學習進階視域下物理概念建構與評估的深度備課

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A

學習進階理論在物理教學與備課的實踐中有著廣泛的應用，不論何種課型都能體現出該理論較高的指導價值，若備課活動能根植于學習進階理論之土壤，必然能促進備課行為規范化、備課內容深度化、備課過程清晰化。現實中，窄化的頂層設計妨礙了學生思維的視野，淺薄的教學認知限制了學生思維的縱深化發展，寬泛的學生活動模糊了學生思維的目標，繁雜的驅動任務讓學生顧此失彼，增加了認知負荷。有鑒于此，本文借助學習進階理論站在深度備課的視角，重新認識教學與備課，以概念教學為例，闡釋上述問題，以期啟發實踐。

1深度備課的前提：課標與教材分析

本節是繼“描述運動快慢一速度”之后的又一重要學習內容，是第一章內容的章末部分。《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》對“加速度”一節內容的具體要求是：（1）理解加速度；（2）結合加速度概念的建構體會科學思維中的抽象方法[1]。以此為探究勻變速直線運動特點的前提，要求能用公式、圖像等方法描述文章編號：1003-6148（2025）6-0012-7勻變速直線運動，能運用其解決實際問題。筆者認為，要做到深度備課，下面兩點較為重要：其一，理解加速度需要解決三個問題，即為什么要引入加速度，怎樣引入加速度，加速度的內涵是什么，解決這三個問題有利于讓學生建立結構化的概念和思維方式。這是凸顯比值定義法的關鍵。其二，探究勻變速直線運動的特點有兩層含義，一是鞏固和深化學生對加速度概念本身的理解，讓學生在具體物理實驗中掌握科學探究的一般步驟，培養學生的科學問題意識、證據意識、解釋能力和合作意識；二是為引入和學習 v-t 圖像埋下伏筆，是科學思維培養的關鍵。

加速度是聯系力和運動的橋梁。要描述物體或質點的運動、學習動力學知識，乃至對電場、磁場中相關研究對象的探討，都離不開加速度，因此加速度在高中物理中具有核心地位。本節由3個教學內容構成：加速度概念，加速度方向，從v-t 圖像看加速度。在教材編排上，首先在“問題”部分呈現汽車、火車的加速度情境，利用加速過程中“速度大\"和“速度變化大”的不同激發學生討論來引入教學。緊接著，類比速度的建立方法，建立加速度概念，借此回答“為什么要引人加速度”的問題，同時指出其單位與矢量性。隨后，教材利用同一直線加速（減速）運動中初、末速度在幾何畫法上的區別，幫助學生理解直線加速（減速）運動中加速度方向與初速度方向的關系，在“思考與討論\"部分簡略提及生活中對運動的快慢的提法與物理學有所不同。最后，讓學生在 v -t圖像中識別加速度就是斜率，深化學生對加速度的理解，將“變化率”拓展至自然與社會生活[2]。

2 深度備課的取向：劃階立標布局

2.1 基于調查確立進階起點

確立知識起點。如圖1所示，教學設計之前，筆者對學生的基礎知識和經驗做了統計性調查，除“知道斜率”調查項外，其余各調查項學生掌握情況良好。因此，學生有學好加速度的知識基礎。

確立認知起點。高一階段的學生在心理上已經逐步走向成熟，但是他們對客觀物理現象的認識有很多的主觀因素，容易受到感性認識與形象思維的影響，思維不夠深刻，加速度比速度更為抽象，對為什么要引入加速度理解不夠透徹，特別是加速度的方向問題會給學生的學習帶來困擾，這既是本節課的教學重點，同時也是教學難點。

確立素養與思維基礎。速度概念在建立過程中用到了比值定義法，加速度概念的建立過程與之類似，也將用到比值定義法，這是培養學生物理理論思維與科學思維的前提和最佳教學素材，因此，學生學習加速度的思維原點與方法基礎就是基于比值定義法的學科方法結構。掌握知識與方法遷移的物理能力，最終實現加速度概念文字化、公式化、圖像化的升級迭代，是科學思維培養的重點。

