巧用學習遷移 優化物理大單元教學

曹雅萍 韓海生 裴魏魏 楊丹鳳

摘要：新課程標準背景下，學習遷移在高中物理大單元教學中能夠有效提升學生的學習準備率和認知能力，發展學生的核心素養。文章分析了學習遷移應用于高中物理大單元教學的必要性，以“曲線運動”為例，提出三項有效策略，將物理知識與技能遷移到生活實踐中，理論與實踐相結合，積極促進學生認知建構與思維發展，形成科學物理觀念，提升學生問題分析與解決的能力，提高教學整體質量與效果。

關鍵詞：高中物理；學習遷移；大單元教學

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出要重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化。隨著新課程理念與教學的不斷融合，高中物理教學要求向著多元化與綜合性方向發展[1]。而物理大單元教學，依據課程目標聚焦于物理學科素養，促進知識結構化，著重培養學生自主學習能力與科學探究思維，是深化課程與教學發展的關鍵教學方式。

對于物理大單元教學來說，如何將繁多且碎片化的物理知識融合成有機整體，加強內在聯系，引導學生深入思考與探索，注重理論與實踐的平衡發展至關重要。引入學習遷移，既能打破傳統學習模式，又能在已學物理知識與新知識間搭建雙向橋梁，強化正遷移的作用并減少負遷移的影響，易于學生發現物理學規律與建構物理知識框架，將知識轉化為實際能力，培養學生知識關聯與方法拓展能力，也利于高中物理教學效率與教學質量達成實質性提升。以人教版教材必修二“曲線運動”為例，在教學中可以采用以下策略。

一、順應遷移，整體分析明規律

物理大單元教學實質是從一個完整的單元主題出發，整合具有相關性且可形成完整知識系統的教學內容作為基本教學單位，其中單元教學主題根據課程目標設置，緊扣教學情境與教學內容，是貫穿整個大單元教學的主線。

（一）統籌設計，建構整體認知

教師可以通過順應遷移，從微觀視角過渡到中觀層面進行統籌設計，針對原有的相關物理概念與規律重新進行教學資源建構，準確找出與確定順應學生已有的物理知識結構與學生認知規律而展開的主題。進行“曲線運動”教學，要先從大單元角度出發進行主題建構（見圖1）。

將第五章拋體運動視為大單元進行整體分析，通過曲線運動與各章節之間的關系，針對原有的表象、知識經驗與知識組塊進行重新建構以順應學生認知結構發展，發現可以圍繞“準確描述物體做曲線運動方法”這一單元教學主題貫穿拋體運動整章進行教學建構。

（二）問題引導，發現一般規律

拋體運動整章主要介紹曲線運動、運動的合成與分解、探究平拋運動的特點和拋體運動的規律，教師可以根據這一單元主題進行展開教學，以環環相扣的問題鏈提高學生的理解和表達能力。

首先，教師向學生提出問題：“準確描述物體做曲線運動方法有哪些？”引導學生通過教材分析和小組討論得出答案。一般方法為在平面直角坐標系中用位移與速度進行描述；特殊方法是化繁為簡，將復雜曲線運動分解為簡單曲線運動，并分別討論合運動與分運動的軌跡、位移與速度。其次，教師再次提問：“能否在特殊方法基礎上進行歸納，生成合適的方法以探究平拋運動的特點與拋體運動的規律？”通過特殊方法總結及實驗探究，分別分析平拋運動在豎直和水平方向上的運動特點，探究平拋運動軌跡中速度、位移等特征。最后，帶領學生運用牛頓第二定律分析平拋運動在水平、豎直方向上的受力情況，進行理論解釋，從特殊走向一般，找出拋體運動規律。

通過這一主題，學生不僅能夠在“曲線運動”學習中感知物理現象、形成概念與掌握規律、解決物理實際問題，還能打破單一課時教學的界限，使得曲線運動與拋體運動其他部分知識點緊密聯系，加深學生對整章知識與章節內部知識的認知印象，利于物理核心素養的形成。

二、重組遷移，目標銜接提效率

物理大單元教學應以學生為中心，相較于純粹圍繞具體課時知識點設計的課時教學目標，教師除關注學生知識與技能之外，還需特別注重學生價值觀與必備品格的養成。

（一）分析教材，合理設置目標

教師需以發展學生核心素養為導向，運用重組遷移從制定單元教學目標入手，融入課程目標與課時教學目標，根據學生認知情況和課程標準要求合理劃分單元。這樣既能關注課程目標，培養與發展學生的物理核心素養，尤其是物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任，又能關注到課時教學目標，結合具體知識內容進行設計，促進課程與教學目標間的有效銜接[2]。

