摘要：把學(xué)習(xí)進階理論應(yīng)用到高中物理規(guī)律教學(xué)，依據(jù)學(xué)生已有知識和認(rèn)知特點錨定進階起點，分析課標(biāo)確定進階終點，在教學(xué)過程中深入研究教材，精準(zhǔn)設(shè)置進階層級，確定進階水平，巧妙創(chuàng)設(shè)問題情境，并用于解決實際問題，有效評價學(xué)習(xí)過程，從而實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，促進學(xué)生思維進階。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；高中物理；規(guī)律教學(xué)；學(xué)習(xí)進階；評價

一、問題的提出

物理規(guī)律是物理現(xiàn)象、物理過程的本質(zhì)聯(lián)系在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律性的反映，它揭示了物理事物本質(zhì)屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系，是物理科學(xué)的核心內(nèi)容。物理教學(xué)的中心任務(wù)，是引導(dǎo)學(xué)生了解物理規(guī)律，在猜想、探究、驗證與應(yīng)用等多個過程都充分體現(xiàn)出物理規(guī)律教學(xué)對物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要性。學(xué)習(xí)進階是連接認(rèn)知理論與課裎教學(xué)實踐的橋梁，是以培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維為本，落實核心素養(yǎng)的重要路徑。下面，筆者對學(xué)習(xí)進階理論在物理規(guī)律教學(xué)的應(yīng)用進行分析，并以《勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系》一節(jié)為例進行教學(xué)設(shè)計。

二、學(xué)習(xí)進階理論概述

學(xué)習(xí)進階是學(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題概念時所遵循的連貫的、典型的學(xué)習(xí)路徑的描述，一般呈現(xiàn)為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列?；趯W(xué)習(xí)進階的高中物理規(guī)律教學(xué)，是以學(xué)生既有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為出發(fā)點，精心構(gòu)建問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生經(jīng)歷探究的過程，通過科學(xué)推理、驗證等科學(xué)方法的運用，發(fā)現(xiàn)、總結(jié)物理規(guī)律，再應(yīng)用物理規(guī)律解釋物理現(xiàn)象、解決實際問題。這一教學(xué)過程遵循由簡至繁、由具象至抽象、再由理論延伸至實踐應(yīng)用的認(rèn)知升華。

學(xué)習(xí)進階包括進階起點、進階終點、進階變量、進階水平、進階評價等要素。進階起點是指學(xué)生已有的知識和思維方法；進階終點是學(xué)生應(yīng)該達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)；進階變量是學(xué)習(xí)進階的核心，它追蹤學(xué)生對某一學(xué)科核心概念、主題或技能的階段性發(fā)展，通常指學(xué)科的核心概念和關(guān)鍵能力，是評價學(xué)生學(xué)習(xí)進步和發(fā)展的重要指標(biāo)；進階水平是指學(xué)習(xí)進階發(fā)展路徑的中間步驟，描述學(xué)生對某一核心概念或技能的理解和掌握程度的不同階段，從初始階段到最終目標(biāo)的達(dá)成，呈現(xiàn)出逐步深入、逐級提升的特點；進階評價是通過收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)進度是否與預(yù)期的進階路徑相符合，及時為教學(xué)提供反饋和指導(dǎo)。

學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展過程中分為5個層級：層級1（經(jīng)驗層級），學(xué)生具有的尚未相互關(guān)聯(lián)的日常經(jīng)驗和零散事實；層級2（映射層級），學(xué)生能建構(gòu)抽象術(shù)語和事物之間的聯(lián)系；層級3（關(guān)聯(lián)層級），學(xué)生能建構(gòu)抽象術(shù)語和事物數(shù)個可觀測的具體特征間的關(guān)系；層級4（系統(tǒng)層級），學(xué)生能從系統(tǒng)層面上協(xié)調(diào)各個變量間的關(guān)系；層級5（整合層級），學(xué)生能由核心概念統(tǒng)整對某一科學(xué)觀念的理解?！皠蜃兯僦本€運動的位移與時間的關(guān)系”學(xué)習(xí)發(fā)展的5個層級如圖1所示。

