基于核心概念的高中物理單元化教學(xué)初探

馮峰

【摘 要】本文分析核心概念對(duì)學(xué)習(xí)的重要意義，闡明進(jìn)行核心概念教學(xué)的理論基礎(chǔ)，以“動(dòng)能和動(dòng)能定理”為例，闡述基于核心概念的高中物理單元化教學(xué)策略，以金字塔型的知識(shí)結(jié)構(gòu)中的核心概念為中心，將核心概念轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^容易讓學(xué)生理解的概念與典型事實(shí)，以便學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)能和動(dòng)能定理 核心概念 單元化教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2020）05B-0108-02

高中階段的學(xué)生在進(jìn)行物理學(xué)科的學(xué)習(xí)時(shí)，他們的邏輯不但有可能會(huì)發(fā)生混亂，使他們不能完全掌握所學(xué)知識(shí)，而且相對(duì)應(yīng)的自主和協(xié)作學(xué)習(xí)也不能高效率進(jìn)行。本文將以“動(dòng)能和動(dòng)能定理”教學(xué)為例，基于核心概念對(duì)其進(jìn)行高中物理單元化教學(xué)的探究。這里所說的單元化不是單單研究某一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)，而是探究如何圍繞本章重點(diǎn)知識(shí)對(duì)“動(dòng)能和動(dòng)能定理”相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。以“功能關(guān)系”和“能量守恒”為支架，將該部分的相關(guān)知識(shí)靈活地融入整個(gè)單元的內(nèi)容中，通過演繹核心概念與恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)推論等方法進(jìn)行教學(xué)模型的設(shè)計(jì)。

一、核心概念對(duì)學(xué)習(xí)的重要意義

人類的知識(shí)結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有金字塔的形態(tài)或者說框架，從下往上數(shù)，最下面的一層是事實(shí)知識(shí)，事實(shí)知識(shí)指的是人們對(duì)某些事物的基本認(rèn)知及所掌握的基本情況，例如，地球是圍繞太陽進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的;倒數(shù)第二層是統(tǒng)攝性比較小的概念;第三層屬于學(xué)科視角下的核心概念和學(xué)習(xí)方法;第二層屬于跨學(xué)科主題，也就是將不同學(xué)科所需的知識(shí)進(jìn)行融合所產(chǎn)生的綜合性知識(shí);金字塔頂端屬于所學(xué)內(nèi)容的哲學(xué)觀點(diǎn)，它指的是對(duì)人生、世界等方面的思考。在金字塔結(jié)構(gòu)中，可以直觀明了地發(fā)現(xiàn)越高層面的知識(shí)人們積累得越少，但其綜合程度越高;而對(duì)于越低層面的知識(shí)，人們接受的比較多，但相對(duì)而言其較為繁雜。通過對(duì)金字塔知識(shí)結(jié)構(gòu)框架的探究發(fā)現(xiàn)，核心概念和學(xué)習(xí)方法在某一具體學(xué)科中占有絕對(duì)的主體地位。核心概念是指具有高度概括性、對(duì)單元內(nèi)容的歸納總結(jié)，在高中物理內(nèi)容中處于主要地位。由此可知，核心概念對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)而言具有重要意義。教師在進(jìn)行高中物理教學(xué)活動(dòng)時(shí)，要注重核心概念的理念，并在核心概念教學(xué)理念下對(duì)知識(shí)進(jìn)行單元化概括，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)，使學(xué)生可以建造一個(gè)屬于他們自己的知識(shí)框架，使學(xué)生的物理思維得到培養(yǎng)，并從物理的視角觀察世界、探索世界未知的奧秘。

二、理論基礎(chǔ)

（一）核心素養(yǎng)

對(duì)于物理課堂教學(xué)而言，教師應(yīng)緊緊圍繞高中物理核心素養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，注重對(duì)學(xué)生物理思維能力、科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，幫助學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)，最終使學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)得以提高，從而使他們可以更加牢固地掌握所學(xué)知識(shí)。

（二）支架式教學(xué)理論

最近發(fā)展區(qū)指的是從學(xué)生水平的現(xiàn)有發(fā)展區(qū)提升到目標(biāo)發(fā)展區(qū)的中間階段。教師應(yīng)給予學(xué)生適當(dāng)?shù)膸椭?，使學(xué)生的知識(shí)水平及能力得以提高，讓學(xué)生在現(xiàn)有知識(shí)水平及能力的基礎(chǔ)上了解知識(shí)的基本構(gòu)成或者是重要觀點(diǎn)。然后讓學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)知識(shí)的學(xué)習(xí)，這樣可以使學(xué)生系統(tǒng)化地學(xué)習(xí)并掌握相關(guān)知識(shí)，便于學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)到單元知識(shí)的實(shí)質(zhì)核心、明確學(xué)習(xí)方向、提高知識(shí)綜合應(yīng)用能力，最終使學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)能力得以提高。高中物理教師在進(jìn)行教學(xué)時(shí)應(yīng)著重向?qū)W生強(qiáng)調(diào)物理意義的重要性，且要選用具有明確含義、可以使學(xué)生快速理解相關(guān)內(nèi)容的支架。

