基于真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)①
——以“勻變速直線運(yùn)動(dòng)與汽車安全行駛”為例

(1.廣東省英德市教師發(fā)展中心,廣東 清遠(yuǎn) 513000;2.廣東省英德市第一中學(xué),廣東 清遠(yuǎn) 513000)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出：創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用。[1]課堂是落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)任務(wù)的主陣地,課堂教學(xué)中要重視情境的創(chuàng)設(shè),強(qiáng)化物理知識(shí)與生活生產(chǎn)的聯(lián)系。

“勻變速直線運(yùn)動(dòng)與汽車行駛安全”體現(xiàn)了物理規(guī)律與生活實(shí)際的緊密聯(lián)系，教學(xué)設(shè)計(jì)中可以通過(guò)真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè),激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的內(nèi)驅(qū)力,讓學(xué)生經(jīng)歷問(wèn)題解決的過(guò)程,感悟原理、內(nèi)化品質(zhì)、提升能力,形成必備的品質(zhì)和創(chuàng)新能力。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 教材分析

“勻變速直線運(yùn)動(dòng)與汽車行駛安全”是廣東教育出版社出版的普通高中物理必修1第二章的最后一節(jié)內(nèi)容,主要闡述勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用和汽車行駛安全。要求學(xué)生掌握知識(shí)的同時(shí)，還要落實(shí)社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)任務(wù)。編寫(xiě)理念是以實(shí)際情境為背景,建構(gòu)物理模型,利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題,同時(shí)通過(guò)實(shí)際情境的分析和定量計(jì)算,明白各個(gè)因素是怎樣影響汽車行駛安全的。

1.2 學(xué)情分析及對(duì)策

(1) 心理特點(diǎn)

① 現(xiàn)狀:學(xué)生有著較為濃厚的數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣,但不夠認(rèn)真細(xì)致、科學(xué)理性；

② 對(duì)策:通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、尋找證據(jù)和角色扮演的方式開(kāi)展教學(xué)。

(2) 知識(shí)儲(chǔ)備

① 現(xiàn)狀:學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述已經(jīng)有一定的理解,初步熟悉勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用,對(duì)于較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和對(duì)象尚不夠清晰；

② 對(duì)策:將較復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行分解,有層次、遞進(jìn)式呈現(xiàn)問(wèn)題,螺旋式提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

(3) 學(xué)法思維

① 現(xiàn)狀:學(xué)生能在熟悉問(wèn)題情境中根據(jù)需要選用恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ徒鉀Q直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,但停留在經(jīng)驗(yàn)層次；

② 對(duì)策:設(shè)置實(shí)際情境讓學(xué)生學(xué)會(huì)提出問(wèn)題,尋找證據(jù),分析證據(jù),習(xí)得“解決問(wèn)題”的思維途徑和策略。

(4) 能力儲(chǔ)備

① 現(xiàn)狀:學(xué)生能對(duì)常見(jiàn)的物理現(xiàn)象進(jìn)行分析和推理,但將實(shí)際問(wèn)題中的對(duì)象和過(guò)程轉(zhuǎn)換成物理模型的模型建構(gòu)能力不足；

② 對(duì)策:設(shè)置實(shí)際情境讓學(xué)生經(jīng)歷觀察、思考、分析和建模過(guò)程,提升學(xué)生的思維品質(zhì)。

1.3 教學(xué)目標(biāo)

(1) 物理觀念

知道汽車行駛的反應(yīng)時(shí)間和剎車時(shí)間,能用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解反應(yīng)距離和剎車距離,培養(yǎng)運(yùn)用物理學(xué)規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的習(xí)慣。

(2) 科學(xué)思維

能分析汽車行駛的實(shí)際問(wèn)題,綜合應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解決汽車行駛的復(fù)雜問(wèn)題,在對(duì)汽車行駛的不同階段的分析推斷中,培養(yǎng)綜合分析、科學(xué)推理的能力。

(3) 科學(xué)探究

通過(guò)汽車行駛安全問(wèn)題與物理規(guī)律的關(guān)系探究,理解物理與生活、社會(huì)的關(guān)系。

(4) 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

通過(guò)計(jì)算推斷飲酒、疲勞駕駛發(fā)生交通事故的危害,培養(yǎng)應(yīng)用物理原理防止事故發(fā)生的習(xí)慣,具有應(yīng)用科學(xué)保障社會(huì)安全的意識(shí)。[2]

1.4 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：把實(shí)際物體的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化，建立物理模型，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決交通安全問(wèn)題；汽車安全行駛和交通規(guī)則等生活實(shí)際問(wèn)題的理解和應(yīng)用。

難點(diǎn)：應(yīng)用物理知識(shí)分析解決汽車安全行駛問(wèn)題。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 情境引入

