物理教學主線的情境演進①
——從“平拋運動”說起

(江蘇省木瀆高級中學,江蘇 蘇州 215101)

1 問題的提出

《普通高中物理課程標準(2017年版)》在“實施建議”部分提出:“在教學設計和教學實施過程中重視情境的創設”“創設情境進行教學,對培養學生的物理學科核心素養具有關鍵作用”。[1]影響課堂教學效益的因素有很多,而課堂教學主線的創設是其中十分重要的因素。如果把教學內容比作一顆顆“珍珠”的話,教學主線則是穿起“珍珠”的“線”,“珍珠”只有用牢固的“線”，才能巧妙性地穿起來,變成漂亮的“項鏈”。[2]筆者嘗試提出了“以核心素養為主旨、以學生為主體、以教師為主導、以情境演進為主線”的“四主”教學模式，本文以“平拋運動”等的教學為例,就中學物理教學主線的情境演進問題與同行交流。

2 案例實錄

針對“平拋運動”的教學,筆者采用了以下情境演進主線。

2.1 初識“平拋”——實驗觀察

利用如圖1所示的實驗裝置進行演示:

圖1

(1) 分別單獨釋放小球1、2、3,觀察它們的運動;

(2) 同時釋放小球1、2,觀察它們的運動;

(3) 同時釋放小球1、3,觀察它們的運動;

(4) 同時釋放小球1、2、3,觀察它們的運動，并拍攝視頻，展示截圖。

學生通過以下活動，初識平拋運動：(1) 聽——異球同聲；(2) 望——三球聚會；(3) “左看右看”——小球1和2總在同一高度上;(4) “上看下看”——小球1和3總在同一豎直線上。

教師提問：(1) 什么是平拋運動?(2) 比較小球1、2、3的運動,可得出什么結論?

2.2 解讀“平拋”——實驗分析

通過上述實驗現象及視頻截圖的分析，學生得出結論:平拋運動是水平方向上的勻速直線運動和豎直方向上的自由落體運動的合運動。

教師追問：為什么平拋運動是這樣的運動?

2.3 理解“平拋”——理論解釋

學生學習平拋運動前已有的知識儲備為：自由落體運動、牛頓運動定律、曲線運動的條件、運動的合成和分解等，據此提出了理論解釋：(1) 在水平方向上，小球不受外力作用、有初速度,故做勻速直線運動;(2) 在豎直方向上，小球只受重力作用、無初速度,故做自由落體運動;(3) 小球所受外力與速度不在同一直線上，做曲線運動。

學生總結出結論:平拋運動是加速度為g的勻變速曲線運動。

教師再提問：如何研究平拋運動規律?

2.4 研究“平拋”——規律探究

在教師的指導下,學生運用已學知識，自主得出平拋運動的位移和速度等規律。

2.5 應用“平拋”——學以致用

如圖2所示,小球從傾角為θ的足夠長斜面上的A點水平拋出,若初速度大小為v0。問:(1) 小球經過多長時間落到斜面上?經過多長時間離斜面最遠?(2) 若從A點分別以初速度v0和2v0平拋兩小球，討論兩小球運動的時間、位移和落到斜面時的速度關系；(3) 若斜面不是足夠長(圖3),再討論兩小球運動的時間、位移和落到斜面時的速度關系。

圖2

圖3

2.6 拓展“平拋”——觸類旁通

(1) 改變所受外力，將重力改為別的恒力，則由平拋運動演變為類平拋運動;

(2) 改變初速度的方向，則由平拋運動拓展為斜拋(斜上拋、斜下拋)運動、豎直上(下)拋運動。

3 教學主線情境演進的常用方法

在“平拋運動”的教學設計中,用到了實驗探究、理論分析、遷移拓展等多種情境演進的方法。由于教學內容、教學要求、施教對象等的不同,高中物理教學主線的情境演進方法也是多樣的。

3.1 以知識體系為演進主線

物理學作為一門基礎科學,有其嚴密的知識體系,因而在教學中,就可以此作為教學主線。如在“原子結構”的教學中,可以沿著人類探索原子結構的足跡為情境演進的主線:發現電子→打開探索原子結構的大門→提出“棗糕”模型→α粒子散射實驗(否定“棗糕”模型)→提出核式結構模型→與經典電磁理論和氫光譜矛盾→提出玻爾模型→在解釋氫原子以外的光譜時出現矛盾→提出“電子云”模型……