三、“動(dòng)能和動(dòng)能定理”的單元化教學(xué)策略

（一）主體思路

在講解“機(jī)械能守恒定律”時(shí)，由于其沿著能量的線索解決問題與用牛頓定律解決問題的線索不相同，因而本章內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，可以將其看作一個(gè)知識(shí)單元。筆者對(duì)本章內(nèi)容進(jìn)行分析，了解到本章內(nèi)容的核心概念可以總結(jié)概括為“能量”（包括功與能量的關(guān)系、能量守恒定律）。它的表述為宇宙中的總能量是永恒不變的，當(dāng)能量從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式時(shí)會(huì)產(chǎn)生功，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。在進(jìn)行單元化教學(xué)的初級(jí)階段，了解學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平及能力，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生了解核心概念，利用通俗易懂的語言為學(xué)生詳細(xì)講解核心概念，讓學(xué)生深入理解它的意義。然后再對(duì)功的計(jì)算、重力（彈力）做功、勢(shì)能（動(dòng)能）的變化、機(jī)械能守恒等問題進(jìn)行相關(guān)研究。只有讓學(xué)生完全清晰地理解了動(dòng)能和動(dòng)能定理之間的關(guān)系，才能對(duì)本章內(nèi)容進(jìn)行單元化教學(xué)，推動(dòng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

（二）知識(shí)結(jié)構(gòu)

以“能量”為核心概念對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行拓展，這個(gè)核心概念可以延伸出三個(gè)重要概念—— 功、功能關(guān)系以及能量轉(zhuǎn)換，這三個(gè)概念可以衍生出較為詳細(xì)具體的概念。例如，它們之間的關(guān)系、各自所包含的關(guān)系式等。

（三）單元化教學(xué)模型

依據(jù)初中物理學(xué)科中與能量相關(guān)的內(nèi)容對(duì)學(xué)生的現(xiàn)有發(fā)展區(qū)進(jìn)行明確。牛頓力學(xué)是初中階段的重點(diǎn)內(nèi)容，在確定學(xué)生現(xiàn)有發(fā)展區(qū)的過程中，也將其劃入這個(gè)范圍內(nèi)。學(xué)生剛進(jìn)入高中階段這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)時(shí)，筆者將初中所學(xué)的功的相關(guān)知識(shí)引入新課，比如，功的計(jì)算以及各種力做功的特點(diǎn)、功率等，之后根據(jù)學(xué)生在初中階段掌握的有關(guān)能量與機(jī)械能守恒的相關(guān)知識(shí)的情況，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行高中物理“能量”這一核心概念的學(xué)習(xí)。由于功與能量的關(guān)系和能量守恒觀念是大致相同的，因此在講解能量守恒時(shí)，可以從能量轉(zhuǎn)化出發(fā)，引申功能關(guān)系。這樣可以加深學(xué)生對(duì)能量問題的理解，將學(xué)生的現(xiàn)有發(fā)展區(qū)有機(jī)聯(lián)系到目標(biāo)發(fā)展區(qū)。在此基礎(chǔ)上對(duì)動(dòng)能定理相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。在此過程中，教師需巧妙利用數(shù)學(xué)推論以及邏輯推理幫助學(xué)生過渡至目標(biāo)發(fā)展區(qū)?？梢姡诵母拍钤趩卧虒W(xué)模式中起到極其重要的作用。詳細(xì)操作可看下圖。

（四）“動(dòng)能和動(dòng)能定理”教學(xué)案例（1 課時(shí)）

在“動(dòng)能和動(dòng)能定理”的教學(xué)中，將核心概念作為教學(xué)出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合牛頓力學(xué)的數(shù)學(xué)推理以及實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論導(dǎo)入動(dòng)能定理和動(dòng)能定理的表達(dá)式，其中，中間的教學(xué)過程主要分為三個(gè)階段。

第一個(gè)階段，依據(jù)核心概念演繹推論獲得 Fx=Ek2-Ek1 這一結(jié)論，之后再通過牛頓力學(xué)相關(guān)知識(shí)的推導(dǎo)及探究獲得 Fx=mv22-mv12 這一恒力做功的表達(dá)式。

第二個(gè)階段，通過第一階段所得出的兩個(gè)表達(dá)式推導(dǎo)出動(dòng)能的表達(dá)式 Ek=mv2，之后再由“推力做功與動(dòng)能的增量相等”這一概念引出動(dòng)能定理。隨后利用多力做功、非直線做功以及變力做功等方面知識(shí)，結(jié)合微元法和標(biāo)量計(jì)算法將公式 Fx=mv22-mv12 的一般形式推導(dǎo)出來，經(jīng)過詳細(xì)推導(dǎo)得出結(jié)論 W=mv22-mv12。

第三個(gè)階段，根據(jù)第二階段所推導(dǎo)出的 W=mv22-mv12 以及動(dòng)能的表達(dá)式，進(jìn)一步對(duì)動(dòng)能定理相關(guān)知識(shí)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，并對(duì)它的適應(yīng)條件進(jìn)行探究，最后得出結(jié)論：動(dòng)能定理既適用于恒力做功，又適用于非恒力做功，在直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)中也都可以運(yùn)用動(dòng)能定理。

高中階段的物理學(xué)科包含的知識(shí)較為繁多，難度也比較大。以核心概念為主線，以更加簡單、具象化的形式將知識(shí)展示在學(xué)生面前并講解，使學(xué)生更加迅速地掌握高中物理的重點(diǎn)知識(shí)，使學(xué)生可以形成物理思維，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升。

【參考文獻(xiàn)】

[1]尚海琴.基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)研究——以牛頓第三定律為例[J].科教文匯（上旬刊），2020（02）.

[2]蒲永松，宋國賢.高中物理教學(xué)中學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略探研[J].成才之路，2020（02）.

[3]姚 堃.基于核心概念的高中物理單元化教學(xué)初探——以“動(dòng)能和動(dòng)能定理”教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（20）.

【作者簡介】馮 峰（1978— ），籍貫靖西，大學(xué)本科，中學(xué)一級(jí)教師，現(xiàn)為百色市田東縣田東中學(xué)校長，主要研究方向?yàn)檎n堂有效教學(xué)。

（責(zé)編 盧建龍）