“冬奧”素材轉(zhuǎn)化為物理教學(xué)資源的價(jià)值追尋與實(shí)踐探微

王宇琪 荊 鵬 于海波

（東北師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林 長春 130024）

2022年北京冬奧會(huì)成功向世界呈現(xiàn)了一場(chǎng)冰雪運(yùn)動(dòng)盛宴，吸引了廣大青少年的關(guān)注.冬奧會(huì)賽場(chǎng)內(nèi)外的冰雪項(xiàng)目、前沿科技、傳統(tǒng)文化和疫情防控中都蘊(yùn)含著諸多物理現(xiàn)象和物理規(guī)律，深入發(fā)掘并將其有機(jī)轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材引入物理課堂教學(xué)，既能讓學(xué)生在新穎情境中利用所學(xué)知識(shí)解決真實(shí)問題，發(fā)展其核心素養(yǎng)，又能引導(dǎo)學(xué)生體悟冬奧會(huì)順利舉辦的背后彰顯的是大國擔(dān)當(dāng)和大國力量，激發(fā)其民族自豪感.本文將從發(fā)掘“冬奧”資源，整合轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)施路徑進(jìn)行探微，并給出了素材轉(zhuǎn)化案例，以期為挖掘“冬奧”素材轉(zhuǎn)化為物理教學(xué)資源帶來啟發(fā).

1 “冬奧”素材轉(zhuǎn)化的價(jià)值追尋

1.1 創(chuàng)新素材呈現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)冰雪競(jìng)技與物理教學(xué)的跨育融合

中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《中國教育現(xiàn)代化2035》提出“更加注重學(xué)生全面發(fā)展，大力發(fā)展素質(zhì)教育，促進(jìn)德育、智育、體育、美育和勞動(dòng)教育的有機(jī)融合”，［1］在物理學(xué)科的知識(shí)視域下去追問探析冰雪運(yùn)動(dòng)背后隱蔽的物理元素，在冰雪競(jìng)技的視覺盛宴中激趣引致回應(yīng)“三億人上冰雪”的體育號(hào)召.五育融合的育人理念，需要學(xué)科間的跨育融合，跨育融合是最接近真實(shí)情境的育人模式，它以問題解決為核心，完全打破學(xué)科知識(shí)壁壘，在實(shí)踐中整體融合“五育”要素.［2］北京冬奧會(huì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目繁多，為物理教學(xué)素材提供了更多優(yōu)質(zhì)的選擇，也為實(shí)現(xiàn)冰雪競(jìng)技與物理教學(xué)的跨育融合創(chuàng)造了舞臺(tái)，這對(duì)于促進(jìn)學(xué)生基于真實(shí)情境下學(xué)科和跨學(xué)科問題解決能力的發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)的發(fā)展［3］具有重要推動(dòng)作用.

1.2 突出情境真實(shí)稟性，指向必備知識(shí)和關(guān)鍵能力的落實(shí)培養(yǎng)

核心素養(yǎng)作為情境性的知識(shí)運(yùn)用能力，蘊(yùn)含著強(qiáng)烈的情境屬性.［4］《中國高考評(píng)價(jià)體系說明》指出“情境”即“問題情境”，指的是真實(shí)的問題背景，是以問題或任務(wù)為中心構(gòu)成的活動(dòng)場(chǎng)域.［5］教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容融通轉(zhuǎn)化“冬奧”素材，將賽場(chǎng)內(nèi)外的“冬奧+物理”融入教學(xué)實(shí)踐，呈現(xiàn)學(xué)生所關(guān)注、教學(xué)相關(guān)聯(lián)、內(nèi)容有啟發(fā)的真實(shí)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)遷移到新場(chǎng)域中運(yùn)用新方法、解決新問題、獲得新結(jié)論，在真實(shí)問題解決中掌握必備知識(shí)、培養(yǎng)關(guān)鍵能力、激活科學(xué)思維、提高科學(xué)探究意識(shí).

