高中物理單元教學(xué)活動鏈的設(shè)計與實施

◎ 侯 劍

當(dāng)下的教學(xué)落腳點主要在單課時的教與學(xué)上，教師的課堂設(shè)計聚焦于課時設(shè)計，課時與課時之間一般設(shè)計很多教學(xué)情境，學(xué)生應(yīng)接不暇，每一課時教學(xué)設(shè)計之間基本無關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致獲取的知識碎片化。為了強調(diào)教與學(xué)的聯(lián)系與統(tǒng)一，省略單一課時通過圖片、視頻等資料引入不同情境的煩瑣，加強課時之間的前后聯(lián)系，促使學(xué)生形成系統(tǒng)的知識框架，落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達成，單元教學(xué)設(shè)計應(yīng)運而生。單元教學(xué)設(shè)計更注重對單元教學(xué)內(nèi)容的整體性設(shè)計。單元教學(xué)設(shè)計是指以一個單元學(xué)習(xí)內(nèi)容為整體，統(tǒng)籌、規(guī)劃既能統(tǒng)攬單元教學(xué)的全局，又能夠按步驟有序地開展的系列教學(xué)活動，以取得最佳的教學(xué)成效［1］。本文把整個單元教學(xué)放在一個統(tǒng)一的大任務(wù)情境背景下，從上位預(yù)設(shè)當(dāng)學(xué)生學(xué)完本單元后可以解決什么問題，以此為出發(fā)點確認單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，并根據(jù)單元目標(biāo)在單元大任務(wù)情境下設(shè)計環(huán)環(huán)相扣的單元教學(xué)活動鏈，利用有邏輯先后的課時活動來引導(dǎo)學(xué)生的思維活動，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識和概念，達到結(jié)構(gòu)化教學(xué)的目的。

一、單元教學(xué)活動鏈的內(nèi)涵和價值

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個要素［2］。物理學(xué)科核心素養(yǎng)所具有的整體性和聯(lián)系性決定了物理的教與學(xué)應(yīng)該強化整體性和聯(lián)系性［3］。筆者對單元大任務(wù)進行情境分解，設(shè)計同一情境下基于不同教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)活動，加強了活動與活動之間的緊密聯(lián)系，形成了有前后關(guān)聯(lián)的課時活動鏈。單元教學(xué)活動鏈以現(xiàn)實生活情境為單元大任務(wù)情境貫穿整個單元的學(xué)習(xí)。盡管單課時的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容有所不同，但學(xué)生認知上有先后順序，這就要求有些知識學(xué)習(xí)結(jié)束后才能進行下一課時的學(xué)習(xí)，這種學(xué)習(xí)認知的規(guī)律決定課時之間看似分割其實又是關(guān)聯(lián)的。單元教學(xué)活動鏈以此為出發(fā)點，設(shè)計基于同一情境下的一系列教學(xué)活動，既完成了原本的課時任務(wù)，又使得相鄰兩課時之間平滑過渡。同時，加強了知識概念與實際生活的聯(lián)系，又有助于幫助學(xué)生既知其然又知其所以然，靈活運用所學(xué)知識和概念解決問題。

二、單元教學(xué)設(shè)計中的活動鏈設(shè)計

本文以“功和能”單元為例，進行活動鏈的相關(guān)設(shè)計。

（一）從單元思維導(dǎo)圖確定單元教學(xué)內(nèi)容

“功和能”單元是滬科技版《物理》高一年級第二學(xué)期的第五單元。學(xué)生在前四個單元的學(xué)習(xí)中掌握了力與運動的關(guān)系等動力學(xué)知識和思維。本單元的思維導(dǎo)圖如圖1所示，內(nèi)容圍繞功、功率、動能、重力勢能和機械能等知識點，理解能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，引導(dǎo)學(xué)生從功能關(guān)系等能量角度分析解決生活中的實際問題。能量守恒是世間萬物普遍遵循的基本規(guī)律，是自然科學(xué)最基本的定律之一。本單元的教學(xué)能喚起學(xué)生生活中已有的經(jīng)驗和認知，有助于學(xué)生能量觀的初步形成。

（二）從單元教學(xué)結(jié)構(gòu)圖確定單元教學(xué)目標(biāo)

課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念之一就是注重體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)［2］。以當(dāng)下學(xué)生學(xué)情為出發(fā)點，預(yù)設(shè)學(xué)生學(xué)完本單元所具備的能力，是確定合適單元教學(xué)目標(biāo)的有效手段。從本單元教學(xué)結(jié)構(gòu)圖（見圖2）中可以初步確定單元教學(xué)目標(biāo)為：①理解功和功率的概念與計算；②理解動能和動能定理，知道做功與動能變化的關(guān)系；③理解重力勢能及重力勢能的相對性，知道重力做功與重力勢能變化的關(guān)系；④通過實驗驗證機械能守恒定律，知道生活中的一些簡單的機械能守恒現(xiàn)象，體會守恒觀念是重要物理規(guī)律之一，會用機械能守恒定律分析生活中的簡單問題。

圖2 “功和能”單元教學(xué)結(jié)構(gòu)圖

（三）從單元教學(xué)目標(biāo)確定單元教學(xué)活動鏈

1. 活動鏈的設(shè)計思路

高速上，大貨車由靜止開始在平直公路上行駛，司機腳踩油門，很快便達到最大速度。一段時間后，經(jīng)過長下坡路段，剎車失靈沖上自救匝道。從大貨車在平直公路路段、長下坡路段和沖上避險車道路段，逐漸經(jīng)歷功、功率、動能、重力勢能和機械能等物理量的建立過程，分析功與動能變化的關(guān)系、重力做功與重力勢能變化的關(guān)系、動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化關(guān)系、機械能守恒定律的條件以及功與機械能變化的關(guān)系等物理關(guān)系，鍛煉物理思維。

