BOPPPS教學模式融入“愛國主義”教育的高中物理教學設計

劉堅輝 黃樹清 王素云 黃逸

摘? ?要：以BOPPPS教學模式為理論框架，以“嫦娥五號”、“北斗導航衛(wèi)星”為教學案列，設計了以“宇宙航行”為課例的教學設計，并在教學過程中使用了愛國主義教育的“顯隱互化”教學方式，對學生進行思想政治教育。

關鍵詞：愛國主義;BOPPPS教學模式;宇宙航行;嫦娥五號;北斗導航衛(wèi)星

1? BOPPPS教學模式

BOPPPS教學模式根據(jù)人的注意力大約只能持續(xù)維持 15 min 的自然規(guī)律 [ 1 ]，將課堂設計成了6個模塊，每個模塊用時一般不超過15min，這六個模塊分別為：導入環(huán)節(jié)（Bridge-in）、目標呈現(xiàn)（Objective）、預評價（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory Learning）、后評價（Postassessment）和總結（Summary）。該教學法常被用于大中小學課堂中進行教學，其主要內涵如表1所示。

2? BOPPPS教學模式融入“愛國主義”教育的教學設計

以嫦娥五號登月、北斗導航衛(wèi)星運行的案例，以愛國主義的“顯隱互化”教學為教學手段，以BOPPPS教學模式為理論框架，設計了以“宇宙航行”為課程內容的教學設計。

2.1? 教學準備

2.1.1? 教材分析

本節(jié)內容主要介紹了宇宙速度、人造地球衛(wèi)星、萬有引力定律的實踐以及航天事業(yè)的發(fā)展成果，同時滲透了模型建構、邏輯推理等物理方法，對培養(yǎng)學生的科學思維，進一步研究天體問題具有較大的促進作用。

2.1.2? 學情分析

學生已經(jīng)學習并掌握了物體做勻速圓周運動的規(guī)律，能夠使用牛頓第二定律分析勻速圓周運動，能夠運用力的“供需關系”分析物體的向心運動和離心運動。

2.2? BOPPPS教學模式融入“愛國主義”教育的教學設計

根據(jù)教學實際內容，適當調整模塊順序，將導入環(huán)節(jié)與前測模塊結合在一起，在導入中拋出問題，對學生的先備知識進行前測。教學流程如圖1所示。

2.2.1? 導入+前測

播放新聞：“嫦娥五號成功登月” （如圖2所示）

教師：觀看新聞后，嫦娥五號是如何升空的？

學生：點火加速起飛。

教師：沒錯！速度至少要加到多少才不會掉下來呢？

學生（已閱讀教材，但無法做出解釋）：7.9 km/s。

教師：通過視頻可以知道，嫦娥五號是從多條橢圓形的軌道“繞”到月球上的，它由高軌道到低軌道的速度變化是怎么樣的？

學生聯(lián)系生活實際，主動猜想，但無法做出解釋。

學生1：速度不斷減小……

學生2：速度不斷增大……

教師點評，進行新課教學。

設計意圖：以嫦娥五號成功登月作為課程導入，激發(fā)學生學習的興趣，同時前測學生對宇宙速度、變軌運動的了解，檢測學生的先備知識;播放新聞視頻，進行STSE顯化教學，清楚知道我國航天科技水平以及取得的傲人成績。

2.2.2? 學習目標

（1）會計算第一宇宙速度，能夠用萬有引力與向心力的“供需”關系進行情境分析;

（2）知道第二宇宙速度和第三宇宙速度;

（3）掌握嫦娥五號的變軌運動，會分析其變軌時的速度變化;

（4）掌握北斗導航地球同步衛(wèi)星的特點;

（5）構建物理模型，分析嫦娥五號變軌運動的過程;

（6）通過“手拋粉筆”的設想，了解“理想實驗”的科學推理;

（7）通過對嫦娥五號探月工程的認識，形成民族自豪感，堅定道路自信。

設計意圖：該學習目標與新課標中的物理學科核心素養(yǎng)相契合，對應著物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任，其特別之處在于學習目標表述中盡量使用學生通俗易懂的詞語進行表達，能夠顯而易見地展示學生需要知道、了解和掌握的要點。同時，在學習目標中展示本節(jié)課所需要學習的新名詞，激發(fā)學生學習的興趣。

