董 川

(蘇州市吳中區(qū)甪直高級(jí)中學(xué) 江蘇 蘇州 215127)

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階概念界定

對(duì)于學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義,各國(guó)不同學(xué)者給出的定義也是不一樣的.本研究中對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的界定認(rèn)同National Research Council的定義,對(duì)于學(xué)習(xí)進(jìn)階的概念界定如下:學(xué)習(xí)進(jìn)階就是學(xué)生在學(xué)習(xí)某一部分知識(shí)或發(fā)展某一關(guān)鍵能力的過程中,對(duì)知識(shí)的理解日益深化,能力不斷得到提高,思維方式日益復(fù)雜,并且在這一過程中是呈階梯狀發(fā)展,這種發(fā)展即學(xué)習(xí)進(jìn)階[1].

1.1 學(xué)習(xí)進(jìn)階要素

學(xué)習(xí)進(jìn)階的要素包括進(jìn)階起點(diǎn)、進(jìn)階水平、進(jìn)階終點(diǎn)、進(jìn)階變量、測(cè)評(píng)工具.進(jìn)階起點(diǎn)指學(xué)生現(xiàn)實(shí)情況;進(jìn)階水平指學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)表現(xiàn);進(jìn)階終點(diǎn)主要是發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng);進(jìn)階變量指核心概念和關(guān)鍵能力;測(cè)評(píng)工具是針對(duì)進(jìn)階教學(xué)的評(píng)價(jià)試卷.進(jìn)階起點(diǎn)、進(jìn)階水平、進(jìn)階終點(diǎn),組成了學(xué)習(xí)進(jìn)階視域下高中物理規(guī)律教學(xué)的通路.

1.2 學(xué)習(xí)進(jìn)階的層級(jí)模型

北京師范大學(xué)郭玉英教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)基于對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的理解,建構(gòu)了科學(xué)概念理解的發(fā)展層級(jí)模型,包括“經(jīng)驗(yàn)、映射、關(guān)聯(lián)、系統(tǒng)、整合”5個(gè)發(fā)展水平,我們可以根據(jù)學(xué)生層級(jí)的發(fā)展水平,進(jìn)行物理課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)階路徑的設(shè)計(jì).

2 學(xué)習(xí)進(jìn)階視域下高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)

本文以人教版高中物理必修第1冊(cè)“摩擦力”為例,探索基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì).

2.1 以“教材分析”為進(jìn)階基礎(chǔ)

課標(biāo)是教材的指南[2],教材是對(duì)課標(biāo)的再組織和再創(chuàng)造,是課標(biāo)的具體化體現(xiàn),二者是“木本水源”的關(guān)系,教學(xué)分析就是課標(biāo)和教材的分析,分析順序遵循先課標(biāo)再教材的原則,這樣既能把握物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的方向,又能確定學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階的基礎(chǔ).

2.1.1 課標(biāo)分析

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)解讀》對(duì)內(nèi)容的解讀:摩擦力教學(xué)應(yīng)該和受力分析的需要相結(jié)合.把初中的定性實(shí)驗(yàn)“影響滑動(dòng)摩擦力的因素”上升為定量要求,能用公式F=μFN來計(jì)算滑動(dòng)摩擦力的大小,知道公式中μ和FN的概念.

2.1.2 教材分析

隨著學(xué)生認(rèn)知水平的提升,教材對(duì)摩擦力的表述也越來越科學(xué),滑動(dòng)摩擦力的學(xué)習(xí)也由定性分析到定量研究.“摩擦力”既是受力分析的基礎(chǔ),也是受力分析的難點(diǎn),更是處理物體的平衡和動(dòng)力學(xué)問題?？嫉闹R(shí)點(diǎn),是學(xué)好力學(xué)的基礎(chǔ).

2.2 以“學(xué)生實(shí)情”為進(jìn)階起點(diǎn)

學(xué)生實(shí)情是指學(xué)生現(xiàn)在所具有的知識(shí)基礎(chǔ)和思維能力.學(xué)生在初中學(xué)過關(guān)于摩擦力的知識(shí),在學(xué)習(xí)這節(jié)課時(shí)有了一定的知識(shí)儲(chǔ)備.高一學(xué)生的心理和生理趨于成熟,可以利用抽象的思維能力解決問題,對(duì)學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題也能進(jìn)行一定深度的反思,這些能力為本節(jié)課的學(xué)習(xí)做好了準(zhǔn)備.通過對(duì)學(xué)生實(shí)情的分析確定本節(jié)課的進(jìn)階起點(diǎn).