2.2 鑒始確終，確立目標

逆向教學設計對教學目標的確立強調以終為始，試圖把要抵達的教學目標逐步分解為教學的起點。學習進階視域下的深度備課在教學設計中注重對階的劃分與進階過程的科學規劃，突出步步為營、鑒始確終的設計策略。為此，要把學生原有的知識經驗、目前的認知水平、當下的能力狀態和基礎素養等方面作為備課的起點，在素養目標引領下設計教學目標，如圖2所示。

【物理觀念】掌握加 【科學思維】創設思 【科學探究】通過對 【科學態度與責任】速度概念的內涵與 維情境，在加速度概 加速度概念的引入 能夠區分生活中物外延;突出本概念的 念建立的過程中逐 和建構過程的理論 理概念與科學中物矢量性、基礎性和應 步發展類比遷移的 思考，培養提出問題、 理概念的不同，形成用性，并結合速度的 物理能力，發展概括 分析問題和解決問 嚴謹的科學態度，培方向判斷運動性質， 能力，體會比值定義 題的能力，借助測定 養一絲不茍的研究理解加速度與速度 法的妙用和突破作 平均加速度的創新 風格，通過生活中交的關系，關注加速度 用，借助對比分析的 實驗，培養證據意識 通安全的典型事例，物理意義的理解。基 方法理解加速度、速 和實驗設計能力，促 體會物理理論學習于此，提煉培養運動 度變化量和速度變 進科學探究能力的 與生活實際的緊密與變化始終存在普 化率之間的區別，增 養成，發揮實驗教學 聯系，激發物理學習遍聯系的運動觀，讓 強科學概括能力，讓 的育人功能，促進探 興趣，同時樹立實用觀念進階。 思維進階。 究能力進階。 主義學習觀。知識與經驗基礎 心理與認知基礎 素養與思維基礎

2.3 基于學習進階的課堂備課思路

學習進階視域下的深度備課，既要保證學生能夠在原有知識水平、認知狀態、思維狀態等固有學情基礎上拾級而上，還需對將要學習的內容有直抵本質的把握與理解。由于加速度概念的建立思維跨度大，所以在概念的建立過程中要構建學習臺階，放緩概念的建立過程，以進階的方式降低難度，來突破難點[3]。圖3給出了基于學習進階的備課思路。包含5個思維層級：層級1，接受與感知（對教學而言歸屬概念的感知與引入）;層級2，形成與理解；層級3，深化與活化；層級4，應用與創新；層級5，升華與總結。包含八個進階過程，主要以具體知識掌握為線索，根據知識的不同屬性與教學原理，將其合乎邏輯地融入思維層級之中，體現思維之階牽動知識之階，知識之階反映思維之階的備課邏輯，分別是：速度及其變化的理解；速度變化快慢的現實意義；類比建立速度概念用到的比值定義法，形成加速度概念；速度、速度變化、速度變化率的理解；加速度概念的應用（矢量性）；從 v-t 圖像看加速度的轉化與表達；利用光電門測定平均加速度；由物理及生活（變化率的意義拓展）。及時評估教與學的效果既是推進教學的必要條件，也是深度備課的應有之義。圖3的備課思路圖，在每一思維態即將實現之時，及時跟進建構與評估作業，實現了深度學習理論所強調的持續性評價要求，隨著教學過程的推進逐步提升思維難度，作業難度同步提升，體現了深度學習理論所強調的挑戰性任務的合理布局，這兩者回答了“什么是階”“怎樣進階\"“進到哪里\"的進階式深度備課理念。