1.3 厚植學(xué)生家國情懷，嵌入思政元素促成物理學(xué)科育人價(jià)值

中國向世界奉獻(xiàn)了一屆簡約、安全、精彩的奧運(yùn)盛會(huì)，為奧林匹克運(yùn)動(dòng)寫下嶄新篇章.［6］數(shù)萬名志愿者在賽場(chǎng)內(nèi)外傳遞愛和溫暖，選手間相互切磋交流留下了許多動(dòng)人時(shí)刻.正如奧組委主席巴赫所言：“奧林匹克精神之所以如此閃耀，得益于中國人民出色地搭建了安全的奧運(yùn)舞臺(tái).本屆冬奧會(huì)奧運(yùn)村獨(dú)具匠心，場(chǎng)館令人嘆為觀止，組織工作非凡卓越.”搭建安全奧運(yùn)舞臺(tái)的背后是大國擔(dān)當(dāng)?shù)捏w現(xiàn)，組織工作細(xì)致和場(chǎng)地設(shè)施完備是大國力量的彰顯，“冬奧”素材轉(zhuǎn)化為物理教學(xué)資源，創(chuàng)設(shè)情境優(yōu)化教學(xué)，具有現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值引領(lǐng)作用，不應(yīng)局限于讓學(xué)生學(xué)以致用與融會(huì)貫通，通過教師的價(jià)值引導(dǎo)，可使其可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐粓?chǎng)“鹽溶于水”式的愛國主義教育，是融合物理學(xué)科特色的思政育人.

2 “冬奧”素材轉(zhuǎn)化的實(shí)踐探微

2.1 冰雪項(xiàng)目的競(jìng)技賽場(chǎng)，蘊(yùn)含著物理的“運(yùn)動(dòng)美”

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020 年修訂）》強(qiáng)調(diào)不論是教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施還是學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)中都應(yīng)重視情境的創(chuàng)設(shè).［7］以物理習(xí)題教學(xué)為例，將“冬奧”情境素材進(jìn)行融通轉(zhuǎn)化，構(gòu)建了“冬奧”素材融入物理習(xí)題教學(xué)的路徑圖，［7］如圖1所示.學(xué)生由冰雪運(yùn)動(dòng)情境建構(gòu)相應(yīng)的物理模型生成物理問題，最終轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題推導(dǎo)出結(jié)論.通過冬奧冰雪運(yùn)動(dòng)的情境再現(xiàn)激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的背景下運(yùn)用必備知識(shí)和關(guān)鍵能力去解決實(shí)際問題，問題解決過程中我國奧運(yùn)健兒的拼搏精神與取得的成績，也是對(duì)學(xué)生進(jìn)行民族自信心的浸染培養(yǎng).

圖1 “冬奧”素材融入物理教學(xué)的路徑圖

北京2022年冬奧會(huì)共設(shè)7個(gè)大項(xiàng)，15個(gè)分項(xiàng)和109 個(gè)小項(xiàng)，紛繁多樣的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目背后蘊(yùn)藏著多種物理規(guī)律，冰壺是集技巧和智慧于一體的體育運(yùn)動(dòng)，同時(shí)涉及動(dòng)量、摩擦力以及物態(tài)變化等多種物理知識(shí)，也可將其轉(zhuǎn)化為物理教學(xué)資源進(jìn)行教學(xué).

題目1.第24 屆冬奧會(huì)于北京成功舉辦，具有“冰上象棋”之稱的冰壺是比賽項(xiàng)目之一，如圖2所示，藍(lán)冰壺靜止在大本營B點(diǎn)，紅冰壺從A點(diǎn)徑直推出，途徑Q點(diǎn)，滑行一段時(shí)間之后，運(yùn)動(dòng)員在紅冰壺前不斷刷冰，直至兩個(gè)冰壺發(fā)生碰撞.已知紅冰壺在Q點(diǎn)的速度v=3 m/s，Q、B兩點(diǎn)之間的距離L為24 m.從冰壺進(jìn)入刷冰區(qū)域某時(shí)刻開始，冰壺碰撞前后的v t圖像如圖3所示.（兩個(gè)冰壺均可視為質(zhì)點(diǎn)，假設(shè)未刷冰區(qū)域兩個(gè)冰壺與冰面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)恒定且相同，紅冰壺在刷冰區(qū)域與冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)減小且恒定）

圖2

圖3

（1）請(qǐng)計(jì)算碰撞后藍(lán)冰壺是否會(huì)滑出大本營；

（2）求紅冰壺在刷冰區(qū)域滑行的距離.