2.3 以“核心素養(yǎng)”為進(jìn)階終點(diǎn)

根據(jù)學(xué)生物理觀念和科學(xué)思維的形成規(guī)律,基于學(xué)生核心素養(yǎng)提升的要求,確定下面4個(gè)進(jìn)階終點(diǎn).

2.3.1 進(jìn)階終點(diǎn)1:形成物理觀念

通過對(duì)滑動(dòng)摩擦力、靜摩擦力和摩擦力大小的學(xué)習(xí),提高學(xué)生分析解釋、觀察記憶、概況論證、推論預(yù)測(cè)和綜合應(yīng)用的物理學(xué)科關(guān)鍵能力,形成物理觀念,解決實(shí)際問題.

2.3.2 進(jìn)階終點(diǎn)2:培養(yǎng)科學(xué)思維

在考查“摩擦力有無判斷”和“測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)方法”的具體問題情境中,通過對(duì)學(xué)生直覺聯(lián)想、遷移與質(zhì)疑能力的深入挖掘,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理、科學(xué)論證等科學(xué)思維.

2.3.3 進(jìn)階終點(diǎn)3:經(jīng)歷科學(xué)探究

學(xué)生采用小組合作學(xué)習(xí)方式,通過提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作等科學(xué)探究,總結(jié)出摩擦力方向與大小等結(jié)論.

2.3.4 進(jìn)階終點(diǎn)4:培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

在實(shí)際課堂教學(xué)過程中,教師要積極創(chuàng)設(shè)問題情境,激發(fā)學(xué)生好奇之心及質(zhì)疑精神,結(jié)合物理實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.由淺入深地探究靜摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)、物體速度方向的關(guān)系,使物理知識(shí) “從生活中來,到生活中去”.

2.4 以發(fā)展層級(jí)為進(jìn)階水平

從進(jìn)階起點(diǎn)到進(jìn)階終點(diǎn),要根據(jù)發(fā)展層級(jí)確定合適的進(jìn)階水平,在實(shí)際教學(xué)過程中,以學(xué)生的發(fā)展層級(jí)為依據(jù),根據(jù)學(xué)生的思維發(fā)展和知識(shí)增長(zhǎng)規(guī)律.筆者把教學(xué)內(nèi)容劃分為5個(gè)進(jìn)階水平.

2.4.1 水平1:區(qū)分滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力

教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合初中所學(xué)摩擦力的知識(shí),設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn):用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)小木塊使其從靜止到勻速直線運(yùn)動(dòng).學(xué)生邊觀察邊思考:整個(gè)過程有幾種摩擦力?大小又如何變化?

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)情境,引入新課,了解摩擦力,能與生活中的摩擦現(xiàn)象聯(lián)系起來,讓學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單的摩擦力問題進(jìn)行分析,獲得結(jié)論,形成物理觀念.

2.4.2 水平2:建立滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力的概念

教師指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),制定實(shí)驗(yàn)方案,將彈簧測(cè)力計(jì)用力傳感器代替,用電動(dòng)機(jī)代替手拉動(dòng)物塊,物塊從靜止到勻速直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程所受到的摩擦力大小可以通過力傳感器測(cè)量出來,如圖1所示.

圖1 力傳感器顯示的摩擦力的變化情況

教師引導(dǎo)學(xué)生思考并分析:圖像分為3個(gè)部分,傳感器未受拉力之前,圖像為一直線,物塊所受摩擦力為零,圖像中突然翹起部分反映的是物體所受靜摩擦從零逐漸增大的過程,圖像尖鋒表示物體受到的最大靜摩擦力,尖峰之后表示滑動(dòng)摩擦力,滑動(dòng)摩擦力圖像有小幅波動(dòng),這是因?yàn)槲矬w與桌面間接觸面粗糙程度不是完全相同,假如粗糙程度完全一樣,圖像將是一條水平直線,反映滑動(dòng)摩擦力大小不變;從圖像還不難得出,最大靜摩擦力比滑動(dòng)摩擦力要略微大一些.