層級1 層級2 層級3 層級4 層級5加速度概念的 加速度概念的 加速度概念的 加速度概念的 加速度概念的感知與引入 形成與理解 深化與活化 應用與創新 升華與總結階1：速度及其變 階3：類比速度建立 階5：加速度概念的 階7：利用光電門 階8：由物理及化的理解 的比值定義法形成 應用（矢量性） 測定平均加速度 生活—變化階2：速度變化快 加速度的概念 階6：從 v-t 圖像看加 率的意義拓展慢的現實意義 階4：速度、速度變 速度的轉化與表達化、速度變化率的理解知識建構與評估 知識建構與評估 知識建構與評估 知識建構與評估 知識建構與評估作業1 作業2 作業3 作業4 作業5

3深度備課的構課取向：“五層八階\"的 思維層級

3.1 思維層級1：概念的感知與引入

階1：速度及其變化的理解

教師活動：播放飛機、汽車、摩托車賽跑的視頻，呈現數據。視頻播放前，先讓學生說一說對三種交通工具運動快慢的基本看法。視頻播放結束后，讓學生根據表格中的數據，說一說小汽車、火車的速度以及速度變化，分析這兩種交通工具的啟動性能。

學生活動：觀看視頻，觀看后思考為什么會有這樣那樣的不同，定性討論看到的現象；根據表格分析兩種常用交通工具的啟動性能，討論哪個的啟動性能要好點（圖4）。

設計意圖：學習進階的始端即認知的起點，而終端則是認知的終點，即科學概念層次[4]，從課程觀的角度看，教師在一節課中不可能完成由始端到終端的全部任務，而往往是完成其中的某個或某幾個階[5]。教學伊始，課堂營造的積極、輕松的思維環境對學習具有積極的心理價值，教學的起點就應當落在思維與認知的原點，以此作為學習進階的起點，教師引導學生觀察視頻的目的在于指明學生思考的方向，有利于增強教學的目的性。生活體驗往往使學生對速度與速度變化、速度變化快慢的理解出現混亂，巧妙地利用這些前概念，有利于制造認知沖突，可以促使學生認識自己的錯誤認知，感知運動觀念，為新課教學做充分的鋪墊。

階2：速度變化快慢的現實意義

教師活動：根據前述視頻與表格數據，對比賽車數據，開展選“賽車”活動，教師對百公里加速時間進行說明。（展示兩種賽車，一種為百公里加速時間為 2.9s ，另一種為2.85 s）

學生活動：學生根據自己對速度變化和百公里加速時間的理解，選擇啟動性能好的賽車，并說明具體理由。

設計意圖：在選擇賽車的活動中激發學生的參與熱情，培養學生的自主意識，增強學生的主觀能動性，設定好學習進階的基點，為學生正確認識物理概念埋下伏筆。

3.2 思維層級2：概念的形成與理解

階3：類比建立速度概念用到的比值定義法，形成加速度概念

教師活動：在認知建構作業1完成之后，向學生提出思維問題。（1）速度的物理意義是什么；（2）速度建立過程中運用了何種科學研究方法；（3）你能否以此類比建立描述速度變化快慢的物理量，借以描述汽車的啟動性能（教師適時指出這個物理量可以用字母a來表示）。引導學生自學教材中的內容，加強對加速度定義、表達式、單位、矢量性、物理意義的掌握。在評估學生掌握之際，及時出示課件（圖5）。

加速度概念的形成與理解

1.定義：速度的變化量跟發生這一變化所用時間的比值。

2.定義式：

3.物理意義：描述物體速度變化的“快慢”，加速度越大，速度變化越快。

4.單位：在國際單位制中是“米每二次方秒”，符號是m/s（或 m?s^-2） 5.矢量性：加速度是矢量，有方向。加速度 Ψ_a 的方向與速度變化量Δv 方向相同。

