大單元理念下的物理復(fù)習(xí)教學(xué)實踐*
—— 以“斜面中的物理”為例

曾 蓉

(宜昌市夷陵區(qū)實驗初中 湖北 宜昌 443100)

王 衛(wèi)

(宜昌市夷陵區(qū)教研中心 湖北 宜昌 443100)

《義務(wù)教育課程方案(2022年版)》(以下簡稱《課程方案》)的正式發(fā)布拉開了第九次基礎(chǔ)教育改革的序幕.《課程方案》明確要求堅持素養(yǎng)導(dǎo)向,準(zhǔn)確把握課程要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng),明確教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動的素養(yǎng)要求,培養(yǎng)學(xué)生正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力.強(qiáng)化學(xué)科實踐,加強(qiáng)知識學(xué)習(xí)與學(xué)生經(jīng)驗、現(xiàn)實生活、社會實踐之間的聯(lián)系,注重真實情境的創(chuàng)設(shè),增強(qiáng)學(xué)生認(rèn)識真實世界、解決真實問題的能力.推進(jìn)綜合學(xué)習(xí),探索大單元教學(xué),積極開展主體化、項目式學(xué)習(xí)等綜合性教學(xué)活動,推進(jìn)學(xué)生舉一反三、融會貫通,加強(qiáng)知識間的內(nèi)在聯(lián)系,促進(jìn)知識結(jié)構(gòu)化[1].

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)依據(jù)《課程方案》要求,凝練課程所要培養(yǎng)的核心素養(yǎng),主要包含物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.物理課程核心素養(yǎng)體現(xiàn)了物理課程獨特育人價值和共同性育人要求,形成清晰、有序、可評的課程目標(biāo)[2].

基礎(chǔ)教育課程改革的主戰(zhàn)場在課堂,改革的成敗關(guān)鍵在教師.如何引導(dǎo)教師在課堂教學(xué)中落實這些改革要求,將核心素養(yǎng)的發(fā)展落地需要給教師們提供一些可以借鑒的范例.以下是在大單元理念下開展“斜面中的物理”復(fù)習(xí)教學(xué)實踐.

1 確定單元主題

1.1 《課程標(biāo)準(zhǔn)》分析

“運動和相互作用”主題的課程內(nèi)容要求有:知道機(jī)械運動及其形式,會測量物體運動速度,通過實驗和科學(xué)推理,認(rèn)識牛頓第一定律[2].

“能量”主題的課程內(nèi)容要求有:了解能量及其存在的不同形式,認(rèn)識不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化.認(rèn)識功的概念,知道做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程.知道動能、勢能和機(jī)械能,能舉例說明機(jī)械能和其他形式能量的相互轉(zhuǎn)化,知道能量守恒定律,有用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點分析問題的意識.能量是一個最重要的概念,一開始就要引起學(xué)生高度的重視[2].

1.2 教材及學(xué)情分析

《物理》八年級上冊(以人教版教材為例)第1章學(xué)習(xí)了運動快慢及勻速、變速直線運動,學(xué)會了測量物體在斜面上的平均速度;《物理》八年級下冊第6、7兩章學(xué)習(xí)了力的作用效果、重力、支持力、摩擦力,用斜面模型探究了阻力對物體運動影響的實驗,初步形成了運動與力的觀念;《物理》八年級下冊第11章學(xué)習(xí)了功、動能、勢能、機(jī)械能,了解了動能和勢能的轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒,初步形成了能量的觀念,在影響動能大小的實驗探究過程中運用了斜面模型;《物理》九年級全一冊第13、14章學(xué)習(xí)了內(nèi)能、電能、化學(xué)能等各種形式的能量,并知道各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移.

學(xué)生對于運動、力、功、能量及能量的轉(zhuǎn)化有一定的認(rèn)識,但是這些物理觀念是零散的,分布在各個知識板塊,學(xué)習(xí)時間跨度大,沒有形成知識網(wǎng)絡(luò)或者知識網(wǎng)絡(luò)不完整不清晰,也沒有形成有關(guān)功能關(guān)系的完整物理觀念,其認(rèn)識具有片面性、局限性,不成體系.

