巧用學(xué)習(xí)遷移 優(yōu)化物理大單元教學(xué)
——以“曲線運(yùn)動(dòng)”為例

佳木斯大學(xué)理學(xué)院曹雅萍 韓海生 裴魏魏

佳木斯市第十一中學(xué) 楊丹鳳

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》指出要重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化。 隨著新課程理念與教學(xué)的不斷融合，高中物理教學(xué)要求向著多元化與綜合性方向發(fā)展[1]。而物理大單元教學(xué)，依據(jù)課程目標(biāo)聚焦于物理學(xué)科素養(yǎng)，促進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化，著重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與科學(xué)探究思維，是深化課程與教學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵教學(xué)方式。

對(duì)于物理大單元教學(xué)來說，如何將繁多且碎片化的物理知識(shí)融合成有機(jī)整體，加強(qiáng)內(nèi)在聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生深入思考與探索，注重理論與實(shí)踐的平衡發(fā)展至關(guān)重要。 引入學(xué)習(xí)遷移，既能打破傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式，又能在已學(xué)物理知識(shí)與新知識(shí)間搭建雙向橋梁，強(qiáng)化正遷移的作用并減少負(fù)遷移的影響， 易于學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理學(xué)規(guī)律與建構(gòu)物理知識(shí)框架，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際能力，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)關(guān)聯(lián)與方法拓展能力， 也利于高中物理教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量達(dá)成實(shí)質(zhì)性提升。 以人教版教材必修二“曲線運(yùn)動(dòng)”為例，在教學(xué)中可以采用以下策略。

一、順應(yīng)遷移，整體分析明規(guī)律

物理大單元教學(xué)實(shí)質(zhì)是從一個(gè)完整的單元主題出發(fā)，整合具有相關(guān)性且可形成完整知識(shí)系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容作為基本教學(xué)單位， 其中單元教學(xué)主題根據(jù)課程目標(biāo)設(shè)置，緊扣教學(xué)情境與教學(xué)內(nèi)容，是貫穿整個(gè)大單元教學(xué)的主線。

（一）統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，建構(gòu)整體認(rèn)知

教師可以通過順應(yīng)遷移，從微觀視角過渡到中觀層面進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，針對(duì)原有的相關(guān)物理概念與規(guī)律重新進(jìn)行教學(xué)資源建構(gòu)，準(zhǔn)確找出與確定順應(yīng)學(xué)生已有的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)與學(xué)生認(rèn)知規(guī)律而展開的主題。 進(jìn)行“曲線運(yùn)動(dòng)”教學(xué)，要先從大單元角度出發(fā)進(jìn)行主題建構(gòu)（見圖1）。

圖1 單元教學(xué)主題建構(gòu)

將第五章拋體運(yùn)動(dòng)視為大單元進(jìn)行整體分析，通過曲線運(yùn)動(dòng)與各章節(jié)之間的關(guān)系，針對(duì)原有的表象、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)組塊進(jìn)行重新建構(gòu)以順應(yīng)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)展，發(fā)現(xiàn)可以圍繞“準(zhǔn)確描述物體做曲線運(yùn)動(dòng)方法”這一單元教學(xué)主題貫穿拋體運(yùn)動(dòng)整章進(jìn)行教學(xué)建構(gòu)。

（二）問題引導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律

拋體運(yùn)動(dòng)整章主要介紹曲線運(yùn)動(dòng)、 運(yùn)動(dòng)的合成與分解、探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，教師可以根據(jù)這一單元主題進(jìn)行展開教學(xué)，以環(huán)環(huán)相扣的問題鏈提高學(xué)生的理解和表達(dá)能力。

首先，教師向?qū)W生提出問題：“準(zhǔn)確描述物體做曲線運(yùn)動(dòng)方法有哪些？ ”引導(dǎo)學(xué)生通過教材分析和小組討論得出答案。一般方法為在平面直角坐標(biāo)系中用位移與速度進(jìn)行描述；特殊方法是化繁為簡，將復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)分解為簡單曲線運(yùn)動(dòng)，并分別討論合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的軌跡、位移與速度。 其次，教師再次提問：“能否在特殊方法基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納，生成合適的方法以探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)與拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律？”通過特殊方法總結(jié)及實(shí)驗(yàn)探究，分別分析平拋運(yùn)動(dòng)在豎直和水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，探究平拋運(yùn)動(dòng)軌跡中速度、位移等特征。最后，帶領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用牛頓第二定律分析平拋運(yùn)動(dòng)在水平、豎直方向上的受力情況，進(jìn)行理論解釋，從特殊走向一般，找出拋體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

