摘 要：本文依據(jù)“學(xué)習(xí)即研究”觀點，以“勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系”教學(xué)設(shè)計為案例，通過創(chuàng)設(shè)生活情境、創(chuàng)新教學(xué)實驗、回歸科學(xué)本質(zhì)，重新構(gòu)建了課堂教學(xué)活動。本文指出，教師應(yīng)立足于研究過程來重構(gòu)課堂教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生用證據(jù)支撐觀點的科學(xué)思維習(xí)慣，以及嚴謹治學(xué)、敢于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)即研究；課堂重構(gòu)；證據(jù)意識；核心素養(yǎng)

1 “學(xué)習(xí)即研究”觀點

“學(xué)習(xí)即研究”觀點認為，學(xué)習(xí)的過程是發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程，其本質(zhì)就是研究的過程，學(xué)習(xí)者就是研究者。這個過程要依據(jù)學(xué)生的真實思維，構(gòu)建真實的情境、以問題為紐帶實現(xiàn)知識的構(gòu)建和方法的運用，并在質(zhì)疑評價中推進研究成果的深入和發(fā)展。［1］這一觀點確立了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的本質(zhì)，并為當(dāng)前培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)提供了有效策略。

2 基于“學(xué)習(xí)即研究”觀點的課堂重構(gòu)

本文研究課的內(nèi)容是人教版高中物理必修第一冊（以下簡稱教材）第二章第2節(jié)“勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系”。教材第一章從運動學(xué)的角度描述了物體的運動，為第二章研究勻變速直線運動打好了基礎(chǔ)。第二章是第一章概念和方法的具體應(yīng)用。

在傳統(tǒng)教學(xué)課堂中，教師常用第1節(jié)內(nèi)容中實驗課得到的v-t圖像來作為第2節(jié)內(nèi)容的導(dǎo)入，以此引出勻變速直線運動的概念、特點以及規(guī)律，并通過幾道例題的訓(xùn)練來強化學(xué)生對公式和圖像的應(yīng)用。

盡管該教學(xué)過程結(jié)構(gòu)的邏輯看似合理，但其中缺乏了促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的過程，屬于“知識積累型學(xué)習(xí)”。筆者按照人類對自然研究的一般規(guī)律，構(gòu)建了真實情境，以問題為紐帶，用研究的方式重構(gòu)了本節(jié)課的教學(xué)。

2.1 創(chuàng)設(shè)真實情境，體現(xiàn)研究的嚴謹性

在教材第一章，學(xué)生學(xué)習(xí)了描述運動的一些參量。

而第二章要學(xué)習(xí)的內(nèi)容則是應(yīng)用第一章的參量來研究生活中的一些運動。為了讓學(xué)生能切身體會“物理來源于生活”，本文以跑步運動為例展開研究。本文指出，通過在課堂教學(xué)中引入真實的生活情境，教師能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這樣的教學(xué)方式也更貼合學(xué)生的認知水平。

【教學(xué)過程】

教師播放校運會百米賽跑視頻，并提出問題：請描述運動員起跑階段的運動。

學(xué)生回答：加速運動。

教師提問：為什么說是加速運動？請給出證據(jù)。

學(xué)生進行感性的判斷：運動員在起跑階段越跑越快。

教師評價：好！“運動員越來越快”的確是我們共同的直觀感受，但物理學(xué)家開爾文認為“無測量，不科學(xué)”，基于實測的判斷才更加可信。

學(xué)生進行邏輯推理：不一定要測量，運動員在發(fā)令槍響前靜止、槍響后開始運動，這表明運動員必定是在做加速運動。

教師評價：非常好！這種邏輯推斷令人信服！邏輯推理的確是我們研究物理問題可以采用的手段，但用測量的數(shù)據(jù)說話更直接、更有說服力。

【設(shè)計思想】

從亞里士多德對運動問題的哲學(xué)深思到伽利略對自由落體現(xiàn)象的實驗探究，人類經(jīng)歷了漫長的探索歷程，逐漸從依賴定性觀察與哲學(xué)思辨，轉(zhuǎn)變?yōu)檫\用實驗觀測和數(shù)學(xué)工具進行深入的定量研究，最終形成了以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)體系。針對運動描述的問題，傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往側(cè)重于感性判斷或直接告知結(jié)論，導(dǎo)致學(xué)生僅停留在“知道”的層面。而重構(gòu)的教學(xué)設(shè)計則旨在培養(yǎng)學(xué)生運用測量證據(jù)來支撐判斷的科學(xué)思維習(xí)慣，以及嚴謹治學(xué)、敢于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度。

