指向深度學(xué)習(xí)的高中物理大單元教學(xué)思路探究

楊天才　李紅梅

摘? 要：從“牛頓運動定律”大單元教學(xué)的視角出發(fā)，以“摩擦力”教學(xué)為例，以培養(yǎng)學(xué)生“相互作用觀”物理核心素養(yǎng)為目標(biāo)，重新調(diào)整教學(xué)資源，深度挖掘教材，推動學(xué)生知識建構(gòu)和生成。通過明確大單元理念下的學(xué)習(xí)任務(wù)，完成深度學(xué)習(xí)，落實學(xué)生物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

關(guān)鍵詞：大單元教學(xué)；深度學(xué)習(xí)；滑動摩擦力；超滑

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）6-0076-5

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）明確指出：“重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化”［1］。隨著我國基礎(chǔ)教育改革的不斷深入，教學(xué)與信息技術(shù)的不斷融合，出現(xiàn)了智慧課堂、微課、情境化教學(xué)、項目式教學(xué)等形式。新的教學(xué)方式使課堂更加新穎，學(xué)生在一節(jié)課中接觸的信息更多，但隨之也產(chǎn)生了教學(xué)方式的形式化、教學(xué)內(nèi)容的表面化、知識的碎片化等問題。基于此，本文以大單元教學(xué)為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建“大單元教學(xué)支架”，從大單元教學(xué)的視角，重新調(diào)整教學(xué)資源，在調(diào)整知識量的同時，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，保證知識的整體性，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成［2］。

1? ? 大概念與深度學(xué)習(xí)融合的必要性

《新課標(biāo)》提出要將學(xué)生學(xué)習(xí)由“被動”轉(zhuǎn)化為“主動”，由“淺層次學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)向“深層次學(xué)習(xí)”，以此來培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。所以，將深度學(xué)習(xí)與大單元教學(xué)相結(jié)合是落實學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵步驟。大單元教學(xué)是從整體概念出發(fā)，要求教師從大概念入手，從大任務(wù)出發(fā)，細(xì)化知識點，整合資源，根據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平，設(shè)計科學(xué)可行的單元目標(biāo)。大單元教學(xué)能夠抓住主要物理概念，同時對具體概念起著聯(lián)結(jié)作用，使物理核心概念相互銜接，能促進(jìn)學(xué)生知識的有效遷移。本文以“摩擦力”為例，淺談在大單元視角下如何通過深度學(xué)習(xí)完成知識的生成和素養(yǎng)的升華［3］。

“摩擦力“是學(xué)生形成“運動與相互作用觀”中的一節(jié)，為后面學(xué)習(xí)“牛頓運動定律”提供了重要的知識基礎(chǔ)。而“牛頓運動定律”應(yīng)用好的前提是學(xué)生能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析，其中力的方向分析對學(xué)生來說是一個難點。這一部分的探究過程蘊藏了豐富的科學(xué)思想、科學(xué)方法，能夠培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，進(jìn)而全面提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，落實立德樹人的根本任務(wù)。

2? ? 剖析教材，確立核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)

“摩擦力”是新人教版必修第一冊第三章第二節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)之前學(xué)生學(xué)習(xí)了重力、彈力等內(nèi)容。初中階段，學(xué)生也定性地了解了摩擦力的影響因素。本節(jié)課的主要內(nèi)容是學(xué)生通過合作探究，挖掘?qū)嶒灛F(xiàn)象背后隱藏的物理知識，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。根據(jù)《新課標(biāo)》要求，本章的大單元教學(xué)思路設(shè)計如圖1所示［4］。

本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計如表1所示。

縱觀整個板塊，這樣的邏輯設(shè)計不僅能加深學(xué)生對摩擦力的理解，更能培養(yǎng)學(xué)生推理、論證、類比、歸納的科學(xué)思維，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出合理猜想、設(shè)計實驗、分析論證等科學(xué)探究能力，有利于幫助學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)。這樣的設(shè)計也基本契合了《新課標(biāo)》提出要培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，體現(xiàn)了STEAM的教學(xué)理念［5］。

3? ? 趣味導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

3.1? ? 引入趣味實驗，激發(fā)學(xué)生的思考

學(xué)習(xí)任務(wù)：

1.誰能用圓桶將小球隔空從一個桌子移到另外一個桌子？

2.如果你處在如圖2所示這樣一個地方，你會怎么上來？

活動1：頭腦風(fēng)暴，學(xué)生嘗試，交流討論。

活動2：創(chuàng)設(shè)情境，假如你在這種地勢里，你如何自救？

討論交流。

說明：通過趣味活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和挑戰(zhàn)欲。引入主題，完成任務(wù)1、2，在實際活動中建立摩擦力的概念。