1.3 單元主題確定

“運動與力”“功與能”的物理觀念是對運動、力、功、能量及能量的轉(zhuǎn)化這些基本觀念的升華,是力學(xué)觀念發(fā)展的精髓,是高中物理課程中的重要物理觀念.在復(fù)習(xí)教學(xué)中如何運用大單元、大概念來統(tǒng)領(lǐng)這些內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)提升,需要一個學(xué)生熟悉的物理模型作為載體來實現(xiàn)復(fù)習(xí)教學(xué)的真實情境創(chuàng)設(shè).人教版義務(wù)教育教科書《物理》在講授機(jī)械運動、力、能量、功的這些內(nèi)容時,多次用斜面模型探究物理規(guī)律,并且斜面在生產(chǎn)、生活中廣泛存在,是學(xué)生處處可見的真實情境.于是確定單元的學(xué)習(xí)主題為:斜面中的物理.

本節(jié)課借助于真實斜面模型,啟發(fā)思考分析,綜合和發(fā)展運動、相互作用、能量的物理觀念,幫助學(xué)生完善力學(xué)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)[3].

2 確定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

單元教學(xué)目標(biāo)一定要突出學(xué)生的主體性,從發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)考慮.單元教學(xué)目標(biāo)表述應(yīng)包含這三要素:通過什么方式、學(xué)習(xí)什么內(nèi)容和達(dá)到什么標(biāo)高.讓學(xué)生知道要學(xué)什么、怎么學(xué)、學(xué)到什么程度,確立學(xué)生學(xué)習(xí)的重點.根據(jù)以上要求確定“斜面中的物理”的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)為:

(1)通過觀察小車在斜面上下滑的過程,猜想其運動特點,能設(shè)計實驗驗證其運動特點.

(2)通過分析運動的小車在斜面上、水平面上的受力情況,正確認(rèn)識運動與力的關(guān)系.通過斜面模型回顧探究運動與力關(guān)系的實驗,進(jìn)一步理解科學(xué)推理的實驗方法,體會伽利略理想實驗的科學(xué)思想.

(3)通過斜面模型分析各個力做功情況,結(jié)合做功過程分析能量的變化,并設(shè)計實驗探究動能大小的影響因素,能準(zhǔn)確領(lǐng)會控制變量和轉(zhuǎn)換的實驗思想在實驗中的應(yīng)用,形成做功過程就是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程的物理觀念.通過斜面模型中的功與能關(guān)系的分析,自然生成機(jī)械能守恒的條件,完善功與能量的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò).

(4)通過“神奇罐子”中的能量轉(zhuǎn)化與存儲電能的方式對比,將所學(xué)的功和能量的物理觀念進(jìn)行類比、遷移,體會人類利用能量觀念的偉大壯舉.

3 設(shè)計思路

單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計的基本理念是“三導(dǎo)三化四環(huán)節(jié)”.

三導(dǎo):素養(yǎng)導(dǎo)向、學(xué)法導(dǎo)引、評價導(dǎo)學(xué).

基本要求:

(1)教學(xué)的方向要以課程核心素養(yǎng)的落地為基本要求,教師要結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容依據(jù)課程核心素養(yǎng)的要求確立單元(課時)學(xué)習(xí)目標(biāo),作為教學(xué)活動的導(dǎo)向[4].

(2)每一個學(xué)習(xí)內(nèi)容都是相關(guān)核心素養(yǎng)發(fā)展的載體,在單元(課時)教學(xué)設(shè)計活動時要結(jié)合學(xué)生的學(xué)情選取恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法,通過恰當(dāng)?shù)膶W(xué)法來引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)發(fā)展核心素養(yǎng).