通過這一主題，學(xué)生不僅能夠在“曲線運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)中感知物理現(xiàn)象、形成概念與掌握規(guī)律、解決物理實(shí)際問題，還能打破單一課時(shí)教學(xué)的界限，使得曲線運(yùn)動(dòng)與拋體運(yùn)動(dòng)其他部分知識(shí)點(diǎn)緊密聯(lián)系，加深學(xué)生對(duì)整章知識(shí)與章節(jié)內(nèi)部知識(shí)的認(rèn)知印象，利于物理核心素養(yǎng)的形成。

二、重組遷移，目標(biāo)銜接提效率

物理大單元教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為中心， 相較于純粹圍繞具體課時(shí)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)的課時(shí)教學(xué)目標(biāo)， 教師除關(guān)注學(xué)生知識(shí)與技能之外， 還需特別注重學(xué)生價(jià)值觀與必備品格的養(yǎng)成。

（一）分析教材，合理設(shè)置目標(biāo)

教師需以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，運(yùn)用重組遷移從制定單元教學(xué)目標(biāo)入手， 融入課程目標(biāo)與課時(shí)教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生認(rèn)知情況和課程標(biāo)準(zhǔn)要求合理劃分單元。這樣既能關(guān)注課程目標(biāo)，培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，尤其是物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，又能關(guān)注到課時(shí)教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合具體知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，促進(jìn)課程與教學(xué)目標(biāo)間的有效銜接[2]。

如進(jìn)行曲線運(yùn)動(dòng)教學(xué)時(shí)，教師可以將第五章拋體運(yùn)動(dòng)的課程目標(biāo)與課時(shí)目標(biāo)交叉融合進(jìn)行重組遷移，生成單元教學(xué)目標(biāo)，由此不僅能夠定位曲線運(yùn)動(dòng)的課時(shí)目標(biāo)，還能清晰明白曲線運(yùn)動(dòng)在拋體運(yùn)動(dòng)整章中的地位與作用。拋體運(yùn)動(dòng)整章實(shí)際是運(yùn)動(dòng)學(xué)與力學(xué)知識(shí)進(jìn)一步的延伸與拓展，而曲線運(yùn)動(dòng)是其研究的基礎(chǔ)所在。 通過曲線運(yùn)動(dòng)的教學(xué)，學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到曲線運(yùn)動(dòng)的紐帶作用，研究不同運(yùn)動(dòng)要注意各自特點(diǎn)， 學(xué)會(huì)在不同情境下將知識(shí)進(jìn)行遷移與運(yùn)用，為第六章萬有引力相關(guān)知識(shí)的教學(xué)做鋪墊。

（二）了解學(xué)情，有效分解目標(biāo)

以“曲線運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)為例，教師可制定如下具體的單元教學(xué)目標(biāo)。

1.認(rèn)識(shí)曲線運(yùn)動(dòng)，能學(xué)會(huì)用極限方法探究曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向。 將已學(xué)直線運(yùn)動(dòng)與曲線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行銜接，聯(lián)系生活觀察具體現(xiàn)象，了解曲線運(yùn)動(dòng)速度是矢量，沿切線方向，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究思維與運(yùn)用已學(xué)知識(shí)處理問題的能力。

2.掌握曲線運(yùn)動(dòng)條件，能進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析。從力的角度應(yīng)用牛頓第二定律來研究運(yùn)動(dòng)方向與合外力方向，并能用蠟塊運(yùn)動(dòng)構(gòu)建合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的概念，建立平面直角坐標(biāo)系來探究蠟塊運(yùn)動(dòng)軌跡。

3.融入具體情境，學(xué)會(huì)化繁為簡的特殊方法，體會(huì)將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)進(jìn)行合成與分解的等效過程。

4.培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)動(dòng)與相互作用的觀念，體會(huì)平拋運(yùn)動(dòng)合成與分解構(gòu)建的過程，結(jié)合實(shí)際學(xué)習(xí)生活，使學(xué)生從抽象走向具體，養(yǎng)成科學(xué)探究習(xí)慣，有利于提高學(xué)生邏輯思維能力。

