融合教材優(yōu)化設計　創(chuàng)設情境落實素養(yǎng)

羅明江　龍紅利

摘? ?要：新一輪課程改革背景下，全國推出多個版本的普通高中物理新教材，呈現(xiàn)“一標多本”的普通高中物理課程實施現(xiàn)狀。依據(jù)新課標編寫的多個版本教材，倡導將課堂教學由“知識本位”向“素養(yǎng)本位”轉變。以“功和功率”一節(jié)為例，通過對比多版本新教材，從素材、活動、例題、作業(yè)四個方面嘗試教材的融合，利用任務線、情境線、問題線、活動線四條教學線索將教學過程進行有機串聯(lián)，探索了基于新教材落實學科素養(yǎng)的教學設計。

關鍵詞：高中物理；新教材；核心素養(yǎng)；情境；功與功率

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）3-0023-4

2017年，對普通高中課程方案和學科課程標準修訂的完成，標志著新一輪課程改革進入深度實施階段。依據(jù)《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”），全國推出人教版、教科版、滬科教版、魯科版、粵教版等多個版本的普通高中物理新教材，呈現(xiàn)“一標多本”的普通高中物理課程實施現(xiàn)狀。不同版本的教材雖然“同宗同源”，但由于需服務于不同地區(qū)的教育和學生，具備了一定的地域特色，同時也展現(xiàn)了不同編者對課標不同程度的理解。閱讀多版本教材內容，有助于深刻理解課程標準；對比多版本教材編寫，可以博采眾長；研究多版本教材的編寫意圖，有助于最大程度地挖掘教材價值；融合多版本教材的教學設計，有助于培養(yǎng)學生的學科素養(yǎng)，實現(xiàn)課堂教學由“知識本位”向“素養(yǎng)本位”轉變。

本文以“功與功率”一課為例展開研究。新課標對本節(jié)的教學內容要求是：“理解功和功率。了解生產生活中常見機械的功率大小及意義?！保?］1? ? 對比教材，分解教學任務

通過對比發(fā)現(xiàn)，各版本教材結構差異不大，內容區(qū)別主要集中在兩方面，一是情境素材的選取，二是教學活動的設置，二者都體現(xiàn)了對學生學科素養(yǎng)培養(yǎng)側重點的不同。

以人教版的教材結構為主線，各版本教材在內容呈現(xiàn)上的差異如圖1所示。

教學中要明確學生學習發(fā)生的過程，通過科學方法和科學思維的培養(yǎng)，形成培育學生學科核心素養(yǎng)的有效路徑。經過對比，依據(jù)教學目標將本節(jié)課教學內容分解為五項教學任務，學生學科素養(yǎng)的培育路徑如圖2所示。

2? ? 融合教材，優(yōu)化教學設計

多版本教材的融合可以從四個方面著手開展，即融合素材、活動、例題、作業(yè)。

第一，融合素材。素材包含拓展性的閱讀素材、建構知識的情境素材、科學探究的實驗素材等。融合素材要精選學生身邊常見的真實素材，體現(xiàn)“物理源于生活”，幫助學生找到最近發(fā)展區(qū)，引導學生歸納演繹、推理建構新知。

第二，融合活動。活動主要指學生活動，即在教師引導下進行的以學生為主的學習活動，包括交流討論、自主探究、展示分享等。融合活動要以激發(fā)學生的學習興趣、培養(yǎng)學生的問題意識和創(chuàng)新意識為出發(fā)點，在活動中促進學生思考與交流，滿足學生的獲得感，提高學生解決實際問題的能力，提升學生的思維能力。

第三，融合例題。教材例題在創(chuàng)設的情境、求解的問題和解題的過程等方面都有不同，融合例題就是要從實際的學情和教學設計出發(fā)，精心設計能強化教學重難點、補充教學知識點、滲透思維方法的題目。

第四，融合作業(yè)。課后作業(yè)作為課堂教學的結果性評價，對學生鞏固所學知識、反饋教學效果都非常重要，在“雙減”的大背景下，物理課后作業(yè)宜少不宜多，宜精不宜粗，教師設計的課后作業(yè)單還要兼顧不同層次的學生，題單要有梯度，要有一定的開放性。融合多版本教材的課后作業(yè)能夠有效滿足以上要求，還能提升教師作業(yè)的設計能力。