【教學(xué)建議】

教師在這個階段可以讓學(xué)生暢所欲言，交流思想。在教學(xué)過程中，不要為了實驗而設(shè)計一個實驗，而要在思維碰撞的過程中逐漸培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識，使學(xué)生認識到物理是一門嚴謹?shù)膶W(xué)科，任何結(jié)論的得出都需要理論與實驗的論證。在時間允許的情況下，教師還可以再進一步追問：你能用什么方法測量出運動員的速度呢？回憶起第一章學(xué)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)生可能會想到打點計時器、光電門等測速工具。顯然，這些方法都不適合用來測運動員的速度。教師帶領(lǐng)學(xué)生進行這樣一連串的思考，無一不在拓展學(xué)生的思維、發(fā)展學(xué)生的能力、培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識。

2.2 創(chuàng)新教學(xué)實驗，體現(xiàn)研究的曲折性

教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計并完成課前實驗“用Tracker軟件研究運動員起跑階段的運動”。無人機懸停于直線跑道上方，拍攝運動員起跑視頻。我們可以用Tracker軟件打開起跑視頻，選取運動員頭部為跟蹤點，沿運動方向建立坐標系，在選取的研究路徑上標注實際長度36.00m，每0.2s跟蹤一個數(shù)據(jù)點（見圖1），軟件自動獲取各個點的位置及速度（見表1）。

然后，將數(shù)據(jù)復(fù)制到Excel，以時間為自變量、速度為因變量，插入散點圖并擬合（見圖2）。學(xué)生根據(jù)速度的實測數(shù)據(jù)判斷運動員在做加速運動，教師進一步引導(dǎo)學(xué)生思考問題：起跑階段運動員的加速度是如何變化的呢？

【教學(xué)過程】

教師提問：我們用Tracker軟件測量了運動員起跑階段的數(shù)據(jù)，得到了v-t圖像（見圖2），請同學(xué)們據(jù)此再來描述起跑階段運動員所做的運動。

學(xué)生迅速回答：加速運動。

教師提問：為什么這么說？

學(xué)生回答：根據(jù)v-t圖像可知，運動員的速度隨時間推移越來越大。有了速度的實測數(shù)據(jù)，運動員做加速運動“板上釘釘”了！

教師引導(dǎo)學(xué)生回到最初的問題：描述運動員起跑階段的運動，從v-t圖像中我們還可以提取運動的其他信息嗎？運動員的加速度如何變化？

學(xué)生猜想：加速度減小。

教師進一步追問：能給出證據(jù)嗎？

此時學(xué)生不知所以然，研究遇到了困難。

現(xiàn)實生活中的問題總是復(fù)雜的，當(dāng)遇到復(fù)雜問題時，善于研究的人總是從簡單的問題入手。

通過引導(dǎo)，學(xué)生自然而然地想到v-t圖像是直線的運動。教師向?qū)W生說明，在上節(jié)課的實驗中，小車在槽碼牽引下的運動就是這樣的一種變速運動（見圖3）。

【設(shè)計思想】

傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計大多利用如圖3所示的實驗得到小車運動的v-t圖像，以此引入勻變速直線運動的概念。

然而，學(xué)生并不知道為何要研究這樣的運動，人們對自然規(guī)律的研究歷程總是曲折且艱辛的。物理問題的產(chǎn)生往往根植于生活中復(fù)雜多變的實際問題，面對這些紛繁復(fù)雜的實際問題，我們總是傾向于從研究較為簡單的問題入手。重構(gòu)設(shè)計旨在使課堂中學(xué)生的學(xué)習(xí)和研究過程更加貼近人的自然認知發(fā)展軌跡，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從特殊到一般、由簡入繁的科學(xué)研究過程，體驗其中的曲折與成就。