3.2? ? 科學(xué)思維，引入摩擦力方向

設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)：

1.請舉出生活中有關(guān)摩擦力的現(xiàn)象。

2.摩擦力的方向與物體運動方向的關(guān)系。

3.思考設(shè)計“探究摩擦力方向與物體相對運動方向”關(guān)系實驗。

活動1：舉出生活中的摩擦力的例子，并對這些例子進(jìn)行分類，體會靜摩擦、滑動摩擦的區(qū)別。

活動2：用手壓著桌面用力往前推，感受手所受到的摩擦力的方向。

說明：學(xué)生通過真實體驗?zāi)軌虻贸?，滑動摩擦力的方向與物體運動方向相反。從而繼續(xù)拋出問題，是不是所有的滑動摩擦力方向都與物體運動方向相反？讓學(xué)生繼續(xù)深度思考。

3.3? ? 創(chuàng)新實驗，探究滑動摩擦力方向的特點

學(xué)習(xí)任務(wù)：

1.能否設(shè)計一個探究實驗證明你的想法？

2.分別探究“木板和毛刷實驗”，總結(jié)規(guī)律。先讓木板不動，毛刷在木板上移動，觀察刷毛的形狀，如圖3（a）所示；再讓木板和毛刷同時向左運動，毛刷運動較緩慢，觀察刷毛的形狀，如圖3（b）所示。

3.比較摩擦力的方向與物體相對運動方向的關(guān)系，并得出結(jié)論。

4.請畫出不同情況下物體所受摩擦力的方向。

5.總結(jié)滑動摩擦力產(chǎn)生的條件，總結(jié)滑動摩擦力的概念。

活動1：整理大家的設(shè)計思路，設(shè)計探究實驗。

活動2：交流討論，得出滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反。

活動3：小組同學(xué)畫出實際情境中摩擦力的方向，鞏固滑動摩擦力方向的知識。

說明：通過親自體驗，引發(fā)質(zhì)疑，讓學(xué)生帶著問題思考，發(fā)散思維。設(shè)計有對比的實驗，輕松得出滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反。

4? ? 創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力

設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)：

1.滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)？

2.設(shè)計實驗探究滑動摩擦力與壓力之間的關(guān)系。

3.實驗中需要測量哪些數(shù)據(jù)？如何計算？

活動1：由之前內(nèi)容可以得出，滑動摩擦力的大小與接觸面的正壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步猜測“摩擦力與壓力大小成正比關(guān)系”。小組討論思考，如何設(shè)計一個探究實驗，讓物塊在木板上勻速運動，用彈簧測力計測出拉力大小。

活動2：經(jīng)過討論，同學(xué)們對書本實驗進(jìn)行改進(jìn)。讓彈簧測力計固定，另一端與木板相連，拉動木塊下方的木板，記錄彈簧測力計的示數(shù)（圖4），這種方法能夠控制住彈簧測力計不動，方便讀數(shù)。

實驗步驟：

（1）分小組安裝實驗器材，老師強(qiáng)調(diào)注意事項。

（2）在木板上加減砝碼，改變壓力大小，測出對應(yīng)的拉力大?。▓D4）。

（3）記錄實驗數(shù)據(jù)并作出摩擦力與壓力的大小關(guān)系圖（圖5）。

（4）分析出滑動摩擦力與壓力之間的定量關(guān)系。

說明：此處讓學(xué)生發(fā)揮團(tuán)隊力量，完成實驗的設(shè)計和改進(jìn)，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力和解決實際問題的能力，完成知識的深度學(xué)習(xí)。

設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)：

1.靜摩擦力方向的特點？

2.靜摩擦力大小的特點？

3.靜摩擦力大小與滑動摩擦力大小的關(guān)系？

活動1：通過學(xué)生舉例驗證靜摩擦力的方向，通過掃把掃地案例（圖6），判斷出靜摩擦力方向與掃把和地面相對運動趨勢方向相反。通過討論自行車前后輪轉(zhuǎn)動時對地面紙張摩擦力的方向（圖7），得出靜摩擦力的方向與輪胎和紙張相對運動趨勢方向相反。

活動2：學(xué)生討論發(fā)現(xiàn)靜摩擦力的大小隨著拉力的增大而增大，直到物體運動起來。

教師先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)二力平衡的原理，解釋靜摩擦力變化的特點，再依據(jù)教材設(shè)計實驗，思考如何測得物體的最大靜摩擦力。在彈簧測力計里面塞一個紙團(tuán)（可隨指針移動），緩慢拉動彈簧測力計，直到物塊運動，觀察指針的變化情況（圖8）。