三、基于學(xué)習(xí)進階的高中物理規(guī)律教學(xué)設(shè)計

物理規(guī)律作為觀察、實驗與思維相互交融的結(jié)晶，深刻地揭示了物理概念間的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)成了物理知識體系的核心骨架。其高度的概括性與抽象性不僅彰顯了人類智慧的卓越成就，而且確立了它在中學(xué)物理教學(xué)中的不可或缺的地位。這些規(guī)律，作為客觀存在的反映，不受人類主觀意志的左右，只能被逐步發(fā)現(xiàn)而無法被人為創(chuàng)造。因此，在物理規(guī)律的教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生效仿科學(xué)家的探究路徑，通過觀察實驗、分析數(shù)據(jù)、交流討論等教學(xué)環(huán)節(jié)自主發(fā)現(xiàn)規(guī)律，而非簡單地傳授規(guī)律內(nèi)容或進行機械記憶。為實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，教師需深入剖析課程標(biāo)準(zhǔn)與教材內(nèi)容，精心選擇適合學(xué)生開展探究活動的切入點，從而有效促進學(xué)生對物理規(guī)律的理解與掌握。

（一）分析課標(biāo)教材確定進階基礎(chǔ)

1.課標(biāo)解讀

物理知識是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的載體，學(xué)生通過深度探究學(xué)習(xí)活動，不僅能夠掌握具體的物理知識和技能，更能在這一過程中實現(xiàn)核心素養(yǎng)的全面提升。教師引導(dǎo)學(xué)生利用極限方法探究勻變速直線運動的規(guī)律并進行科學(xué)論證，通過用公式、圖像等方法描述勻變速直線運動，使學(xué)生深刻體會物理學(xué)高度的概括性、抽象性、簡潔性；在解決實際問題中，通過模型建構(gòu)、科學(xué)推理等進一步理解勻變速直線運動的規(guī)律，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2.教材分析

本節(jié)內(nèi)容是學(xué)生在學(xué)習(xí)了速度、加速度、位移等概念基礎(chǔ)上，進一步探究它們之間的關(guān)系。在前一單元的學(xué)習(xí)中，學(xué)生從平均速度的概念逐步過渡到瞬時速度，這一過程中巧妙地融入了極限思想，為學(xué)生打開了理解物理學(xué)中瞬時現(xiàn)象的大門。以勻速直線運動的v－t圖像所圍面積等于t時間內(nèi)運動的位移提出問題，類比勻變速直線運動通過v－t圖像求位移的方法，得出位移與時間關(guān)系式x=v0t+■at2。學(xué)習(xí)有關(guān) v－t圖面積代表位移的知識，不僅是對已有知識的綜合運用，更是對極限思想的進一步學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了教材在關(guān)鍵概念教學(xué)上的遞進性和螺旋式上升的設(shè)計理念。

教學(xué)設(shè)計要在遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和學(xué)習(xí)規(guī)律的基礎(chǔ)上，設(shè)計由淺入深、由簡單到復(fù)雜帶有思維層級的教學(xué)活動，實現(xiàn)學(xué)科育人功能和落實核心素養(yǎng)。本節(jié)課以學(xué)習(xí)進階的問題驅(qū)動，通過五個進階層級的教學(xué)活動，幫助學(xué)生從感性認(rèn)識逐步上升到理性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生從圖像和公式這兩個視角研究勻變速直線運動的規(guī)律，并能用其解決實際問題。在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生體驗探究中的極限方法，培養(yǎng)他們借鑒、遷移和跨學(xué)科解決問題的高級思維能力。

（二）分析學(xué)情錨定進階起點

學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課前，已經(jīng)能應(yīng)用數(shù)學(xué)方程式表示勻速直線運動的位移與時間的關(guān)系，理解了勻速直線運動v－t圖像的物理意義，掌握了勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系，能夠運用數(shù)學(xué)知識準(zhǔn)確求矩形和梯形面積。在平均速度和瞬時速度的學(xué)習(xí)中已體會了極限方法，能從公式和圖像兩個視角研究運動規(guī)律。

（三）核心素養(yǎng)的提升為進階終點

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能用類比的方法得出勻變速直線運動位移與時間的公式，理解公式的物理意義，并能用其解決實際問題；熟練運用物理圖像分析物體運動的規(guī)律；體會如何用微元法、極限法探究物理問題，并能將這些方法拓展到其它學(xué)科的研究中。

（四）問題驅(qū)動層級發(fā)展

層級1（經(jīng)驗層級）：勻速直線運動的位移關(guān)系式、矩形面積。

教師活動：提出問題1，若物體以v0的速度做勻速直線運動，求t0時間內(nèi)運動位移。

學(xué)生活動：根據(jù)勻速直線運動的規(guī)律得到x=v0t。

教師活動：提出問題2，請畫出該運動的v-t圖像，并求出圖線在初、末時刻與時間軸圍成的面積。

學(xué)生活動：建立坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系中畫出一條與時間軸平行的直線，并在時間軸上確定時刻t0，畫出0-t0時間內(nèi)的矩形，求出矩形的面積，如圖2中陰影部分面積，即s=v0t0。