【教學(xué)建議】

信息化教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用已成為當(dāng)今教學(xué)領(lǐng)域中不可或缺的一部分。Tracker軟件作為一款專注于視頻分析的物理工具，具備實時定位、精準數(shù)據(jù)分析等功能，極大地簡化了對簡單物理現(xiàn)象的快速探究過程，從而減少了簡單物理實驗對特定實驗環(huán)境和高端實驗設(shè)施的依賴。在物理教學(xué)中，它對于研究物體運動規(guī)律具有顯著的輔助作用。教師應(yīng)在教學(xué)中嘗試使用各種信息化技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計物理實驗，這一過程不僅可以提升自身的專業(yè)素養(yǎng)，還能使教學(xué)內(nèi)容更加生動形象，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、拓展他們的視野，并促進學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展。

2.3 回歸科學(xué)本源，體現(xiàn)研究的本質(zhì)性［2］

簡要回顧上節(jié)課的實驗內(nèi)容（探究小車的速度隨時間的變化規(guī)律），提出問題：根據(jù)實驗繪制的v-t圖像，小車的加速度如何變化？在此基礎(chǔ)上解決起跑階段運動員的加速度如何變化的問題。

【作圖體驗，回歸本質(zhì)】

教師提問：你認為在這段時間內(nèi)，小車的加速度是如何變化的？為什么？

學(xué)生回答：加速度不變，因為圖像為一條直線。

教師提問：那么，為什么v-t圖像是直線，加速度就不變呢？

【設(shè)置類比，舉一反三】

勻變速直線運動是最簡單、最基本的變速運動。

教師提問：我們已經(jīng)學(xué)會了怎樣研究簡單的變速問題，接下來我們將嘗試研究較為復(fù)雜的運動員起跑運動。起跑階段運動員的加速度如何變化？為什么？

【設(shè)計思想】

學(xué)生獲得的不應(yīng)該僅僅是知識的結(jié)論，更重要的是知識形成的過程本身。在傳統(tǒng)課堂中，教師在講解v-t圖像中的加速度時常常從斜率角度直接分析。但此時，高一學(xué)生對斜率的理解可能仍停留在初中所學(xué)的直線斜率層面上，對于曲線斜率的認知尚未深入。為了彌補這一不足，本文中的重構(gòu)教學(xué)設(shè)計緊密依托教材，并特別注重基本方法的滲透，通過作圖的方法形象直觀地展示了加速度的變化情況，從而幫助學(xué)生更好地理解和掌握這一概念。

【教學(xué)建議】

勻變速直線運動的加速度分析相對容易，而對于非勻變速直線運動的圖像分析則顯得較為復(fù)雜。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，我們采用類比的學(xué)習(xí)方法，并建議給予學(xué)生充足的時間進行自主作圖，鼓勵他們分享交流各自的見解。在此過程中，教師應(yīng)避免“包辦代替”，而是應(yīng)該作為引導(dǎo)者，促進學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和思維發(fā)展。

2.4 創(chuàng)設(shè)驗證實驗，體現(xiàn)研究的實證性

生活中是否存在勻變速直線運動呢？理論的研究還需要實驗的驗證。

演示實驗：用手向上輕推位于光滑傾斜軌道上的小車。

提出問題：小車在傾斜軌道上的運動是勻變速直線運動嗎？

學(xué)生猜想：①小車先向上運動，后向下運動，速度方向發(fā)生了變化，所以不是勻變速運動；②小車先向上勻減速運動，后向下勻加速運動，加速度變化，所以不是勻變速運動。

實驗驗證：提前組裝好位移傳感器設(shè)備（見圖6），實時記錄下小車的速度－時間圖像（見圖7）。

現(xiàn)象分析：截取圖中AB段進行研究，該段反映的就是小車從脫離手到用手接住的過程。據(jù)此分析小車的運動情況，v-t圖像中AB段近似為直線，體現(xiàn)了小車的速度均勻變化，確實做的是勻變速運動。

教師追問：小車做的是勻加速運動還是勻減速運動呢？

學(xué)生回答：AO段近似為直線，速度均勻減小，做勻減速運動；OB段近似為直線，速度均勻增大，做勻加速運動。

質(zhì)疑評價：剛才有同學(xué)認為小車在傾斜軌道上運動時，加速度方向變了，因此，小車做的不是勻變速運動。

我們應(yīng)該如何解釋呢？

討論交流：小車在傾斜軌道上運動的過程中，運動方向發(fā)生了變化，但加速度方向不變。加速度方向是速度變化的方向，減速運動時加速度與速度反向，加速運動時加速度與速度同向。小車減速向上運動時加速度沿傾斜軌道向下，加速向下運動時加速度仍沿傾斜軌道向下，所以全過程中加速度方向并沒有變化。