(3)評價功能是導(dǎo)向、診斷、激勵等,教學(xué)評價的本質(zhì)就是改進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué),也就是引導(dǎo)整個教學(xué)活動,提升課堂教學(xué)的育人品質(zhì).

三化:知識問題化、問題情境化、教學(xué)活動化.

基本要求:

(1)知識變問題,將要學(xué)習(xí)的知識轉(zhuǎn)化成一個一個有層次的問題呈現(xiàn)給學(xué)生,采用任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)活動,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷概念建構(gòu)或探索規(guī)律的完整過程,促進(jìn)相應(yīng)能力的發(fā)展.

(2)在教學(xué)設(shè)計中給這些問題創(chuàng)設(shè)一些符合學(xué)生認(rèn)知和事實經(jīng)驗的真實情境,使學(xué)習(xí)情境化,讓學(xué)生解決真實的問題,從中認(rèn)識學(xué)科課程的價值及其與生活、社會、科技的聯(lián)系.

(3)教學(xué)設(shè)計依據(jù)問題的層次性設(shè)計成一個一個的活動,從學(xué)生已有認(rèn)識入手展開循序漸進(jìn)的教學(xué)過程,每個活動對應(yīng)相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo),并在學(xué)習(xí)活動中設(shè)計相應(yīng)的自主評價,實現(xiàn)核心素養(yǎng)教學(xué)的可教、可評.

四環(huán)節(jié)教學(xué)設(shè)計路徑如圖1所示.

圖1 四環(huán)節(jié)教學(xué)設(shè)計路徑

4 教學(xué)設(shè)計舉例

課題：斜面中的物理.

【情境導(dǎo)入】

視頻播放學(xué)生熟悉的過山車運動場景,觀察生活中的真實情境導(dǎo)入課題.

裁定可撤訴說主張以可上訴對象作為指向性要素進(jìn)行二審撤回起訴權(quán)利的區(qū)分和限制。根據(jù)我國民訴法的規(guī)定，能夠作為被上訴對象的裁判分為兩類，即判決和裁定。裁定可撤訴說就主張以此作為區(qū)分能否在二審程序中申請撤回起訴的依據(jù)，即只有在以裁定為對象提起上訴的案件中原審原告享有申請撤回起訴的權(quán)利。此種學(xué)說主張主要存在于我國司法實踐中，最高人民法院在處理某些案件時就明確持有此種觀點，如最高人民法院審理的神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司與中國信達(dá)資產(chǎn)管理股份有限公司公司盈余分配糾紛案。

視頻中的過山車運動可以用教室里的小車和斜面來模擬運動進(jìn)行研究.教師演示小車沿斜面下滑的運動過程.

設(shè)計意圖：利用過山車這一真實情景,帶著學(xué)生從生活走向物理,通過建立物理模型——斜面,將真實的情境轉(zhuǎn)化成學(xué)生熟悉的物理斜面模型來進(jìn)行研究,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力.

【學(xué)習(xí)探究】

目標(biāo)一：認(rèn)識物體在斜面上的運動.

學(xué)習(xí)活動一：學(xué)生通過觀察小車在斜面上下滑的過程,猜想速度變化的特點,討論交流設(shè)計實驗驗證小車做加速運動.

學(xué)生圍繞“測量什么物理量進(jìn)行比較?”“怎么測量?”“什么樣的測量結(jié)果能說明加速?”這3個問題進(jìn)行思考、交流與展示.

設(shè)計意圖：通過情境化的挑戰(zhàn)性任務(wù)組織學(xué)生積極開展合作、溝通、交流生成實驗方案和辦法.學(xué)生圍繞3個問題進(jìn)行思考、交流與展示,復(fù)習(xí)鞏固測量平均速度的實驗原理,同時提出新的挑戰(zhàn),利用復(fù)習(xí)平均速度測量實驗的同時將其用來解決實際問題,自然生成判斷機(jī)械運動的實驗方案,幫助學(xué)生樹立機(jī)械運動的物理觀念,培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維.