圖2" 物體以v0速度做勻速直線

運動的v-t圖

層級2（映射層級）：勻速直線運動的v-t圖像的面積能夠表示其位移的大小和方向。

教師活動：提出問題3，若物體以-v0的速度做勻速直線運動，求t0時間內(nèi)運動位移。

學(xué)生活動：根據(jù)勻速直線運動的規(guī)律得到x=-v0t0。

教師活動：提出問題4，請畫出該運動的v-t圖像，并說出圖線在初、末時刻與時間軸圍成的面積在時間軸的哪一象限。

學(xué)生活動：學(xué)生在前面活動的基礎(chǔ)上做出以-v0的速度做勻速直線運動的v-t圖像，并畫出0-t0時間內(nèi)對應(yīng)的面積，如圖3。通過探究交流得出結(jié)論：勻速直線運動的位移在v-t圖像中可以用圖線與t軸圍成的矩形面積表示。若矩形面積在t軸上方表示位移沿正方向；若矩形面積在t軸下方表示位移沿負(fù)方向。

圖3" 物體以v0、-v0速度做勻速

直線運動的v-t圖

學(xué)習(xí)評價：A、B兩物體在做勻速直線運動，速度分別為v1、-v2，從計時開始到t時刻的位移分別表示為x1、x2。求：

（1）寫出兩個物體的x-t的關(guān)系式。

（2）在同一個坐標(biāo)系中分別做出兩個物體運動的v-t圖像。

（3）在同一個坐標(biāo)系中分別做出兩個物體運動的x-t圖像。

層級3（關(guān)聯(lián)層級）：連續(xù)經(jīng)歷不同的勻速直線運動的位移。

教師活動：提出問題5，若物體連續(xù)經(jīng)歷不同的勻速直線運動，在0～t1時間內(nèi)物體以v1速度做勻速直線運動，在t1～t2時間內(nèi)物體以v2速度做勻速直線運動，在t2～t3時間內(nèi)物體以v3速度做勻速直線運動，求t3時間內(nèi)物體運動位移。

學(xué)生活動：根據(jù)勻速直線運動的位移公式可得x=v1t1+v2（t2-t1）+v3 （t3-t2）。

教師活動：提出問題6，請將該運動畫在v-t圖像中，求出圖線在0時刻到t時刻與時間軸圍成的面積。

學(xué)生活動：學(xué)生在問題2和問題3的基礎(chǔ)上做出v-t圖像，如圖4所示。根據(jù)圖像分別求0～t1時間內(nèi)的面積、t1～t2時間內(nèi)的面積、t2～t3時間內(nèi)的面積，求和得到s=v1t1+v2（t2-t1）+v3（t3-t2）。

圖4" 連續(xù)經(jīng)歷不同速度的

勻速直線運動v-t圖

師生合作：教師引導(dǎo)學(xué)生對問題5和問題6的結(jié)果進行交流，得出結(jié)論：物體運動的位移等于各矩形面積之和。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)勻速直線運動位移可以用v-t圖像中圖線與時間軸所圍成的矩形面積來表示。通過問題5和問題6搭設(shè)思維臺階，方便學(xué)生形成邏輯推理的鏈條，為后續(xù)提出如何求勻變速直線運動的位移提供借鑒，提升學(xué)生的推理思維能力和遷移思維能力。

層級4（系統(tǒng)層級）：勻變速直線運動的v-t圖像面積意義及x-t的關(guān)系式。

教師活動：提出問題7，教師出示圖5勻變速直線運動的v-t圖像，讓學(xué)生求出t時間內(nèi)的位移。

師生合作：開始學(xué)生沒有思路，教師提示學(xué)生：可以把物體的運動分為5個小段，每個小段起始時刻的瞬時速度由相應(yīng)的縱坐標(biāo)表示，每一小段可以近似看成勻速直線運動，這樣每一小段的時間與對應(yīng)的速度的乘積近似看成物體的位移。在v-t圖像中，各段的位移可以用一個小的矩形的面積表示，5個小矩形面積之和近似為物體時間t內(nèi)的位移。為了更精確一些，可以把運動過程劃分為更多的小段，小矩形越窄，多個小矩形的面積之和越接近物體的位移。可以想象，如果運動分得很細(xì)很細(xì)，很多很多小矩形的面積之和就非常精確地表示物體運動的位移了。這樣，在t時間內(nèi)的位移就可以用OABC內(nèi)的矩形面積和表示。