下面是“功和功率”一課的具體教學過程。

2.1? ? 引入：“功”的概念的建立

情境：課前閱讀“‘功的概念的由來”（來源：粵教版第83頁）［2］。

問題：“功”源于早期工業(yè)革命中比較蒸汽機的效能，1829年法國的科里奧利正式提出功的概念。功是能量轉化的量度，我們可以通過研究功來研究能量及能量的轉化。請同學們舉例說明生活中力做功的情況，力做功的因素有哪些？

活動：學生討論，交流，回答。

設計意圖：回顧初中知識，知道力和位移是功的兩個因素。了解工業(yè)革命中蒸汽機的作用，體會科技發(fā)明對社會發(fā)展的重要意義。了解功是能量轉化的量度，滲透“能量觀”。

2.2? ? 任務一：功的計算公式

情境：拖把擦地，斜拉木箱（來源：滬科教版第12頁）［3］。

問題：拉力與位移存在夾角時，如何計算拉力所做的功？請同學們嘗試1～2種方法進行推導。

活動：學生一般都能夠分解力完成推導；教師巡視，引導學生再討論分解位移。

設計意圖：創(chuàng)設貼近生活的情境，建構物理模型，鞏固平行四邊形定則，學生自主推導出W=Fscosα，通過分解力和分解位移兩種方法的體驗，體會cosα的作用就是將力與位移統(tǒng)一到同一方向上來。

2.3? ? 任務二：正功和負功

活動：學生討論力與位移的夾角α在α＝90°，0≤α＜90°，90°＜α≤180°三種情況下功的正負。

情境：實驗情境，使用“氣墊式彈簧振子”裝置（來源：教科版第77頁）［4］。觀察并思考彈簧的彈力在哪些過程對滑塊做正功？

問題：彈力做正功時滑塊的速度怎么變化？做負功時滑塊的速度又怎么變化？你能從中得到什么啟示嗎？

設計意圖：通過小組實驗，讓學生探究彈力做功的正負與滑塊速度的增減之間的關系，引導學生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，收獲成就感。

2.4? ? 任務三：總功及功的標量性

例題：如圖3（來源：教科版第77頁）［4］。

活動：學生獨立思考解答，教師利用展臺展示部分學生的解答過程。

問題：合力對小船所做的功和兩個拉力對小船所做的功的總和之間有什么關系嗎？

學生：相等。

問題：總功是物體所受各個力分別對物體所做功的代數(shù)和，它與合力所做的功相等。力是矢量，我們求兩個拉力的合力用的是矢量運算法則——平行四邊形定則，那么大家覺得功是矢量還是標量呢？為什么？

學生：（若有所思—驚喜—恍然大悟）功是標量。因為功的運算遵循代數(shù)運算。

設計意圖：通過例題的創(chuàng)設，提出“總功”的概念。“功是標量”這一認識，所有的教材上都是直接給出的，缺乏認知的建構過程，通過合力的計算和總功的計算，引導學生對比發(fā)現(xiàn)功是標量這一屬性。

2.5? ? 任務四：平均功率和瞬時功率

情境：用不同的方式搬運建材（來源：粵教版第85頁）［2］。

問題：搬運同樣數(shù)量的磚到同一樓層，一圖需要2 h，二圖需要8 min，三圖需要1 min（圖略），三種方式做功相同嗎？做功的快慢相同嗎？如何定義做功的快慢？

學生：做功相同，做功的快慢不同。我們將功和時間的比值用來定義做功的快慢，即功率，表達式P=w/t。

活動：1 kg的建材自由下落，分組計算在不同時間間隔內重力的功率，結果如表1所示。

問題：通過各組匯總的計算結果，你有什么發(fā)現(xiàn)嗎？

學生：（開始有些回答不上，然后教師引導，鼓勵）不同時間間隔內重力的功率不同；當時間間隔逼近0時，即時刻逼近2 s時，重力的功率接近200 W。

問題：（教師給予肯定）一段時間內的功率為平均功率，某一時刻的功率為瞬時功率，那么當力與位移同向時，平均功率與平均速度是什么關系呢？請嘗試推導。

學生：P=Fv

問題：（教師給予肯定）那瞬時功率可以用以上表達式嗎？如果可以，那表達式中的速度是平均速度還是瞬時速度？

學生：可以。是瞬時速度。

設計意圖：類比“瞬時速度”概念的建構方法，通過極限思想讓學生建構“平均功率”和“瞬時功率”的概念，在此基礎上再引導學生由功的計算式推導出功率與力、速度的關系式，并對關系式的條件作必要的強調。