設(shè)計(jì)意圖:引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和制定方案,使用數(shù)字化新手段測(cè)摩擦力,獲得數(shù)據(jù),并能結(jié)合體會(huì),分析實(shí)驗(yàn)圖像,總結(jié)得出滑動(dòng)摩擦力大小在壓力及接觸面固定的情況下,是一個(gè)定值,靜摩擦力大小存在一定的范圍.

2.4.3 水平3:掌握靜摩擦力產(chǎn)生的條件,并能對(duì)靜摩擦力的大小和方向進(jìn)行判斷

基于摩擦力的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),教師提問:靜摩擦力產(chǎn)生的條件是什么?引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)靜摩擦產(chǎn)生的條件,總結(jié)產(chǎn)生靜摩擦力的條件:(1)接觸面間存在彈力(接觸且互相擠壓);(2)接觸面不光滑;(3)物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).教師要讓學(xué)生明白,這3個(gè)條件缺一不可.物體處于欲動(dòng)而不動(dòng)的相對(duì)靜止的狀態(tài),有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì);物體所受靜摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向無關(guān),與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向總是相反;受靜摩擦力的物體可以是運(yùn)動(dòng)的也可以是靜止的.

教師提問:靜摩擦力大小的范圍是多少?

學(xué)生觀察圖像,思考、分析概括:靜摩擦力的大小在一定范圍內(nèi)變化,0≤Ff≤Ffmax,最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力.

設(shè)計(jì)意圖:用對(duì)比實(shí)驗(yàn)來顯示相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),幫助學(xué)生突破這一難點(diǎn),使學(xué)生基于證據(jù)得出結(jié)論,歸納理解產(chǎn)生靜摩擦力的條件以及靜摩擦力大小范圍.

2.4.4 水平4:能通過實(shí)驗(yàn)探究掌握滑動(dòng)摩擦力與壓力的正比例關(guān)系

在靜摩擦力條件的基礎(chǔ)上,學(xué)生不難得出產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力的條件,即:(1)接觸面間存在彈力(接觸且相互擠壓);(2)接觸面不光滑;(3)有相對(duì)運(yùn)動(dòng).

教師提問:滑動(dòng)摩擦力的方向能改成與運(yùn)動(dòng)方向相反嗎?

教師帶領(lǐng)學(xué)生們分析小朋友滑滑梯時(shí)滑動(dòng)摩擦力方向和其相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系.

教師繼續(xù)演示:桌子上放有一個(gè)長(zhǎng)木板,長(zhǎng)木板上放有一個(gè)滑塊,用紙條標(biāo)出它們未被拉動(dòng)時(shí)的位置(紙條與桌子上一標(biāo)志物對(duì)齊)(圖2),用力快速向右拉動(dòng)木板,發(fā)現(xiàn)物塊和木板相對(duì)于原來的位置都往右運(yùn)動(dòng)了一段距離,但是物塊相對(duì)于木板往后退了一點(diǎn),說明摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同,但是相對(duì)于木板的運(yùn)動(dòng)方向相反.

圖2 摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反

結(jié)合上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生們想一想滑動(dòng)摩擦力方向有什么特點(diǎn)?

學(xué)生總結(jié):我們平時(shí)所說的運(yùn)動(dòng)方向是以地面為參考系的,而在討論摩擦力的時(shí)候是以與它接觸的物體為參考系,物體相對(duì)于地面向右運(yùn)動(dòng),但是相對(duì)于木板是向左運(yùn)動(dòng)的.滑動(dòng)摩擦力的方向總是與接觸面相切,可以與運(yùn)動(dòng)方向夾任意角,但是摩擦力的方向與相對(duì)于施力物體的運(yùn)動(dòng)方向一定是相反的.

學(xué)生回憶初中所做過的實(shí)驗(yàn)并思考:初中所做實(shí)驗(yàn)采用了什么物理方法?影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素有哪些?