2.2.3? 參與式學習

任務1：嫦娥五號如何發(fā)射升空？

教師演示“手拋粉筆”：假設粉筆為嫦娥五號，手持粉筆以不同的初速度水平向前拋出。

學生（觀察現(xiàn)象，總結）：初速度越大，粉筆拋得越遠。

學生（根據(jù)現(xiàn)象，合理推測）：如果速度非常大，會發(fā)生什么情況？

教師（使用仿真實驗室）：分別使用v=10 m/s、v=20 m/s、v=7.9 km/s、7.9? km/s

學生（觀察現(xiàn)象，思考回答）：當v=20 m/s時，粉筆繼續(xù)飛行，此時落地的距離會比v=10 m/s的陸地距離要遠;當v=7.9 km/s，粉筆會貼著地球表面飛行，不會落下;當7.9 km/s

教師提問：速度等于7.9 km/s時，為什么粉筆能夠貼著地球表面飛行而不落地？

學生：小組討論交流（教師引導，粉筆做圓周運動，萬有引力和重力均可充當向心力，并提供相應的參數(shù)）

小組1：此時萬有引力充當向心力：

■=G■？圯v=■≈7.9 km/s

小組2：此時重力充當mg=m■？圯v=■≈7.9 km/s

教師：物體繞地球表面做勻速圓周運動時的速度叫做第一宇宙速度。如果7.9 km/s

教師：但事實上，我們在計算的過程中忽略了高塔的高度，如果高塔的高度不能忽略，則此時發(fā)射的速度v>7.9 km/s，因此嫦娥五號的發(fā)射速度v必須大于7.9 km/s。

任務2：嫦娥五號的運行及變軌運動

教師要求學生根據(jù)課前嫦娥五號登月視頻構建從地球飛行到登月過程的物理模型（如圖4所示）

教師：嫦娥五號到達P點后怎樣進入軌道Ⅲ環(huán)繞呢？（教師提示：可根據(jù)圓周運動中的向心運動進行思考）

各小組進行交流討論

教師補充：為了能夠減少耗能，嫦娥五號在飛行過程中都是無動力飛行，即無需全程點火，只需在變軌時點火加減速即可。

小組1：嫦娥五號需要做向心運動，萬有引力需要大于向心力，也就是“供”大于“需”，F(xiàn)萬>F向？圯G■>■，則在P點應該逆向點火，減速。

教師：當運行到Q點時，該如何操作呢？

小組2：P點到Q點過程中做向心運動，在Q點“供”大于“需”，應該逆向點火減速。（補充：由于人教版“機械能守恒”在第七章，教師可選擇性從能量角度進行教學）

教師：（使用仿真實驗室進行檢驗）

教師：如果從軌道Ⅱ到軌道Ⅰ呢？

……

任務3：北斗導航同步衛(wèi)星

播放視頻：在嫦娥五號登月前，我國在航空領域還有一個舉世矚目的成績——北斗導航衛(wèi)星。2020年7月31日上午，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成，標志著北斗邁進全球服務新時代。該導航系統(tǒng)是由北斗同步衛(wèi)星系統(tǒng)構成。

教師：同步衛(wèi)星中的“同步”一詞指的是什么意思？

學生（觀看視頻，閱讀教材，歸納分析）：角速度ω相等，意味著周期T相同

教師：根據(jù)其特點，試著分析其可能運行的軌道。

小組討論，構建物理模型，分析論證（如圖5所示）

驗證：假設同步衛(wèi)星在任意軌道上運行，將其受到的指向圓心的萬有引力F進行分解，分別受到了指向地軸的分力F1和分力F2，此時F1充當衛(wèi)星的向心力，而F2沒有力可以與之平衡，衛(wèi)星會一直往下運動到赤道上方，直到萬有引力全部充當向心力。因此同步衛(wèi)星只能在赤道上方運行，并且其運行的高度可計算約為36000 km。