本題再現(xiàn)了投擲冰壺的情境，在題干中呈現(xiàn)冰壺運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)距離等信息，據(jù)此設(shè)問，考查學(xué)生對(duì)動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒、勻變速直線運(yùn)動(dòng)以及滑動(dòng)摩擦力的理解，在解決習(xí)題的過程中，學(xué)生首先需要抓取題干信息，再依據(jù)信息分析運(yùn)動(dòng)過程，并結(jié)合所學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)以及力學(xué)的知識(shí)，進(jìn)一步運(yùn)算出答案.既能讓學(xué)生了解冰壺運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，也考查了學(xué)生在真實(shí)情境中應(yīng)用必備知識(shí)和關(guān)鍵能力去解決真實(shí)問題意識(shí).

2.2 前沿科技的人工智能，凸顯著物理的“技術(shù)范”

精彩的冰雪運(yùn)動(dòng)不僅是運(yùn)動(dòng)員之間的較量，同樣是國家科技創(chuàng)新硬實(shí)力的展示.賽場(chǎng)內(nèi)外的前沿科技應(yīng)用提高了賽事水準(zhǔn)，便捷了生活出行，此次北京冬奧會(huì)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)首次使用.這些科技的進(jìn)步離不開物理學(xué)的理論支持，教師可通過多元化渠道了解、發(fā)掘、轉(zhuǎn)化奧運(yùn)科技蘊(yùn)含的物理元素，凸顯物理學(xué)科在推動(dòng)科技創(chuàng)新方面的獨(dú)特價(jià)值，例如冰面變化小于0.1mm 的冰壺賽場(chǎng)、百米級(jí)氣象預(yù)報(bào)技術(shù)、場(chǎng)館全覆蓋的5G、-40 ℃不熄滅的冬奧火炬、用航天材料打造的國產(chǎn)高性能雪車、體感-30 ℃仍可正常訓(xùn)練的冬奧戰(zhàn)服等.

自動(dòng)駕駛的“冬奧”復(fù)興號(hào)動(dòng)車組，在京張高鐵上飛馳而過，強(qiáng)大的控制系統(tǒng)給乘客舒適的乘坐體驗(yàn)，經(jīng)過一個(gè)個(gè)橋梁和隧道時(shí)，列車需要不斷降速與提速.其中動(dòng)車行駛過程涉及功率、動(dòng)能定理和牛頓第二定律等物理知識(shí).由此可見，“冬奧”復(fù)興號(hào)動(dòng)車組在運(yùn)行中暗含著豐富的、可轉(zhuǎn)化的物理教學(xué)資源，可將其應(yīng)用在習(xí)題教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)中.

題目2.新型奧運(yùn)版復(fù)興號(hào)智能動(dòng)車組依托京張高鐵智能“復(fù)興號(hào)”運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)，為北京冬奧會(huì)量身定制，具有智能、綠色、人文的重要特點(diǎn).在世界上首次實(shí)現(xiàn)350km/h自動(dòng)駕駛功能，成為我國高鐵自主創(chuàng)新的又一重大標(biāo)志性成果.一列質(zhì)量為m的動(dòng)車，初速度為v0，以恒定的功率P在平直軌道上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間t達(dá)到該功率下的最大速度vm，設(shè)動(dòng)車行駛過程中所受到的阻力F不變，動(dòng)車在時(shí)間t內(nèi)

（A）做勻加速直線運(yùn)動(dòng).

（B）牽引力的功率P=Fvm.

圖4

2.3 傳統(tǒng)文化的精神內(nèi)涵，宣示著物理的“底蘊(yùn)深”

橫跨百年的冬奧譜系蘊(yùn)含著豐厚的人文底蘊(yùn)，傳統(tǒng)文化與冬奧的融合彰顯了華夏精神內(nèi)涵.奧運(yùn)會(huì)徽、吉祥物、獎(jiǎng)牌、火炬以及場(chǎng)館建設(shè)等都無不體現(xiàn)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與奧林匹克精神的完美契合.深入發(fā)掘“冬奧”中文化符號(hào)背后的物理元素，繼而轉(zhuǎn)化成物理教學(xué)資源既能讓學(xué)生在感悟傳統(tǒng)文化的底蘊(yùn)中應(yīng)用學(xué)科知識(shí)去解決真實(shí)問題提升遷移能力，也是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)文化、傳統(tǒng)思想價(jià)值的認(rèn)同，堅(jiān)定其文化自信.