一般來說,這種情境演進的主線,往往適用于那些知識體系比較完整的概念類或知識性陳述類課題，如人類對力和運動關系的研究、對光的本性的探究等。在復習課教學中,采用這種主線演進方式,對鞏固知識、形成知識結構也能起到很好的作用。

3.2 以原理規律為演進主線

中學物理中涉及到許多原理和規律,其中不少原理和規律是在原有理論的基礎上,通過嚴密的邏輯推理論證而得出的,在課堂教學中就可以以此思路設計情境演進的主線。如“萬有引力定律”的教學就可以采用如圖4所示的流程進行。以原理、規律為情境演進的主線,思路清晰、邏輯性強,如勻變速直線運動的規律、衛星運動規律等。

圖4

3.3 以科學方法為演進主線

在物理學的研究和學習中,經常要用到一些科學方法,如果在教學中利用這些方法作為情境演進的主線,不僅有助于學生的理解,而且有利于培養學生的科學思維能力。比如在“電勢能”的教學中,就可以用類比等方法,從重力做功的特點→重力做功與重力勢能變化的關系→重力勢能的相對性→重力勢能進行系統性復習,自然而然地遷移到電勢能的教學中,使原來抽象、難以理解的問題變得具體明了,同時還為后面分子勢能的學習打下伏筆。另外,像帶電粒子在電場中的運動、電路的動態分析等專題的教學,都可以方法為情境演進主線，這種方式尤其適用于習題課教學和專題復習教學。

3.4 以實驗探究為演進主線

物理學是一門實驗科學,“在物理實驗中,應發掘實驗在培養學生發現和提出問題能力方面的潛在價值”。[1]在課堂教學中,可以用實驗探究作為情境演進的主線。比如在“產生電磁感應的條件”的教學中,就可以用系列實驗逐步探究、分析、總結,最后得出結論,具體教學流程如圖5所示。在中學物理教學中,有不少規律是通過實驗探究總結出來的,比如牛頓第二定律、電阻定律等，這類課題都可以用實驗探究作為情境演進的主線。

圖5

4 值得注意的問題

教學是一門藝術,教學主線的情境演進創設并不是隨心所欲、信手拈來的,而要進行深入的思考和精心的設計,因此在設計教學主線時應注意以下幾點。

4.1 應條理分明,忌雜亂無章

教學主線的情境演進應該按一定的思路設計，條理分明的教學主線使整個課堂教學活動圍繞主線展開,不僅使教學過程自然順暢,教學思路清晰可辨，同時也便于學生在課堂上更快更好地領會知識要領,理清學習思路。比如上面列舉的“萬有引力定律”的情境演進中,思路清楚、思維縝密,易于理解、便于掌握。相反,雜亂無章的教學主線,只能給教者添睹、給課堂添亂,使學生的學習由“霧里看花”變得更加“撲朔迷離”。

4.2 應突出主題,忌喧賓奪主

教學主線的情境演進應密切配合教學主題展開，只有服務于主題的教學主線才能使主題更加鮮明,更好地達成教學目標。比如在上面提到的“電勢能”的教學主線設計中,“重力勢能”是作為情境演進的手段,其目的是通過類比遷移來分析、研究“電勢能”。喧賓奪主、脫離教學主題的教學主線只會沖淡教學的主題,擾亂學生的思路，降低教學效率。

4.3 應自然貼切,忌牽強附會

教學主線自然貼切、恰到好處,才能充分發揮教學主線的作用。教學主線猶如燒菜用的作料,而情境演進則像是廚師做菜,只有恰當選擇作料的種類和數量、在恰當的火候時加入,才能把菜做得香甜可口。比如上面提到的“感應電流產生的條件”,在情境演進中,每一個實驗在什么時候做？如何做？提什么樣的問題?得出什么樣的結論?這些都是值得思考的問題，要循序漸進、順其自然,才能水到渠成。

4.4 應豐富多變,忌形式單一

為了創設生動活潑的課堂氛圍,激發學生的學習熱情,提高課堂教學效率,情境演進的形式要多種多樣,比如在前面所述“平拋運動”教學設計中,其情境演進用到了多種形式。教學主線還應該根據教學內容的特點和學生的具體情況來設計,切不可盲目模仿、機械照搬，精心設計的教學主線才能為課堂教學增色添彩。