如進行曲線運動教學時，教師可以將第五章拋體運動的課程目標與課時目標交叉融合進行重組遷移，生成單元教學目標，由此不僅能夠定位曲線運動的課時目標，還能清晰明白曲線運動在拋體運動整章中的地位與作用。拋體運動整章實際是運動學與力學知識進一步的延伸與拓展，而曲線運動是其研究的基礎所在。通過曲線運動的教學，學生能夠認識到曲線運動的紐帶作用，研究不同運動要注意各自特點，學會在不同情境下將知識進行遷移與運用，為第六章萬有引力相關知識的教學做鋪墊。

（二）了解學情，有效分解目標

以“曲線運動”的教學為例，教師可制定如下具體的單元教學目標。

1.認識曲線運動，能學會用極限方法探究曲線運動的速度方向。將已學直線運動與曲線運動進行銜接，聯系生活觀察具體現象，了解曲線運動速度是矢量，沿切線方向，發展學生科學探究思維與運用已學知識處理問題的能力。

2.掌握曲線運動條件，能進行平面運動實例分析。從力的角度應用牛頓第二定律來研究運動方向與合外力方向，并能用蠟塊運動構建合運動與分運動的概念，建立平面直角坐標系來探究蠟塊運動軌跡。

3.融入具體情境，學會化繁為簡的特殊方法，體會將復雜運動進行合成與分解的等效過程。

4.培養學生運動與相互作用的觀念，體會平拋運動合成與分解構建的過程，結合實際學習生活，使學生從抽象走向具體，養成科學探究習慣，有利于提高學生邏輯思維能力。

5.能從物體受力分析出發對平拋運動采用合成與分解的方法進行研究，能用已學方法歸納出研究步驟，探究平拋運動軌跡中速度、位移的特征，用理論闡述其總特點，使學生能從物理學角度體會數形結合思想，利于物理核心素養的形成。

6.能夠從特殊走向一般，從研究平拋運動回到一般拋體運動情境中，歸納出拋體運動規律。加深學生對新知識的理解與應用，使學生自主從定性分析研究至定量計算，提升學生物理思維與自主學習能力，促進學生物理核心素養的形成與發展。

三、縱向遷移，問題驅動促發展

物理大單元教學的開展需在單元教學主題、目標與內容的基礎上，以問題或任務驅動進行有機整合，可利用縱向遷移將大問題或大任務自上而下遷移為若干個子問題或子任務，以促進學生各項能力的發展。物理大單元教學最終目標是發展學生核心素養，培養學生解決真實情境中復雜問題的能力，可將大問題或大任務結合學生生活實踐中的具體情境賦予其實際內涵，使之能夠承載單元核心內容與觀點，構成具有系統性與結構化的知識網絡。

如進行“曲線運動”教學，教師可以以第五章拋體運動為大單元，創設具體情境，將賦予層次化的大問題與子問題貫穿于曲線運動、運動的合成與分解、探究平拋運動的特點、拋體運動的規律教學中。由于學生間的個體差異、思維方式不同，產生的子問題之間的邏輯關系也不同。在曲線教學中，教師可將零散知識點有機整合，貫穿于大問題中，對學生進行適當引導，融入課時內容中，既能促進學生思維與自主能力發展，又能幫助學生將學習內容與實際生活聯系更加緊密，能讓學生真正從生活中思考，在生活中解決實際復雜問題，易于學生掌握物理方法，形成物理思維與核心素養。

（一）創設問題情境，促進思維發展

創設學生常見的籃球比賽這一真實情境，激發學生興趣。以“如何將籃球投進籃筐”為大問題，將涉及到的單元核心物理量與研究方法整合在大問題中，引導學生從較高層次的大問題向較低層次的子問題進行遷移。學生在分析與討論大問題時生成一系列子問題：籃球運動的速度方向會不會影響籃球投進籃筐的軌跡？能不能通過改變投籃位置與籃筐的位移增加投中率？如何研究籃球運動的軌跡特點？如何研究籃球受到的力？能不能將籃球速度進行分解或將受到的力進行分解？