教師對(duì)學(xué)生回答的可能因素進(jìn)行歸納:壓力、接觸面粗糙程度、面積、運(yùn)動(dòng)速度等,引導(dǎo)學(xué)生分析圖2初中測(cè)量滑動(dòng)摩擦力實(shí)驗(yàn)的缺陷,展示改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)裝置圖,引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)二力平衡得出傳感器測(cè)出的力就等于滑塊所受到的滑動(dòng)摩擦力,通過改變砝碼數(shù)量來改變壓力大小.教師指導(dǎo)學(xué)生分組,進(jìn)行實(shí)驗(yàn),收集數(shù)據(jù)并把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入Excel表格得出Ff-FN圖像(圖3),分析Ff-FN圖像,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論:Ff=μFN,其中μ叫做動(dòng)摩擦因數(shù),代表接觸面材料的粗糙程度,無單位.

圖3 Ff-FN圖像

設(shè)計(jì)意圖:利用傳感器等先進(jìn)儀器,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)圖像得出滑動(dòng)摩擦力Ff的大小與壓力FN的大小成正比的結(jié)論,并對(duì)比例系數(shù)做出解釋,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究培養(yǎng)科學(xué)思維.

2.4.5 水平5:對(duì)與摩擦力有關(guān)的實(shí)際問題,能從靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度加以解決

教師設(shè)計(jì)3個(gè)問題,請(qǐng)學(xué)生思考回答.

問題1:小孩推木箱的水平力為80 N,木箱未被推動(dòng),則此時(shí)木箱受到的靜摩擦力大小是多少?

問題2:小孩至少以100 N的水平力推木箱,木箱才能推動(dòng),則木箱與地面間的最大靜摩擦力大小為多少?

問題3:小孩把木箱推動(dòng)了,此時(shí)木箱受到的是哪種性質(zhì)的摩擦力?如果此時(shí)木箱與地面間摩擦力大小為90 N,木箱對(duì)地面的壓力大小為200 N,則木箱與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)μ為多少?

設(shè)計(jì)意圖：選取生活中的3個(gè)案例,讓學(xué)生用所學(xué)的摩擦力知識(shí)進(jìn)行分析,體會(huì)知識(shí)生成、發(fā)展、完善的過程,體現(xiàn)物理從生活中來又回到生活中去,通過運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題,增強(qiáng)學(xué)生理解和應(yīng)用物理知識(shí)的能力,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.

2.5 以教學(xué)反思為進(jìn)階評(píng)價(jià)

教學(xué)反思是教師對(duì)教學(xué)實(shí)踐的回顧和思考,是總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、提高個(gè)人業(yè)務(wù)水平的一種有效手段,筆者通過對(duì)本節(jié)課教學(xué)過程的反思,做出進(jìn)階評(píng)價(jià).

2.5.1 以學(xué)定教,以學(xué)論教

本節(jié)內(nèi)容是對(duì)初中所學(xué)摩擦力知識(shí)的擴(kuò)展延伸,觀察和實(shí)驗(yàn)是學(xué)生認(rèn)識(shí)物理世界、獲取物理知識(shí)的重要途經(jīng),是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的前提.在摩擦力教學(xué)中,只有在以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),結(jié)合教法的改進(jìn)上下功夫,才能改變其難教難學(xué)的局面.

2.5.2 注重“三序合一”,落實(shí)物理核心素養(yǎng)

在教學(xué)過程中.把本節(jié)內(nèi)容根據(jù)知識(shí)序、進(jìn)階序、素養(yǎng)序三序(圖4)進(jìn)行排序,既符合學(xué)習(xí)進(jìn)階的順序,又能落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng).

圖4 三序合一

2.5.3 基于核心素養(yǎng),融入物理課程思政

習(xí)近平總書記提出“各類課程與思想政治理論課同向同行,形成協(xié)同效應(yīng)”.本節(jié)課進(jìn)行“課程思政”教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),首先引導(dǎo)學(xué)生理解和感受實(shí)事求是探索真理的精神,要學(xué)會(huì)通過辯證法去思考問題.讓學(xué)生們明白,“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”;對(duì)于新知識(shí)的發(fā)掘,要進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和處理問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的精神.

3 結(jié)束語

學(xué)習(xí)進(jìn)階是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外教育教學(xué)研究熱點(diǎn),被譽(yù)為提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率的靈丹妙藥[3].在高中物理教學(xué)過程中,按照學(xué)習(xí)進(jìn)階要素進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),不僅符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,還可以指導(dǎo)教師教學(xué),最終發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).