的關(guān)系

情境：①一些機(jī)械的功率（來源：魯科版第9頁）［5］。

②汽車上坡時(shí)要使用低速擋（來源：人教版第77頁）［6］。

問題：機(jī)械電機(jī)銘牌上標(biāo)注的功率是什么功率？該功率對(duì)應(yīng)的是哪個(gè)力？汽車在水平路面行駛時(shí)受到哪些力的作用？

活動(dòng)：學(xué)生閱讀教材，討論交流，展示結(jié)果，了解額定功率和對(duì)應(yīng)的牽引力。

問題：一列列車總質(zhì)量為465 t，其額定功率P=5 300 kW，在水平直軌道上行駛時(shí)，軌道對(duì)列車的阻力是車重的0.018。列車以額定功率工作，當(dāng)行駛速度v=10 m/s時(shí)，列車的牽引力和加速度多大？列車在水平直軌道上能達(dá)到的最大行駛速度是多大？g取10 m/s2（來源：魯科版第10頁）［5］。

活動(dòng)：學(xué)生獨(dú)立解答，教師展示部分學(xué)生的解答過程。引導(dǎo)學(xué)生繪出列車的速度-時(shí)間圖像。

問題：為什么汽車上坡或者行駛在路面較差的公路時(shí)，司機(jī)要通過“換擋”來減小車速呢？如果汽車上坡時(shí)仍要保持原來的速度，司機(jī)應(yīng)該怎么做？為什么要這樣做呢？車床在切削硬的工件時(shí)要降低車床的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，也是這個(gè)原因嗎？

活動(dòng)：獨(dú)立思考并回答，理清功率與力、速度之間的關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖：通過真實(shí)情境，培養(yǎng)學(xué)生利用牛頓第二定律和功率公式分析機(jī)車啟動(dòng)類問題，并對(duì)這類動(dòng)態(tài)問題中速度、力與加速度之間的關(guān)系有一個(gè)較清晰的認(rèn)識(shí)。

2.7? ? 課后作業(yè)

探究一：閱讀“功的圖像描述”（來源：魯科版第4頁）［5］，類比v-t圖像中位移的描述。

探究二：汽車在彎曲的公路上行駛，假設(shè)阻力大小恒為f，求當(dāng)運(yùn)動(dòng)路程為s時(shí)，阻力做的功是多少？

設(shè)計(jì)意圖：極限思想和微元法在人教版教材中多次體現(xiàn)，是高中物理重要的思想方法，高一的學(xué)生對(duì)它的體會(huì)與理解是一個(gè)逐步深入的過程。結(jié)合v-t圖像對(duì)物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行輔助分析也是高中物理解決問題的一個(gè)重要手段，需要加強(qiáng)學(xué)生的訓(xùn)練。

3? ? 聚焦素養(yǎng)，提煉教學(xué)流程

新課程理念重視學(xué)生核心素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，提倡教學(xué)方式的多樣化，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，為學(xué)生終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中體會(huì)到，指向新教材的教學(xué)設(shè)計(jì)首先應(yīng)聚焦核心素養(yǎng)，以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo)；然后將教學(xué)內(nèi)容具體化為一系列學(xué)習(xí)任務(wù)，通過“創(chuàng)設(shè)情境”“設(shè)置問題”“組織活動(dòng)”等流程來達(dá)成學(xué)習(xí)任務(wù)（教學(xué)流程如圖4所示）。情境的創(chuàng)設(shè)要貼近學(xué)生生活，建立學(xué)生對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)；問題的設(shè)置要能引導(dǎo)學(xué)生思考，通過質(zhì)疑、推理、論證等過程完成對(duì)物理概念和規(guī)律的建構(gòu)；活動(dòng)的組織要注重學(xué)生的體驗(yàn)和實(shí)踐，通過討論、交流、互動(dòng)等活動(dòng)最大程度地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與到課堂中來。

參考文獻(xiàn)：

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［2］熊建文.普通高中教科書物理必修第二冊(cè)［M］.廣州：廣東教育出版社，2019：79-89.

［3］束炳如，何潤(rùn)偉.普通高中教科書物理必修第二冊(cè)［M］.上海：上?？萍冀逃霭嫔?，2019：12-16.

［4］蔡鐵權(quán)，周昌鮮.普通高中教科書物理必修第二冊(cè)［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2019：74-83.

［5］廖伯琴.普通高中教科書物理必修第二冊(cè)［M］.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2019：3-11.

［6］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第二冊(cè)［M］.北京：人民教育出版社，2019：74-78.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）

收稿日期：2022-12-07

基金項(xiàng)目：重慶市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度立項(xiàng)一般課題“‘雙減背景下普通高中物理單元教學(xué)與作業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐研究”（K22YG119573）。

作者簡(jiǎn)介：羅明江（1980-），男，中學(xué)高級(jí)教師，主要從事中學(xué)物理教育教學(xué)工作。