播放交通事故新聞報(bào)道,學(xué)生獲取其關(guān)鍵信息，進(jìn)行事故原因分析。

分組討論后小組長(zhǎng)匯報(bào),老師總結(jié)并板書(shū)。雨天,前車路況不熟、突然剎車,后車車速太快、跟車太近、剎車不及等,并逐一分析每個(gè)原因?qū)κ鹿十a(chǎn)生的影響。

設(shè)計(jì)意圖：以新聞報(bào)道創(chuàng)設(shè)情境,培養(yǎng)學(xué)生處理信息、提煉關(guān)鍵信息的能力,讓學(xué)生對(duì)道路交通安全事故有更深的感受和思考,引出課題。

2.2 角色扮演

假如你是這次交通事故的辦案交警,需要調(diào)查事故發(fā)生過(guò)程及原因,進(jìn)行事故責(zé)任的認(rèn)定,該如何開(kāi)展事故調(diào)查工作？

問(wèn)題1:為了調(diào)查事故發(fā)生過(guò)程及原因，主要從哪些方面進(jìn)行？

引導(dǎo)學(xué)生從酒駕、超速、車距、疲勞駕駛等方面進(jìn)行調(diào)查。

問(wèn)題2:現(xiàn)場(chǎng)需要測(cè)量哪些數(shù)據(jù)？該數(shù)據(jù)指向哪個(gè)物理量或物理過(guò)程？

學(xué)生分組討論后展示交流,歸納成表1。

表1

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)創(chuàng)設(shè)角色扮演的情境,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和解決問(wèn)題的內(nèi)驅(qū)力。

2.3 問(wèn)題驅(qū)動(dòng),解決問(wèn)題

在一次高速公路上發(fā)生追尾交通事故中,交警通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)酒精檢測(cè)，顯示兩司機(jī)均無(wú)酒駕,首先考慮司機(jī)是否違反限速規(guī)定。

交規(guī)鏈接：《中華人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例》第78條規(guī)定：高速公路應(yīng)當(dāng)標(biāo)明車道的行駛速度,最高車速不得超過(guò)每小時(shí)120公里,最低車速不得低于每小時(shí)60公里(圖1)。

圖1

2.3.1是否違反限速要求

問(wèn)題1:經(jīng)詢問(wèn)確定,前車司機(jī)在超車道上看到前方道路有散落物時(shí)立即剎車,車剛停下來(lái)時(shí)被后車追尾,警察測(cè)量前車剎車痕跡長(zhǎng)度為52m,根據(jù)路面及輪胎花紋確定剎車過(guò)程的加速度為6m/s2,請(qǐng)通過(guò)計(jì)算判斷前車是否違反限速要求。[3]

結(jié)論：前車初速度為90km/h,根據(jù)交規(guī)對(duì)高速公路超車道的限速要求(110 km/h～120 km/h),前車違規(guī)占用超車道。

問(wèn)題2:后車在看到前車剎車尾燈亮后立即剎車,測(cè)量后車的剎車痕跡為100m。根據(jù)兩車損壞程度及司機(jī)提供的證據(jù),后車以36km/h撞上前車,若后車剎車過(guò)程的加速度為6m/s2,請(qǐng)通過(guò)計(jì)算判斷后車是否違反限速要求。[3]

結(jié)論：后車初速度為130km/h,屬于超速駕駛。兩輛車均違反了高速道路限速要求,交警需要進(jìn)一步判斷后車是否按要求保持安全距離。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)交規(guī)鏈接,引導(dǎo)學(xué)生重視交通法規(guī)。通過(guò)簡(jiǎn)化抽象、建立物理模型,應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決問(wèn)題。

2.3.2 反應(yīng)時(shí)間

(1) 體驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間:讓學(xué)生兩人一組,一同學(xué)捏住直尺上端,一同學(xué)大拇指與食指之間距離保持3cm左右,與直尺下端零刻線保持水平,在沒(méi)有任何預(yù)示的前提下,突然放開(kāi)直尺,另一同學(xué)盡快用手指去夾住它,思考：為什么總是夾不到零刻線處？

(2) 測(cè)量反應(yīng)時(shí)間:實(shí)驗(yàn)中第一次當(dāng)對(duì)方?jīng)]注意時(shí)突然放手,另一次對(duì)方集中注意力時(shí)突然放手,測(cè)出兩次尺子下落的高度。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)兩次實(shí)驗(yàn)的不同結(jié)果,讓學(xué)生體驗(yàn)影響反應(yīng)時(shí)間的因素,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,感受正常反應(yīng)和非正常反應(yīng)(疲駕,酒駕等)對(duì)汽車安全行駛的影響,認(rèn)識(shí)反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)汽車安全行駛的極端重要性,增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。[4]