導(dǎo)問：小車在斜面上的運動是加速直線運動,為什么小車會做加速運動?(過渡到活動二)

目標(biāo)二：認(rèn)識物體在斜面上的受力.

問題1：重力使小車加速運動,力改變了物體運動狀態(tài).那物體的運動需要力來維持嗎?為什么?

問題2：小車能在水平面上一直運動下去嗎?為什么?

問題3：小車因為受到摩擦阻力而減速滑行,如果沒有阻力,小車的運動會如何?

問題4：我們?nèi)绾斡脤嶒瀬碜C明不受阻力時小車可以做勻速直線運動呢?不受阻力的情況是不存在的,我們該如何實驗?討論展示實驗方案.

小組討論,交流評估:

(1)能不能換個順序先木板再棉布最后毛巾來探究?為什么?

(2)實驗中需要控制變量嗎?為什么?

(3)如何控制?

問題5：小車在水平面上滑行時,受阻力就做減速運動,在不受阻力時做勻速直線運動,那運動和力到底有怎樣的關(guān)系?

設(shè)計意圖：以問題為導(dǎo)向,層層深入,探尋運動與力的關(guān)系:“哪個力使小車加速下滑的?”啟發(fā)思考運動與力的關(guān)系——“物體的運動需要力來維持嗎?為什么?”深入思考運動與力的關(guān)系——“小車在水平面上滑行時,受阻力就做減速運動,在不受阻力時做勻速直線運動,那運動和力到底有怎樣的關(guān)系?”最后再一次對比受阻力和不受阻力時的運動,完善對運動與力關(guān)系的理解,發(fā)展運動與相互作用的物理觀念.

以問題為導(dǎo)向,設(shè)計并評估科學(xué)探究活動,深度理解實驗思想.“不受阻力的情況是不存在的,我們該如何實驗?”啟發(fā)學(xué)生思考得出實驗方案:木板上鋪毛巾→棉布→木板→不受阻力,在逐漸減小阻力的基礎(chǔ)上,進(jìn)行科學(xué)推理得出在不受阻力時運動的小車做勻速直線運動.交流反思中,阻力變大的推理與阻力變小的推理形成了對比,讓學(xué)生更深刻地體會到了伽利略理想實驗中科學(xué)推理的精髓與妙處.

導(dǎo)問：由于力的原因,小車在水平面上運動的速度減小,反映了小車的什么能量發(fā)生了變化?動能還與什么因素有關(guān)?(過渡到活動三)

目標(biāo)三：認(rèn)識物體在斜面上的能量.

學(xué)習(xí)活動三：分析小車的能量變化及做功情況,探究功與能量的關(guān)系,總結(jié)機(jī)械能守恒的條件.

問題6：那我們?nèi)绾谓柚泵婺Ｐ吞骄縿幽艽笮〉挠绊懸蛩?除了斜面軌道和小車外,還需要其他器材嗎?為什么?

問題7：為什么可以這樣比較動能的大小?

問題8：在探究動能和速度關(guān)系時,改變什么、控制什么?怎么改變、怎么控制?在探究動能和質(zhì)量關(guān)系時,改變什么、控制什么?怎么改變、怎么控制?

學(xué)生討論交流,展示實驗過程.

設(shè)計意圖：以問題為導(dǎo)向,進(jìn)行科學(xué)探究活動,深刻體會該實驗中的轉(zhuǎn)換思想:將小車動能的大小轉(zhuǎn)換成小車推動木塊移動的距離來顯示.其中隱含的是功與能量的物理觀念:物體能對外做功,就說明物體具有能量,能對外做功越多具有的能量就越大.

啟發(fā)學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康摹嶒炋骄糠椒ㄟx擇實驗器材、設(shè)計實驗方案,同時通過實驗深化對功與能量關(guān)系的認(rèn)識,深刻領(lǐng)悟物理規(guī)律的內(nèi)涵及相互聯(lián)系,發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

問題9：改變了小車下滑的高度,為什么就能改變小車到達(dá)水平面的速度?