首先，教師選取“曲線運動”教學所需的真實情境問題進行設計：在必修一的學習中，學生對運動有了一定的認識，那么通過哪些物理量能夠描述物體的運動呢？有速度、加速度、位移與力等，這是之前研究直線運動時涉及到的物理量。如果不是直線運動，需要研究哪些物理量？其次，引導學生通過觀察投影中投籃的動態圖進行探究（見圖2），若不計空氣阻力，如何能將籃球投中籃筐，要先研究哪些物理量？籃球在做什么運動？籃球的運動軌跡有何特征？得出籃球沿著接觸點切線方向運動，其軌跡是曲線，拋物線是其特例。進而追問：做直線運動的物體，速度方向與運動軌跡是一致的，那曲線運動呢？引導學生從接觸點的切線方向進行描述，接觸點切線方向即速度方向，且速度方向發生變化，可知曲線運動是變速運動。最后，引導學生結合教材對于切線的理解，觀察割線軌跡的動態圖（見圖3），在曲線上過A、B做直線，也稱割線，將B逐漸向C靠近直至無限趨近于A，此時割線為其切線方向，引導學生總結，若將A、B看作質點的運動，可得質點在某一點的速度方向為沿曲線在這一點的切線方向，這也是曲線運動軌跡的顯著特點。

（二）結合問題情境，鼓勵自主探究

引導學生進一步圍繞“如何將籃球投進籃筐”這個大問題向較低層次的子問題進行遷移。由于學生個體差異與思維方式不同，產生的子問題間邏輯關系存在差異，此時教師可以有效利用實驗器材，鼓勵學生自主進行實驗探究。曲線運動軌跡特點已經有了初步了解，那籃球運動的速度方向是否影響了籃球投中籃筐的軌跡？類似做籃球軌跡的曲線運動的條件有哪些？籃球做曲線運動，可將籃球看作質點進行理解，籃球在某一點的速度方向即為籃球運動軌跡在這點的切線方向，若想探究一般曲線運動的條件，則要進行實驗，在實驗中探究，在探究中領會。

教師可引導學生觀察動態圖，思考并從實驗中探究小鋼球分別做什么運動，做這類運動需要什么條件，進而對學生實驗結論進行總結。觀察直線運動軌跡（見圖4），將小鋼球沿裝置斜面滾下，速度方向與物體受力方向在一條直線上，小鋼球做直線運動；觀察曲線運動軌跡（見圖5），在裝置斜面側面放置圓形磁鐵，仍將小鋼球沿斜面滾下，小鋼球受到磁鐵側向力的吸引，合外力方向與速度方向不在一條直線上，偏離原來方向，做曲線運動。得出一般物體做曲線運動的條件有三點：一是物體所受合外力不為零；二是物體速度不為零；三是物體合外力與速度不共線。

（三）回歸問題情境，培養核心素養

在圍繞“如何將籃球投進籃筐”大問題中產生的一系列子問題中，經過不斷探究，學生對于籃球運動速度特點與產生軌跡的條件有了充分的認知。若想將籃球投進籃筐，還需對加速度、位移與力之間的關系進行深入研究。回歸子問題，教師要進一步帶領學生探究：能否通過改變投籃位置與籃筐的位置投中籃筐？能否研究籃球受到的力？能否將籃球速度進行分解或者受到的力進行分解？使學生真正能從實際出發進行問題處理，培養學生邏輯思維能力、分析與解決實際問題的能力，利于學生正確物理學習方法的掌握與核心素養的形成，為接下來利用物理等效思想分析運動的合成與分解進行鋪墊。

不同于傳統教學的“刻板不知變通”，高中物理大單元教學以學生為中心，以核心素養為導向確定單元教學主題、制定單元教學目標，以問題或任務驅動進行實際教學，由學生親身參與、思考與解決大問題和子問題或大任務和子任務，將其融入課時內容中進行系統規劃。而學習遷移理論主要通過切入新舊物理知識或相似物理知識的關聯處，將分散的物理知識點逐漸搭建直至形成完整的物理知識體系。將學習遷移理論融入高中物理大單元教學，不但能鞏固學生已學知識，加深學生對新知識的理解與應用，也能提升學生物理思維與自主學習能力，促進學生物理核心素養的形成與發展[3]。

參考文獻：

[1] 雷運平.高中物理思維遷移能力培養的教學策略探討[D]. 長春：東北師范大學，2010.

[2]陳思穎.基于初中物理學科核心素養的大單元教學設計與實踐研究：以九年級“電流和電路”大單元教學設計實踐為例[D].上海：華東師范大學，2022.

[3] 安東，王福星.核心素養下初中學業水平考試物理命題變化的三種趨勢[J].中學物理教學參考，2020，49（7）.

課題項目：黑龍江省教育課題“高中物理大單元教學策略研究”（Kt2022032921181611118）；黑龍江省教改項目“專業認證背景下培養學生創新能力和實踐能力的基礎力學課程教學改革研究”（SJGY20200692）；佳木斯大學校級教改課題“專業認證背景下物理師范生實踐能力培養的教學改革研究”（2021JY-40）

（通訊作者：楊丹鳳）

見習編輯/張婷婷