活動3：觀察活動2中最大靜摩擦力與物塊滑動摩擦力的關(guān)系。討論得出“最大靜摩擦力的大小大于滑動摩擦力的大小”。繼續(xù)追問“能否通過拉力傳感器進(jìn)行驗證”，討論并設(shè)計演示實驗，通過拉力傳感器與物塊相連，另一端連接一個塑料桶，緩慢地向塑料桶里面注入沙子增大拉力，記錄物塊從靜止到運動過程中的力的變化（圖9）。

結(jié)論：結(jié)合實驗所得圖像可以得出結(jié)論，靜摩擦力取值范圍為：

0< f_靜≤f_max

深度思考：為什么實驗的圖像（圖10）中出現(xiàn)最大靜摩擦力大于滑動摩擦力？著重引導(dǎo)學(xué)生回憶初中“分子熱運動”和“電荷之間庫侖力”的知識點。

拓展得出摩擦力本質(zhì)可能主要是一種“電磁相互作用力”。

說明：設(shè)計成層層遞進(jìn)的任務(wù)鏈，逐步打開學(xué)生思維，幫助學(xué)生構(gòu)建知識框架，完成知識的深度學(xué)習(xí)。

5? ? 拓展練習(xí)應(yīng)用

學(xué)習(xí)任務(wù)一：

1.靜止的物體可以受到摩擦力嗎？請舉例說明。

2.運動的物體可以受到靜摩擦力嗎？請舉例說明。

3.靜摩擦力的方向可以與運動方向相同嗎？請舉例說明。

4.你知道超滑嗎？請課下查找資料了解超滑的應(yīng)用前景。

活動1：

學(xué)生舉例：手在豎直方向握住水杯，水杯受到豎直向上的靜摩擦力。

學(xué)生舉例：人在站在靜止的斜面上，人受到沿斜面向上的靜摩擦力。

活動2：

學(xué)生討論舉例：人豎直拿水杯走動，手對水杯有向上的靜摩擦力。人走路時，地面對人的腳有向前的靜摩擦力。

活動3：

學(xué)生舉例：人站在傾斜的電梯上沿著電梯向上運動。

學(xué)生分析得出：靜摩擦力的方向沿電梯向上，與電梯運動的方向相同。

活動4：

播放有關(guān)“超滑”的視頻，引導(dǎo)學(xué)生討論超滑在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用前景。

從生活實例出發(fā)，層層遞進(jìn)，完成知識的建構(gòu)。將物理模型應(yīng)用到生活實例中，落實從物理走向生活的理念。最后介紹超滑的知識點，了解超滑的應(yīng)用前景，這也符合STEAM的探究理念，并培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的能力和解決實際問題的能力。

設(shè)計反思：本節(jié)通過創(chuàng)設(shè)生活情境，降低學(xué)習(xí)難度，幫助學(xué)生更好地建立物理概念。從大單元教學(xué)思路出發(fā)，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)支架，通過任務(wù)鏈的方式，層層遞進(jìn)，逐個突破重難點。通過持續(xù)性評價及時反饋，逐步完成知識的升華。本節(jié)課讓學(xué)生經(jīng)歷了一個完整的科學(xué)探究過程，有效地幫助學(xué)生實現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)，更好地將知識素養(yǎng)轉(zhuǎn)化為能力素養(yǎng)。

6? ? 開展持續(xù)性評價

物理學(xué)習(xí)評價是以學(xué)生發(fā)展為根本，基于落實核心素養(yǎng)為目標(biāo)的評價，應(yīng)圍繞核心素養(yǎng)目標(biāo)的具體要求展開，設(shè)計真實有效的多層次評價。本節(jié)主要從以下幾個水平進(jìn)行評價反饋（表2）。

7? ? 結(jié)? 語

《新課標(biāo)》要求教師要把發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)落實到教育教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，如何將知識本位轉(zhuǎn)化為能力素養(yǎng)本位，需要教師精心設(shè)計教學(xué)任務(wù)。為防止學(xué)生生搬硬套知識點，我們可以從大單元的視角搭建“教學(xué)支架”，通過任務(wù)鏈逐層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)、有意義的學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

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［2］權(quán)廣仁．高中物理大概念主題教學(xué)［Ｍ］．上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

［3］范心維，彭朝陽. 大概念視角下的高中物理單元教學(xué)設(shè)計——以“勻變速直線運動”為例［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2022，51（5）：30-32.

［4］郭洋，黃全安. 指向深度學(xué)習(xí)的高中物理單元教學(xué)路徑探究——以“勻變速直線運動”教學(xué)為例［J］.物理教學(xué)，2022，44（7）：13-16.

［5］莊正輝.基于朗威DISLab的“摩擦力”教學(xué)實驗設(shè)計［J］.物理教師，2016，37（11）：61-63.

（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）