教師：（通過仿真實驗室驗證）

設計意圖：觀看視頻獲取資料，通過小組討論、展示交流和仿真實驗，使學生經(jīng)歷建構模型和檢驗模型的過程，發(fā)展學生建模能力和交流合作能力[ 5 ];通過嫦娥五號登月以及北斗導航衛(wèi)星升空，從顯性層面上體現(xiàn)國之重器背后的物理知識、國家科技的進步與強大、感受科技進步引領時代發(fā)展，從隱形層面上感受航天精神，增強中華民族的自信心，增強道路自信。

2.2.4? 后測

教師要求各組學生對后測題目分別進行筆紙演算和口頭匯報。

（1）試著進行筆紙演算，分析地球同步衛(wèi)星與赤道上隨著地球自轉的物體的運行速度v1與第一宇宙速度v2之比、加速度為a1與a2之比。已知衛(wèi)星離地心距離為r和地球半徑R。

（2）如圖6所示為衛(wèi)星發(fā)射由低軌道到高軌到的過程。請同學試著分析其變軌過程中在P點、Q點點火時的速度、加速度的變化，并且比較在各軌道之間速度、角速度和周期的大小。

設計意圖：聯(lián)系教學目標，針對課堂學習內容，制定切合教學內容的習題，有效檢測學生學習該知識點后的掌握程度。

2.2.5? 總結

教師：請同學們簡述 “嫦娥五號”登月的全過程。

學生（思考總結，分為三部分進行）：（a）“嫦娥五號”升空。發(fā)射速度達到7.2 km/s，在地球表面環(huán)繞，然后加速度到11.2 km/s，飛向月球;（b）“嫦娥五號”運行。到達月球附近后進行三次由高到低變軌，最后在月球表面環(huán)繞;（c）“嫦娥五號”變軌。由高到低變軌需要逆向點火減速，才能進入下一軌道運行。

教師：同步衛(wèi)星有何特點？

學生（根據(jù)北斗導航衛(wèi)星、同步衛(wèi)星，歸納總結）：周期T=24 h，運行軌道在赤道上方。

教師：嫦娥五號的升空以及北斗導航系統(tǒng)的開通都是我國航天事業(yè)的重大突破。從嫦娥一號到嫦娥五號，由北斗一號到北斗三號，都承載著中國航天人的心血與辛勞。正是因為航天人擁有著不畏艱辛、艱苦奮斗的精神品質，才使得“逐夢蒼穹，可上九天攬月”變成現(xiàn)實。

設計意圖：總結概括本節(jié)內容的知識點，以嫦娥五號登月和北斗導航衛(wèi)星升空為研究對象，通過學生自己梳理知識，串聯(lián)成線，夯實知識基礎;引導學生學習航天科技背后所蘊含的航天精神，增強學生的民族自信，鼓勵學生發(fā)奮圖強、立志報國，投身到科學研究的事業(yè)中。

3? 結語

BOPPPS教學模式將課堂分成了6大模塊，其較強的可操作性與邏輯性，將教育心理學理論與實際緊密結合，注重學生的主觀能動性，提高學生的自主探究意識，是有效課堂教學的一個范例，能夠更好完成教學目標，對于踏上講臺或者剛接觸一門新課的教師是一項非常好的選擇。

參考文獻：

[1] 曹丹平，印興耀.加拿大BOPPPS教學模式及其對高等教育改革的啟示[J].實驗室研究與探索，2016，35（2）：196-200，249.

[2]尹慶豐.BOPPPS教學模式在高中物理課堂中的探索與實踐——以“導體的電阻”為例[J].物理教師，2018，39（4）：2-7.

[3]鄭宇晴，朱靈坤，張軼炳.基于BOPPPS教學模式的“大氣壓強”教學設計[J].物理教師，2019，40（1）：7-11.

[4]鄭澤君，任鳳竹.科學性與人文性相統(tǒng)一的高中物理教學探究——以“宇宙航行”為例[J].物理教師，2021，42（2）：30-33.

[5]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準 2017年版[S].北京：人民教育出版社，2018.