5.能從物體受力分析出發(fā)對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)采用合成與分解的方法進(jìn)行研究，能用已學(xué)方法歸納出研究步驟，探究平拋運(yùn)動(dòng)軌跡中速度、位移的特征，用理論闡述其總特點(diǎn)，使學(xué)生能從物理學(xué)角度體會(huì)數(shù)形結(jié)合思想，利于物理核心素養(yǎng)的形成。

6.能夠從特殊走向一般，從研究平拋運(yùn)動(dòng)回到一般拋體運(yùn)動(dòng)情境中，歸納出拋體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 加深學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解與應(yīng)用， 使學(xué)生自主從定性分析研究至定量計(jì)算，提升學(xué)生物理思維與自主學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

三、縱向遷移，問題驅(qū)動(dòng)促發(fā)展

物理大單元教學(xué)的開展需在單元教學(xué)主題、目標(biāo)與內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以問題或任務(wù)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行有機(jī)整合，可利用縱向遷移將大問題或大任務(wù)自上而下遷移為若干個(gè)子問題或子任務(wù)，以促進(jìn)學(xué)生各項(xiàng)能力的發(fā)展。 物理大單元教學(xué)最終目標(biāo)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生解決真實(shí)情境中復(fù)雜問題的能力，可將大問題或大任務(wù)結(jié)合學(xué)生生活實(shí)踐中的具體情境賦予其實(shí)際內(nèi)涵，使之能夠承載單元核心內(nèi)容與觀點(diǎn)，構(gòu)成具有系統(tǒng)性與結(jié)構(gòu)化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

如進(jìn)行“曲線運(yùn)動(dòng)”教學(xué)，教師可以以第五章拋體運(yùn)動(dòng)為大單元，創(chuàng)設(shè)具體情境，將賦予層次化的大問題與子問題貫穿于曲線運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的合成與分解、探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律教學(xué)中。由于學(xué)生間的個(gè)體差異、思維方式不同，產(chǎn)生的子問題之間的邏輯關(guān)系也不同。 在曲線教學(xué)中，教師可將零散知識(shí)點(diǎn)有機(jī)整合，貫穿于大問題中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，融入課時(shí)內(nèi)容中，既能促進(jìn)學(xué)生思維與自主能力發(fā)展，又能幫助學(xué)生將學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際生活聯(lián)系更加緊密，能讓學(xué)生真正從生活中思考，在生活中解決實(shí)際復(fù)雜問題，易于學(xué)生掌握物理方法，形成物理思維與核心素養(yǎng)。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，促進(jìn)思維發(fā)展

創(chuàng)設(shè)學(xué)生常見的籃球比賽這一真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生興趣。 以“如何將籃球投進(jìn)籃筐”為大問題，將涉及到的單元核心物理量與研究方法整合在大問題中，引導(dǎo)學(xué)生從較高層次的大問題向較低層次的子問題進(jìn)行遷移。學(xué)生在分析與討論大問題時(shí)生成一系列子問題：籃球運(yùn)動(dòng)的速度方向會(huì)不會(huì)影響籃球投進(jìn)籃筐的軌跡？能不能通過改變投籃位置與籃筐的位移增加投中率？如何研究籃球運(yùn)動(dòng)的軌跡特點(diǎn)？ 如何研究籃球受到的力？ 能不能將籃球速度進(jìn)行分解或?qū)⑹艿降牧M(jìn)行分解？