2.3.3 是否保持安全距離

交規(guī)鏈接：《中華人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例》第80條規(guī)定：機(jī)動(dòng)車在高速公路上行駛,車速超過(guò)每小時(shí)100公里時(shí),應(yīng)當(dāng)與同車道前車保持100米以上的距離,車速低于每小時(shí)100公里時(shí),與同車道前車距離可以適當(dāng)縮短,但最小距離不得少于50米(圖2)。

圖2

問(wèn)題3:交警經(jīng)過(guò)調(diào)查得知前車司機(jī)已經(jīng)連續(xù)駕駛幾個(gè)小時(shí),反應(yīng)時(shí)間約為3s,后車司機(jī)駕駛時(shí)間不長(zhǎng),反應(yīng)時(shí)間約為0.5s,則事故發(fā)生前,后車是否與前車保持了安全距離？

結(jié)論：事故發(fā)生前,后車未按要求保持安全距離。

2.4 總結(jié)與評(píng)價(jià)

通過(guò)扮演交警角色調(diào)查一起交通事故的原因，反映超速、疲勞駕駛的危害性和保持安全距離的必要性,應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,同時(shí)學(xué)習(xí)相關(guān)的交通法規(guī)。

3 貼近生活,融合科技

(1) 結(jié)合圖3所示的交通標(biāo)志牌,對(duì)家人提出關(guān)于汽車行駛安全的建議,并在乘車中提醒監(jiān)督。

圖3

(2) 自動(dòng)駕駛汽車

情境：播放自動(dòng)駕駛汽車視頻(圖4)，自動(dòng)駕駛汽車依靠人工智能、視覺(jué)計(jì)算、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作,自動(dòng)安全地操作機(jī)動(dòng)車輛。

圖4

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生明白許多交通法規(guī)的制定都有物理根據(jù),從而能更自覺(jué)地遵守交通安全法,體驗(yàn)物理與生活的緊密聯(lián)系。通過(guò)前沿科技的介紹,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技進(jìn)步,開(kāi)闊視野、熱愛(ài)生活、憧憬未來(lái)。

4 課后拓展

(1) 交通安全法規(guī)定機(jī)動(dòng)車在高速公路上行駛時(shí),遇到有霧、雨、雪、沙塵、冰雹等低能見(jiàn)度氣象條件,應(yīng)當(dāng)遵守下列規(guī)定：在能見(jiàn)度小于200m時(shí),開(kāi)啟霧燈、近光燈、示廓燈和前后位燈,車速不得超過(guò)60km/h,與同車道前車保持100m以上的距離。請(qǐng)你從物理學(xué)的角度分析其制定的原因及內(nèi)涵。

(2) 假期里你和家人準(zhǔn)備自駕外出旅行,出發(fā)前和行車路上為了確保行車安全,你該做好哪些工作？可以用學(xué)過(guò)的知識(shí)解釋一下嗎？

設(shè)計(jì)意圖：利用開(kāi)放性的真實(shí)問(wèn)題情境,強(qiáng)化物理知識(shí)與生活生產(chǎn)的聯(lián)系,讓學(xué)生學(xué)以致用,提高學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決生活實(shí)際問(wèn)題的能力。

5 反思與評(píng)價(jià)

5.1 知學(xué)情,定對(duì)策

教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)、知識(shí)儲(chǔ)備等制定有效的對(duì)策開(kāi)展教學(xué)，在課堂教學(xué)中充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用,重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程,積極實(shí)施自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式,針對(duì)綜合性和拓展性較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置有梯度的問(wèn)題,螺旋式驅(qū)動(dòng)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

5.2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn),理念新

教學(xué)設(shè)計(jì)以“事故調(diào)查”方式呈現(xiàn),引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考,尋找證據(jù),將超速、安全距離、反應(yīng)時(shí)間、疲勞駕駛等問(wèn)題融入其中,注重培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、證據(jù)意識(shí)和應(yīng)用科學(xué)方法分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

5.3 創(chuàng)情境,重思維

教學(xué)設(shè)計(jì)從解決實(shí)際問(wèn)題出發(fā),將知識(shí)應(yīng)用置于具體的實(shí)際情境之中，將實(shí)際問(wèn)題中的對(duì)象和過(guò)程轉(zhuǎn)換成物理模型,合理使用證據(jù)得出結(jié)論,綜合應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,并指導(dǎo)學(xué)生的生活實(shí)踐。

5.4 明目標(biāo),育素養(yǎng)

培養(yǎng)學(xué)生分析相關(guān)現(xiàn)象或事實(shí),提出并準(zhǔn)確表述可探究的物理問(wèn)題,分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律,形成合理的結(jié)論。在綜合應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng),真正實(shí)現(xiàn)從解題向解決問(wèn)題轉(zhuǎn)變。