問題10：小車在斜面上發(fā)生了能量的轉(zhuǎn)化,是小車所受的重力、支持力、摩擦力3個力中哪個力做出了貢獻(xiàn),實現(xiàn)了重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程?

問題11：動能和勢能統(tǒng)稱機(jī)械能.小車推動木塊在水平面上滑行后,最終停下來了,小車和木塊的機(jī)械能到哪里去了?

問題12：既然在運動中物體會克服摩擦力做功,摩擦生熱,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.小車和木塊在水平面運動時,怎樣才能實現(xiàn)它們的機(jī)械能不變?

師生討論交流得出:當(dāng)斜面、水平面光滑時,不受摩擦力,沒有克服摩擦力做功,只有勢能和動能相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能就是守恒的.

設(shè)計意圖：實驗探究活動中,學(xué)生體會到了功與能量有關(guān),但有怎樣的具體關(guān)系,學(xué)生未知.通過分析斜面上功、能量的變化,啟發(fā)深入思考,生成重力勢能轉(zhuǎn)化為動能是通過重力做功來完成的.通過追問水平面上機(jī)械能損失的原因,生成克服摩擦阻力做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的物理觀念,總結(jié)出了機(jī)械能守恒的條件.以問題為導(dǎo)向進(jìn)行科學(xué)探究活動,探尋運動與相互作用的關(guān)系、功與能量的關(guān)系,學(xué)生高度參與、深度思維、內(nèi)化認(rèn)知,建構(gòu)力學(xué)知識體系,完善力學(xué)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò),發(fā)展物理觀念.

【知識建構(gòu)】

如果提問:今天你收獲了什么?建構(gòu)思維導(dǎo)圖如圖2所示.

圖2 力、運動、功、能量關(guān)系思維導(dǎo)圖

設(shè)計意圖：通過思維導(dǎo)圖建構(gòu)力、運動、功、能量的內(nèi)在聯(lián)系,幫助學(xué)生建構(gòu)物理觀念的整體性,聯(lián)系生活實際情境問題,培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng),實現(xiàn)學(xué)科育人目標(biāo).

【素養(yǎng)拓展】

“神奇罐子”與電能的儲存.

觀看“神奇罐子”的視頻,說一說“神奇罐子”運動過程中能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移.思考水力發(fā)電獲得的多余的電能可以借助什么能量儲存呢?師生交流得出可以通過化學(xué)能、抽水蓄能電站、壓縮空氣能來儲存電能的多種儲能方式[5].

設(shè)計意圖：學(xué)生能從分析“神奇罐子”中能量的轉(zhuǎn)化中發(fā)現(xiàn)動能可以借助彈性勢能進(jìn)行儲存,遷移思考水力發(fā)電獲得的多余的電能可以借助什么能量儲存呢?拓展了解化學(xué)能儲存、山頂抽水蓄能電站、壓縮空氣能儲存電能,體會科技的力量.從生活走向物理,從物理走向社會,以融會貫通的方式對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行組織,建構(gòu)知識結(jié)構(gòu);類比遷移,深入挖掘物理知識中蘊(yùn)含的育人價值.

5 結(jié)束語

本節(jié)課設(shè)計的問題邏輯性強(qiáng),學(xué)生能夠緊跟問題,深入思考,深度思維,從課堂上學(xué)生的互動中促使物理規(guī)律生成自然.在大單元教學(xué)的理念下,將分散在初中物理各個章節(jié)的物理核心知識依據(jù)課程核心素養(yǎng)的要求進(jìn)行整合,按照“三導(dǎo)三化”的教學(xué)理念進(jìn)行大單元整體設(shè)計,通過課堂教學(xué)的4個環(huán)節(jié)實踐,學(xué)生自主完善認(rèn)知、對比遷移、應(yīng)用實踐,促使學(xué)生物理核心素養(yǎng)落地.