2022年北京冬奧會(huì)開幕式上每個(gè)國家和地區(qū)入場(chǎng)時(shí)都有一個(gè)雪花引導(dǎo)牌，如圖5所示，雪花的“花瓣”融入了“中國結(jié)”的設(shè)計(jì)元素，是中國傳統(tǒng)文化和冬奧精神有機(jī)融合，每個(gè)代表團(tuán)就像奧林匹克大家庭的一片小雪花，為了做到晶瑩剔透、精巧不笨重，用LED 燈珠代替雪花和字母部分，其他部分用細(xì)鋼絲支撐，利用光學(xué)原理來隱藏鋼絲，為預(yù)防因斷電導(dǎo)致字母缺失、雪花不亮的情況出現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)采用五路供電的方式，即使3、4根電線出現(xiàn)問題，同樣能正常發(fā)光.其中所涉及電路知識(shí)、力學(xué)規(guī)律與光的反射等內(nèi)容都可以在教學(xué)中進(jìn)行融通轉(zhuǎn)化為素材資源.

圖5 2022年北京冬奧會(huì)開幕式上的“雪花引導(dǎo)牌”

2.4 疫情防控的精準(zhǔn)高效，依附著物理的“保護(hù)傘”

防疫是冬奧會(huì)工作的“重中之重”，在疫情嚴(yán)峻復(fù)雜的全球形勢(shì)下，北京冬奧疫情防控的精準(zhǔn)高效，是冬奧防疫和城市防疫的全面融合、一體推進(jìn)，是中國防疫成果向世界的經(jīng)驗(yàn)分享，更是大國擔(dān)當(dāng)和制度優(yōu)勢(shì)的價(jià)值肯定.疫情防控采用的新技術(shù)手段和防護(hù)原理都與物理學(xué)科密切聯(lián)系.如體溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境消毒、病原體檢測(cè)等環(huán)節(jié)，都離不開防疫科技的助力.以“腋下創(chuàng)可貼”體溫監(jiān)測(cè)技術(shù)為例，其依托皮膚貼或創(chuàng)可貼，在腋下皮膚上固定智能體溫計(jì)，將該設(shè)備綁定到App上，實(shí)現(xiàn)體溫?cái)?shù)據(jù)變化在手機(jī)頁面的實(shí)時(shí)測(cè)量與后臺(tái)上報(bào).“腋下創(chuàng)可貼”的工作原理是基于一種可變量程的溫度傳感器，即通過溫度傳感單元來獲取人體溫度信息，通過數(shù)字換算輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)來反饋人體的即時(shí)溫度，這可以轉(zhuǎn)化為人教版普通高中教科書物理選修2 中傳感器一章中的教學(xué)資源.創(chuàng)設(shè)此傳感器為真實(shí)情境的物理問題，讓學(xué)生利用已有的知識(shí)圖景，遷移分析來解決真實(shí)問題，更深層次體悟?qū)W科中物質(zhì)觀念和能量觀念的重要意義.在條件允許的情況下，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行簡單傳感器的設(shè)計(jì)與制作，讓這一章的學(xué)習(xí)變成充滿趣味、沒有負(fù)擔(dān)的物理課堂.

3 總結(jié)與展望

深入挖掘“冬奧”素材轉(zhuǎn)化為物理教學(xué)資源，本質(zhì)上是對(duì)學(xué)生在新情境下對(duì)物理知識(shí)遷移應(yīng)用能力的探查，旨在培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力以促成落實(shí)物理學(xué)科的核心素養(yǎng).融通轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的物理教學(xué)資源是一個(gè)需要不斷實(shí)踐、反思與改進(jìn)的過程.在教學(xué)實(shí)踐中要緊緊圍繞“立德樹人”的根本任務(wù)，指向物理學(xué)科育人價(jià)值，活用、巧用這些素材，為學(xué)生提供學(xué)以致用、融會(huì)貫通的問題解決情境，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升.本文從“冬奧”會(huì)賽場(chǎng)內(nèi)外競(jìng)技運(yùn)動(dòng)、科技人文和疫情防控等多維度進(jìn)行了轉(zhuǎn)化的價(jià)值追問和可行性分析，提供了案例參考，以期為廣大一線教育工作者帶來啟發(fā).