圖5教學課件

階4：速度、速度變化、速度變化率的理解

教師活動：向學生提出更具挑戰性的思維問題。嘗試從比值定義法的角度思考與分析 a，v，Δt 有何關系。通過舉例說明以下幾個問題的正確性：（1）速度大的物體加速度大；（2）速度變化大的物體加速度一定大；（3）速度變化大的物體速度一定大。

學生活動：在教師的引導下，學生根據思維問題建構加速度概念，實現對加速度物理意義的理解，掌握加速度定義、定義式（包含構成定義式的各量）單位、矢量性等基本問題。

設計意圖：培養學生的知識遷移能力，明確比值定義法的本質在于統一比較標準。本教學環節是培養學生科學思維與高階思維的關鍵，是后續知識、方法掌握的基礎，有利于推進教學進程。

3.3 思維層級3：概念的深化與活化

階5：加速度概念的應用

教師活動：要求學生先自學，后嘗試引導他們運用畫圖法理解直線加速（減速）運動中速度、速度變化量和加速度方向的關系。首先，教師引導學生自學教材展示的幾何畫法，并強調速度的矢量性；其次，根據學情可以先讓學生自學找規律后示范，或先示范后啟發學生找規律，同時開展針對性提問，引發學生注意。

學生活動：在教師提示下，自學教材內容，尋找速度、速度變化量和加速度方向間的規律。并把關鍵規律在教材中進行圈點、批注。得到下列2個結論：（1）加速度方向和速度變化量的方向相同，與速度方向無關；（2）直線加速（減速）運動中，初速度方向與加速度方向相同（相反）。

設計意圖：教學設計需要在學生和教材間留有余地，學生研讀教材的過程其實就是自我思考的過程。行課至此，學生的注意力可能會有所下降，因此教師要學會“轉場”，將學生的注意力由教師轉至教材，轉至與教材編寫者的對話中去。此處的自學環節有利于調節課堂節奏，具備以下幾個方面的價值：培養學生的自學能力，引導學生關注教材細節，培養學生觀察教材插圖找規律，培養學生概括與總結的能力，發展學生的科學思維能力。

階6：從 v-t 圖像看加速度的轉化與表達

教師活動：教師展示 v-t 圖像（圖6），引導學生從斜率的角度理解加速度，并對此進行變式分析，同時提出問題：（1）圖6（a）中 ω_a，b 哪個加速度大？原因何在；（2）圖6（b）中的加速度是恒定的嗎？為什么？

學生活動：結合教材內容，學生掌握 v-t 圖像中斜率表示加速度，并得到3條結論：（1）加速度在 v-t 圖像中體現為斜率，斜率大加速度就大，斜率小加速度就小；（2）斜率發生變化時，加速度就發生變化；（3）斜率的正負表示加速度的方向或者速度變化的方向。

設計意圖：以教材呈現的 v-t 圖像為載體，鞏固與拓展學生對該圖像的認識，提升學生的圖像素養。在物理圖像中理解物理概念，溝通數學與物理知識，進行簡單的跨學科教學，實現思維的數理聯結。在圖像的轉化與變式拓展中深化與活化學生對加速度的理解，提升思維深度。

3.4 思維層級4：概念的應用與創新

階7：利用光電門測定平均加速度

教師活動：引導學生根據平均速度的定義過程理解平均加速度的概念，并提出“如何測定平均加速度\"的實驗要求。預先準備演示器材，鞏固光電門的操作，學生設計探究方案，利用光電門測定直線運動中的平均加速度。該過程教師應當預見的學生障礙點有兩個：如何測定速度，如何測定時間（利用數字計時器測定）。

學生活動：從加速度的定義式 出發，思考實驗原理、裝置、實驗步驟等。

設計意圖：物理實驗是培養學生科學探究能力與創造能力的有效載體，在創新性思維與創造性品質的培養上具有獨特的優勢，具備其他學科無法代替的學科優勢。本環節承接前3個環節的知識、能力培養，實驗設計過程把學習要求直接拔高至創造性思維的培養與學科能力的遷移層面。