2. 活動鏈的設(shè)計結(jié)構(gòu)

如圖3所示，本單元的教學(xué)活動鏈基于相同的單元大任務(wù)情境，分解為五個有前后聯(lián)系的課時活動，下面對這五個活動進行說明。

圖3 “功和能”單元教學(xué)活動鏈

活動1：在經(jīng)歷了初中對于功的知識的學(xué)習(xí)后，學(xué)生已經(jīng)知道力和位移在同一方向上做功的特殊情況，本活動目的在于幫助學(xué)生在真實情境中計算一般情況下的功，體會由特殊到一般的物理思想。下面對全路段大貨車所受的力對其做功的情況進行說明。首先，在平直公路上加速階段：大貨車所受的發(fā)動機的牽引力對大貨車做了功，引出功的概念。提出問題：大貨車所受的摩擦阻力、重力和支持力是否做功呢？它們所做的功具有什么特點呢？引導(dǎo)學(xué)生從是否促進或阻礙物體運動方面感受做功的效果。大貨車所受的發(fā)動機的牽引力所做的功，促進了大貨車的運動，被稱為正功。摩擦阻力與位移的方向在相反方向，阻礙了大貨車的運動，被稱為負功；重力和支持力與位移的方向垂直，大貨車沒有在力的方向上發(fā)生位移，不做功。其次，在長下坡路段：司機踩剎車，大貨車受到摩擦力、重力和支持力，摩擦力做負功，支持力不做功，重力做正功。最后，在沖上避險車道路段：大貨車受到摩擦力、重力和支持力，摩擦力做負功，支持力不做功，重力做負功。通過三個階段做功形成的反差，學(xué)生討論得出一般情況下功的概念與計算，并總結(jié)大貨車所受各個力做功的代數(shù)和與合外力做的總功的區(qū)別。其次，分析討論力對物體做正功、負功的條件，感受正功向物體提供能量，負功向外輸出能量，做功時體現(xiàn)能量變化，利于理解做功的過程也是能量轉(zhuǎn)化的過程這一難點，為學(xué)習(xí)功能關(guān)系做鋪墊。

活動2：學(xué)生在初中階段也學(xué)習(xí)了對力與位移在同一方向這種特殊情況下功率的概念與計算，知道功率是描述做功快慢的物理量。本活動通過司機踩油門大小的不同來比較平直公路上啟動加速路段做功的快慢。可以通過兩個方面比較，一是做功相同比較時間：大貨車從靜止加速到最大速度時，合外力做的功相同，油門越大，加速時間越短，做功越快；二是時間相同比較做功，油門越大，相同時間內(nèi)大貨車速度越大，做功越多，做功越快。根據(jù)功率的公式和功的公式推理功率與速度的關(guān)系，并得出表達式；從平均速度和瞬時速度的角度出發(fā)，引出平均功率和瞬時功率，并體會其物理意義。提出問題：“司機繼續(xù)加大油門，大貨車的功率可以無限增加嗎？”組織學(xué)生小組討論，并表達自己的觀點，引出額定功率和實際功率的概念。

活動3：高一學(xué)生知道影響動能的因素，但無法定量計算動能的大小。通過平直公路上大貨車剎車失靈以最大速度撞上防撞桶的實例分析，引出動能的概念及其影響因素，分析大貨車獲得動能的原因，推導(dǎo)動能與質(zhì)量、速度的定量關(guān)系，引出動能的計算和功與動能的初步關(guān)系，得到動能定理。

活動4：學(xué)生知道影響重力勢能的因素，沒有接觸過重力勢能的定量計算。本活動分析大貨車在下坡時的重力勢能，探討高度的相對性，推導(dǎo)重力勢能的表達式，并分析說明重力做功與重力勢能的關(guān)系。

活動5：本活動在學(xué)生知道機械能的概念與計算的基礎(chǔ)上，以伽利略斜面理想實驗為例，探究動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化，揭示機械能守恒現(xiàn)象。然后分析大貨車經(jīng)過長下坡路段剎車失靈沖上避險車道整個過程機械能的變化，分析并探究機械能不守恒的原因，探究得出機械能守恒的條件，最后用實驗驗證機械能守恒定律。

三、單元教學(xué)設(shè)計實施活動鏈后的反思

單元教學(xué)活動鏈針對單元內(nèi)容選擇復(fù)雜的實際情境簡化為符合本單元的物理模型，體現(xiàn)物理模型的建構(gòu)思想，培養(yǎng)學(xué)生的建模思想。本單元特殊的物理情境的解決過程，可以為學(xué)生呈現(xiàn)一個完整的用物理知識解決實際問題的案例，感受物理知識與實際生活的聯(lián)系，然后再拋出更一般性的問題，鼓勵學(xué)生探究鉆研，尋找不同，找出反差，感受物質(zhì)世界的功能關(guān)系，培養(yǎng)能量觀。學(xué)生從中感受物理問題的解決是從生活中復(fù)雜的實際現(xiàn)象到簡單物理模型的建立，通過對簡單物理模型的問題解決，再由特殊到一般逐漸利用物理知識解決現(xiàn)實生活中實際問題的過程。