拓展延伸：除了AB這段直線外，圖像中還有曲線段，比如BQ段和PA段。你能分析這些時間段內(nèi)小車的運動情況嗎？

學(xué)生猜想：BQ段做加速度逐漸減小的加速運動，PA段做加速度逐漸增大的減速運動。

實驗驗證：猜想是否正確呢？我們還是要用測量數(shù)據(jù)說話。在DISLab傳感器電腦界面上自動讀取BQ段中每一小段的加速度的數(shù)值，用實際測量數(shù)據(jù)驗證加速度大小的變化情況。

【設(shè)計思想】

在分析圖像時，傳統(tǒng)課堂中，教師往往直接給定幾個圖像，進行“知識型”訓(xùn)練，而忽視了“素養(yǎng)型”目標的達成。重構(gòu)設(shè)計旨在從生活中的實際運動入手，對圖像的研究不僅限于理論分析，還有感性認識，更有數(shù)據(jù)支撐。通過多次質(zhì)疑與論證，進一步提升學(xué)生的證據(jù)意識，體現(xiàn)了科學(xué)研究的實證性。

【教學(xué)建議】

由于學(xué)生在本實驗方面的感性認識不足，且現(xiàn)有的知識儲備尚不足以直接運用第四章的牛頓運動定律進行分析，因此，本文建議通過實驗測量的方式來進行驗證。在本實驗中，成功獲取小車的運動圖像是至關(guān)重要的。為了使AB段的圖像近似為直線，需要確保軌道與車輪之間的接觸近似光滑，以減少摩擦力對實驗結(jié)果的影響。同時，軌道的傾角不宜過低，一般可在30°～45°內(nèi)進行調(diào)試，并且DISLab發(fā)射端和接收端需要嚴格調(diào)試在一條直線上。

3 基于“學(xué)習(xí)即研究”觀點的課堂重構(gòu)的困難與展望

新一輪基礎(chǔ)教育課程改革著重強調(diào)了培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。在此背景下，教學(xué)研究者和實踐者已經(jīng)開展了一系列富有成效的嘗試。然而，不容忽視的是，這些變革的深度尚顯不足。盡管傳統(tǒng)教學(xué)方式因其高效率及易操作性仍廣泛受教師們的青睞，但基于“學(xué)習(xí)即研究”理念的物理課堂模式，盡管在短期內(nèi)可能無法迅速提升學(xué)生的學(xué)業(yè)成績，且其實施過程高度依賴教師個人的科學(xué)素養(yǎng)、執(zhí)行能力及信息化技術(shù)的應(yīng)用水平，從而面臨一定挑戰(zhàn)，但其價值不容小覷。

教育本質(zhì)上是一個貫穿學(xué)生終身發(fā)展的過程，而非僅限于學(xué)期或階段。在此背景下，“學(xué)習(xí)即研究”的課堂重構(gòu)理念鼓勵教師采用主體研究的學(xué)習(xí)方式，旨在將知識的簡單傳授方式轉(zhuǎn)變?yōu)閱栴}的探索與引導(dǎo)，將知識的堆砌轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)過程的重建，將學(xué)生的被動接受轉(zhuǎn)化為主動研究。從長遠視角審視，這種注重本質(zhì)、超越結(jié)論的問題解決式學(xué)習(xí)，對于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、培養(yǎng)質(zhì)疑精神及增強實踐能力具有深遠意義，該學(xué)習(xí)方式無疑是推動學(xué)生物理核心素養(yǎng)全面發(fā)展的必由之路。

參考文獻

［1］董文杰.“學(xué)習(xí)即研究”導(dǎo)向的物理教學(xué)案例分析——以人教版“電源和電流”教學(xué)為例 ［J］.物理教師， 2022， 43 （5）： 19-22．

［2］吳敏，劉霽華.基于“學(xué)習(xí)即研究”觀點的核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略 ［J］.物理教師， 2018， 39 （11）： 19-22．