大單元視角下高三物理題組群教學探討①
——以“多體平衡”為例

焦彥平

(江蘇省南京市六合區程橋高級中學，江蘇 南京 211504)

1 問題的提出

“雙減”背景下的中學物理教學肩負著減負增效的使命，而要真正實現減負增效，必須解決學生在物理學習中普遍存在的以下問題：一是碎片化，知識龐雜零散；二是站位低，下位知識居多；三是認知淺，表層化理解多。[1]這三個問題的存在導致學生難以在更大范圍和更高層次遷移運用自己所學知識，也制約著減負增效目標的達成。如果在強調知識系統化、突出上位知識提煉、注重思維加深拓寬的高三物理復習階段，仍不能很好地解決此類問題，不僅“雙減”將舉步維艱，也難以切實提高學生的物理學科核心素養。

2 問題的解決

大單元教學是指以學科大概念為核心進行整合性單元建構的教學模式，它以學科大概念為引領，依據課程標準和教材，對教學內容進行系統性單元建構、進階式教學設計與目標達成評價，通過結構化、情境化、項目化的學習方式開展教學。[2]崔允漷教授認為：單純知識和技能的掌握不能直接轉化為學生的價值觀念、必備品格和關鍵能力。核心素養的培養目標倒逼教學設計的變革，教學設計要從設計一個知識點或課時轉變為設計一個大單元，學科核心素養呼喚大單元教學設計。[3]

題組群教學是實施大單元教學、提升學生解決問題能力的一個重要抓手，是指將圍繞同一知識單元、針對不同物理模型的多個題組并列設置進行的教學。每一個題組由基礎題、提高題、拓展題組成，有原型、有變式、有拓寬，按梯度層進式排列，縱向加深提高。多個題組之間相對獨立、并列設置，互相補充完善，橫向加強拓寬。

在“多體平衡”大單元教學中，按多體的組合方式可分為：推、夾、彈、疊、掛、連6種模型。針對每個模型設置一個題組，由此形成并列推進的6個題組，構成題組群。本文以推、夾、疊三個題組為例，闡述題組群教學的途徑。

2.1 推(拉)

(1)基礎題：如圖1所示，質量為m的物體置于傾角為θ的固定斜面上，物體與斜面之間的動摩擦因數為μ，先用平行于斜面的推力F1作用于物體上使其能沿斜面勻速上滑，若改用水平推力F2作用于物體上，也能使物體沿斜面勻速上滑，則兩次的推力之比為多少？

圖1

(2)提高題：如圖2所示，兩個相似的斜面體A、B在豎直向上的力F的作用下靜止靠在豎直粗糙墻壁上。關于斜面體A和B的受力情況，下列說法中正確的是( )。

圖2

A.A一定受到4個力

B.B可能受到4個力

C.B與墻壁間一定有彈力和摩擦力

D.A與B之間可能不存在摩擦力

(3)拓展題：如圖3所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O點為球心，一質量為m的小滑塊在水平力F作用下靜止于P點，設滑塊所受支持力為FN，OP與水平方向的夾角為θ，下列關系中正確的是( )。

圖3

A.F=mgtanθ

針對多體平衡的推(拉)模型，先是選擇接觸面為斜面，由水平推動到傾斜推動、再豎直向上推動，后是選擇接觸面為弧面的題目，創設演化情境鏈，構建縱深問題串，形成從基礎到提高、再到拓展的層進式題組。

2.2 夾

(1)基礎題：圖4甲所示為某公司研制的“雙動力智能型救援機器人”(又被稱為“麻辣小龍蝦”)，其長長的手臂前端有兩個對稱安裝的“鐵夾”。在某次救援活動中，“麻辣小龍蝦”用鐵夾恰好能豎直抓取到重力為G的長方體水泥制品，水泥制品在空中處于靜止狀態，如圖4乙所示，則下列說法中正確的是( )。

圖4

A.水泥制品受到的摩擦力大小一定等于G

B.水泥制品受到的摩擦力方向可能豎直向下

C.若鐵夾的位置稍向上移，水泥制品受到的摩擦力會變大

D.若增大鐵夾對水泥制品擠壓，水泥制品受到的摩擦力變大

(2)提高題：如圖5所示，內壁光滑的“V”形容器AOB放在水平地面上，∠AOB為銳角，貼著內壁放置一個鐵球，現將容器以O點為軸在豎直平面內逆時針緩慢旋轉90°，則在轉動過程中( )。

圖5

A.球對OA的壓力逐漸增大

B.球對OA的壓力先增大后減小

C.球對OB的壓力逐漸增大

D.球對OB的壓力先增大后減小

(3)拓展題：如圖6所示，某同學參加“用筷子夾玻璃珠”游戲，夾起玻璃珠后，左側筷子與豎直方向的夾角θ為銳角，右側筷子豎直，且兩筷子始終在同一豎直平面內使玻璃珠靜止，忽略筷子與玻璃珠間的摩擦。下列說法中正確的是( )。

圖6

A.兩側筷子對玻璃珠的合力比重力大

B.兩側筷子對玻璃珠的合力比重力小

C.左側筷子對玻璃珠的彈力一定比玻璃珠的重力大

D.右側筷子對玻璃珠的彈力一定比玻璃球的重力大

針對多體平衡的“夾”模型，先是對稱式左右夾，接著是上下夾，而后是緊密結合生活實際的非對稱式左右夾，創設演化情境鏈、構建縱深問題串，形成從基礎到提高、再到拓展的層進式題組。

2.3 疊

(1)基礎題：如圖7所示，是熱狗疊放的簡化模型：一根熱狗靜止在兩根水平放置的平行圓柱上，將熱狗視為質量為m的勻質圓柱體，若熱狗和圓柱截面的半徑均為R，兩柱軸心的間距為2.4R，不計摩擦，熱狗對每根圓柱的壓力大小為( )。

圖7

圖8

① 未拉A時，C受到B作用力的大小F；

② 動摩擦因數的最小值μmin。

(3)拓展題：如圖9所示，疊放在水平地面上的4個完全相同的排球質量均為m，相互接觸，球與地面間的動摩擦因數均為μ，則( )。

圖9

A.上方球與下方三個球間均沒有彈力

B.下方三個球與水平地面間均沒有摩擦力

C.水平地面對下方三個球的支持力均為mg

D.水平地面對下方三個球的摩擦力均為μmg

針對多體平衡的“疊”模型，分成一般重疊、對稱重疊兩類。對于對稱重疊，從三體到四體，平衡力從豎直平面變化到立體空間，創設演化情境鏈，構建縱深問題串，形成從基礎到提高、到拓展的層進式題組。

針對推、夾、彈、疊、掛、連6種模型分別設計6個題組，并列構成題組群，開展“多體平衡”大單元的題組群教學。在大單元視角下運用題組群教學，每個題組內縱向加深提高，多個題組間橫向加強拓寬，通過精心創設情境鏈、構建問題串、搭建進階點，使學生關鍵能力從單線向平面鋪開、從平面向空間擴展，促進深度學習，培養學生的高階思維，提高解題能力(圖10)。

圖10

3 結語

從以上大單元視角下高三物理題組群的教學設計案例中我們不難看出：大單元視角下的題組群教學有利于整合物理觀念。從整體進行教學設計，突出學科知識間的聯系，減少知識碎片化現象。有利于學生加深學科大概念的理解，形成以大概念為統攝的學科結構化知識，并轉化為解決問題的關鍵能力。它是解決當前學生在學習物理知識時普遍存在的問題的有效途徑，也是促成物理教學減負增效、提高學生的物理學科核心素養的重要手段。