2.6? ? 任務五：功率與力、速度之間的關系

情境：①一些機械的功率（來源：魯科版第9頁）［5］。

②汽車上坡時要使用低速擋（來源：人教版第77頁）［6］。

問題：機械電機銘牌上標注的功率是什么功率？該功率對應的是哪個力？汽車在水平路面行駛時受到哪些力的作用？

活動：學生閱讀教材，討論交流，展示結果，了解額定功率和對應的牽引力。

問題：一列列車總質量為465 t，其額定功率P=5 300 kW，在水平直軌道上行駛時，軌道對列車的阻力是車重的0.018。列車以額定功率工作，當行駛速度v=10 m/s時，列車的牽引力和加速度多大？列車在水平直軌道上能達到的最大行駛速度是多大？g取10 m/s2（來源：魯科版第10頁）［5］。

活動：學生獨立解答，教師展示部分學生的解答過程。引導學生繪出列車的速度-時間圖像。

問題：為什么汽車上坡或者行駛在路面較差的公路時，司機要通過“換擋”來減小車速呢？如果汽車上坡時仍要保持原來的速度，司機應該怎么做？為什么要這樣做呢？車床在切削硬的工件時要降低車床的運轉速度，也是這個原因嗎？

活動：獨立思考并回答，理清功率與力、速度之間的關系。

設計意圖：通過真實情境，培養(yǎng)學生利用牛頓第二定律和功率公式分析機車啟動類問題，并對這類動態(tài)問題中速度、力與加速度之間的關系有一個較清晰的認識。

2.7? ? 課后作業(yè)

探究一：閱讀“功的圖像描述”（來源：魯科版第4頁）［5］，類比v-t圖像中位移的描述。

探究二：汽車在彎曲的公路上行駛，假設阻力大小恒為f，求當運動路程為s時，阻力做的功是多少？

設計意圖：極限思想和微元法在人教版教材中多次體現(xiàn)，是高中物理重要的思想方法，高一的學生對它的體會與理解是一個逐步深入的過程。結合v-t圖像對物體運動進行輔助分析也是高中物理解決問題的一個重要手段，需要加強學生的訓練。

3? ? 聚焦素養(yǎng)，提煉教學流程

新課程理念重視學生核心素養(yǎng)和終身學習能力的培養(yǎng)，提倡教學方式的多樣化，引導學生自主學習，為學生終身發(fā)展奠定基礎。筆者在教學實踐中體會到，指向新教材的教學設計首先應聚焦核心素養(yǎng)，以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為教學目標；然后將教學內容具體化為一系列學習任務，通過“創(chuàng)設情境”“設置問題”“組織活動”等流程來達成學習任務（教學流程如圖4所示）。情境的創(chuàng)設要貼近學生生活，建立學生對知識的感性認識；問題的設置要能引導學生思考，通過質疑、推理、論證等過程完成對物理概念和規(guī)律的建構；活動的組織要注重學生的體驗和實踐，通過討論、交流、互動等活動最大程度地調動學生積極參與到課堂中來。

參考文獻：

［1］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，2018：52.

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［3］束炳如，何潤偉.普通高中教科書物理必修第二冊［M］.上海：上海科技教育出版社，2019：12-16.

［4］蔡鐵權，周昌鮮.普通高中教科書物理必修第二冊［M］.北京：教育科學出版社，2019：74-83.

［5］廖伯琴.普通高中教科書物理必修第二冊［M］.濟南：山東科學技術出版社，2019：3-11.

［6］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第二冊［M］.北京：人民教育出版社，2019：74-78.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）

收稿日期：2022-12-07

基金項目：重慶市教育科學“十四五”規(guī)劃2022年度立項一般課題“‘雙減背景下普通高中物理單元教學與作業(yè)設計實踐研究”（K22YG119573）。

作者簡介：羅明江（1980-），男，中學高級教師，主要從事中學物理教育教學工作。