3.5 思維層級5：概念的升華與總結

階8：由物理及生活（變化率的意義拓展）

教師活動：讓學生閱讀本節“科學漫步\"欄目中關于變化率的介紹，并提出下列問題：問題1，變化率在生活中普遍存在嗎？請大家列舉，越多越好；問題2，如何表示變化率。學生完成自學和提問后，教師進行總結與升華。（在物理學與生產生活中，除了對時間的變化率外，很多時候還可以研究一些量對其他量的變化率，比如電壓對電流的變化率R=AU

學生活動：完成兩個任務。任務1，閱讀教材中的內容，思考教師提出的問題；任務2，專心聽教師對變化率概念的拓展與總結。在任務1中準確找到問題1和問題2的答案。比如，問題1的參考答案可以是一段時間內的價格變化率、身高變化率、體重變化率、河水水位變化率等。問題2的參考答案可以描述為 ，借此表示 D 隨時間的變化快慢。

設計意圖：以變化率為核心概念，統攝位置變化快慢、速度變化快慢等與變化率有關的物理、生活現象，讓學生經歷由特殊到一般的思維演繹推理過程。介紹變化率，或者把速度變化快慢（位置變化快慢）所隱藏的科學研究方法（統一比較標準，以比定量）顯化，拓展了學生對物理概念的認識，即加速度并不是唯一的“變化率”，呼應教學引入環節所展示的幾種交通工具啟動快慢之不同。由物理及生活，構建學生認知網絡，體現整體性協同教學理念，讓學生在回味中結束學習。

4深度備課的作業布局：“建構一評估”的任務設計

從圖3給出的備課思路可以看出，進階是知識建構的手段，不同思維狀態下進階的內容有所不同，為檢測進階與認知建構效果，應適時設計“建構一評估\"作業。課堂教學需要細膩化，如果說圖3是在備宏觀的頂層設計，前述的“五層八階”與此時的作業布局就是在備思維階程和預期思維效果，在不同的認知建構環節結束之時，預設評估性作業，及時檢測與評價進階效果，則是實現思維細膩化的有效手段。表1展示了每一步認知建構過程后的具體評估作業，它與當前作業共同形成了本節教學內容的作業體系。其中，情境化作業包括評估作業1、評估作業2、評估作業3，皆是封閉式的結構化作業；實驗類作業是評估作業4，目的在于提升學生的科學探究能力；開放性作業是評估作業5，目的在于擴展學生的思維認知。

5 備課反思

為更好地落實物理核心素養，該備課確立了“五層八階”的“建構一評估\"設計思路，該思路步步為營、環環相扣，為培養學生的高階思維而設計。其中有三點值得反思：其一，如何確立教學目標是深度備課的重點。本設計提出的“鑒始確終”策略是否合理還有待進一步論證和檢驗，因為要把物理核心素養的各要素從教學內容中凝練為教學目標，并不是一件容易的事情；其二，正確劃分階程是實現深度備課的難點。這需要教師有深厚的理論功底和實踐經驗，要拿捏好階程劃分的尺度，并正確把握進階起點和終點的邏輯關系；其三，利用光電門測定平均加速度的實驗教學環節是亮點。它能夠最大限度地培養學生的知識應用能力和創造性思維品質，與其余環節構成了學生思維認知的串聯線，保證了備課的完整性。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.[2]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中教科書物理必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019：19-33.

[3]應發寶.基于學習進階的教學構建—以“速度變化快慢的描述——加速度”為例[J].物理教師，2019，40（5）：16-20.

[4]汪海林，羅秋芳.“學習進階”視角下“加速度”概念教學的實踐思考[J].物理教學探討，2019，37（2）：10-12，15.[5]翟小銘，郭玉英，李敏.構建學習進階：本質問題與教學實踐策略[J].教育科學，2015（2）：47-51.

（欄目編輯 趙保鋼）