結(jié)論：做勻變速直線運動的物體位移也對應(yīng)著v-t圖像中的圖線與對應(yīng)時間軸所圍成的面積。

學(xué)習(xí)評價：某質(zhì)點做直線運動的速度和時間關(guān)系如圖6所示，求質(zhì)點在3s內(nèi)通過的位移大小。

圖6

設(shè)計意圖：在勻變速直線運動中，由于速度不斷變化，無法直接用矩形的面積表示位移。教師引導(dǎo)學(xué)生對運動進行切割分段的方法，采用微積分的思想進行推理求值，發(fā)展學(xué)生的推理思維能力。通過“學(xué)習(xí)評價”檢測學(xué)生用v-t圖像的面積表示位移的應(yīng)用和對積分思想的理解。

教師活動：提出問題7，教師出示圖7，請同學(xué)們判斷物體運動的性質(zhì)并求出中0～t時間內(nèi)物體運動的位移。

圖7

學(xué)生活動：根據(jù)勻變速直線運動速度與時間的關(guān)系，物體做初速度為v0的勻加速運動；求出0～t內(nèi)對應(yīng)梯形的面積x=（v0+v）t，其中v=v0+at整理得到x=v0t+at2。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生學(xué)會用數(shù)學(xué)語言來描述勻變速直線運動位移與時間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生推理能力和用數(shù)學(xué)知識解決問題的能力。

教師活動：提出問題8，請同學(xué)們指出公式x=v0t+at2中各物理量的意義并說明公式的適用條件。

學(xué)生活動：學(xué)生交流討論，說出各物理量的意義，在教師的引導(dǎo)下明確了x、v0、a均為矢量，在利用公式時要注意正方向的選取和單位的統(tǒng)一。

學(xué)習(xí)評價：在平直公路上，某輛電動汽車在一次剎車測試中，初速度為16m/s，遇緊急情況開始剎車，在阻力作用下，汽車以-2m/s2的加速度運動。求剎車后10s末車離開始剎車點多遠(yuǎn)。

設(shè)計意圖：加強學(xué)生對勻變速直線運動速度與時間關(guān)系和位移與時間關(guān)系的理解，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的思路、方法和書寫的規(guī)范性。

層級5（整合層級）：非勻變速直線運動的位移、思考微積分應(yīng)用。

教師活動：提出問題9，圖8是物體運動的v－t圖像，說明物體做什么運動，如何求物體運動的位移。

圖8" 非勻變速直線運動的v-t圖

學(xué)生活動：物體做加速運動，但是加速度逐漸減小，可以用圖像與時間軸圍成的面積表示位移的大小變化來理解。

設(shè)計意圖：感悟勻變速直線運動是變速運動中最簡單、最基本的運動形式，是特例。實際的變速運動有多種情形的，拓展學(xué)生對運動多樣性的認(rèn)識，形成一般性認(rèn)識，體會分析運動規(guī)律的思想方法。

教師活動：提出問題10，公元263年，中國數(shù)學(xué)家劉徽在《九章算術(shù)》中提出：“割之彌細(xì)，所失彌少，割之又割，以至于不可割，則與圓周合體而無所失矣?！闭埻瑢W(xué)們在課后根據(jù)圓的周長公式結(jié)合圖9推導(dǎo)圓的面積公式。

圖9

設(shè)計意圖：體會思考極限與微積分思想的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生遷移、解決跨學(xué)科問題的能力。

四、基于學(xué)習(xí)進階的高中物理規(guī)律教學(xué)反思

在物理規(guī)律教學(xué)中，首先要深入分析課程標(biāo)準(zhǔn)，明確教學(xué)目標(biāo)，精確把握教學(xué)的重點與難點?；趯W(xué)習(xí)進階理論，根據(jù)學(xué)生已有的知識和思維認(rèn)知水平，審慎設(shè)定進階學(xué)習(xí)的起點和預(yù)期達(dá)成的終點。其次，深入剖析教材，鎖定關(guān)鍵的物理概念作為進階變量，明確學(xué)生需要達(dá)到的進階水平，并據(jù)此設(shè)計層層遞進的進階層級，為學(xué)生搭建逐步攀登的知識階梯，助力他們順利實現(xiàn)進階目標(biāo)。此外，充分利用學(xué)生的前認(rèn)知，創(chuàng)設(shè)他們所熟悉的問題情境，這不僅有效激發(fā)學(xué)生探究問題的熱情，還為他們提供了更加貼近實際的探究環(huán)境。最后，在各個進階過程中創(chuàng)設(shè)富有挑戰(zhàn)性的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生運用剛剛學(xué)習(xí)的物理規(guī)律去解決實際問題，從而實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的有效評價，促進學(xué)生在不斷進階的過程中最終達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

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責(zé)任編輯" 徐國堅