首先，教師選取“曲線運(yùn)動(dòng)”教學(xué)所需的真實(shí)情境問題進(jìn)行設(shè)計(jì)：在必修一的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)有了一定的認(rèn)識(shí)，那么通過哪些物理量能夠描述物體的運(yùn)動(dòng)呢？有速度、加速度、位移與力等，這是之前研究直線運(yùn)動(dòng)時(shí)涉及到的物理量。 如果不是直線運(yùn)動(dòng)，需要研究哪些物理量？ 其次，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察投影中投籃的動(dòng)態(tài)圖進(jìn)行探究（見圖2），若不計(jì)空氣阻力，如何能將籃球投中籃筐，要先研究哪些物理量？籃球在做什么運(yùn)動(dòng)？籃球的運(yùn)動(dòng)軌跡有何特征？得出籃球沿著接觸點(diǎn)切線方向運(yùn)動(dòng)，其軌跡是曲線，拋物線是其特例。進(jìn)而追問：做直線運(yùn)動(dòng)的物體，速度方向與運(yùn)動(dòng)軌跡是一致的，那曲線運(yùn)動(dòng)呢？ 引導(dǎo)學(xué)生從接觸點(diǎn)的切線方向進(jìn)行描述，接觸點(diǎn)切線方向即速度方向，且速度方向發(fā)生變化，可知曲線運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)。最后，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材對(duì)于切線的理解，觀察割線軌跡的動(dòng)態(tài)圖（見圖3），在曲線上過A、B 做直線，也稱割線，將B 逐漸向C 靠近直至無限趨近于A，此時(shí)割線為其切線方向，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)，若將A、B 看作質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，可得質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向?yàn)檠厍€在這一點(diǎn)的切線方向，這也是曲線運(yùn)動(dòng)軌跡的顯著特點(diǎn)。

圖2 籃球運(yùn)動(dòng)軌跡

圖3 割線軌跡

（二）結(jié)合問題情境，鼓勵(lì)自主探究

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步圍繞“如何將籃球投進(jìn)籃筐”這個(gè)大問題向較低層次的子問題進(jìn)行遷移。由于學(xué)生個(gè)體差異與思維方式不同，產(chǎn)生的子問題間邏輯關(guān)系存在差異，此時(shí)教師可以有效利用實(shí)驗(yàn)器材， 鼓勵(lì)學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。 曲線運(yùn)動(dòng)軌跡特點(diǎn)已經(jīng)有了初步了解，那籃球運(yùn)動(dòng)的速度方向是否影響了籃球投中籃筐的軌跡？類似做籃球軌跡的曲線運(yùn)動(dòng)的條件有哪些？ 籃球做曲線運(yùn)動(dòng)，可將籃球看作質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行理解，籃球在某一點(diǎn)的速度方向即為籃球運(yùn)動(dòng)軌跡在這點(diǎn)的切線方向， 若想探究一般曲線運(yùn)動(dòng)的條件，則要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中探究，在探究中領(lǐng)會(huì)。

教師可引導(dǎo)學(xué)生觀察動(dòng)態(tài)圖，思考并從實(shí)驗(yàn)中探究小鋼球分別做什么運(yùn)動(dòng)，做這類運(yùn)動(dòng)需要什么條件，進(jìn)而對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行總結(jié)。觀察直線運(yùn)動(dòng)軌跡（見圖4），將小鋼球沿裝置斜面滾下，速度方向與物體受力方向在一條直線上，小鋼球做直線運(yùn)動(dòng)；觀察曲線運(yùn)動(dòng)軌跡（見圖5），在裝置斜面?zhèn)让娣胖脠A形磁鐵， 仍將小鋼球沿斜面滾下，小鋼球受到磁鐵側(cè)向力的吸引，合外力方向與速度方向不在一條直線上，偏離原來方向，做曲線運(yùn)動(dòng)。得出一般物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件有三點(diǎn)： 一是物體所受合外力不為零；二是物體速度不為零；三是物體合外力與速度不共線。

圖4 直線運(yùn)動(dòng)軌跡

圖5 曲線運(yùn)動(dòng)軌跡

（三）回歸問題情境，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

在圍繞“如何將籃球投進(jìn)籃筐”大問題中產(chǎn)生的一系列子問題中，經(jīng)過不斷探究，學(xué)生對(duì)于籃球運(yùn)動(dòng)速度特點(diǎn)與產(chǎn)生軌跡的條件有了充分的認(rèn)知。 若想將籃球投進(jìn)籃筐，還需對(duì)加速度、位移與力之間的關(guān)系進(jìn)行深入研究?；貧w子問題，教師要進(jìn)一步帶領(lǐng)學(xué)生探究：能否通過改變投籃位置與籃筐的位置投中籃筐？ 能否研究籃球受到的力？能否將籃球速度進(jìn)行分解或者受到的力進(jìn)行分解？使學(xué)生真正能從實(shí)際出發(fā)進(jìn)行問題處理， 培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、分析與解決實(shí)際問題的能力，利于學(xué)生正確物理學(xué)習(xí)方法的掌握與核心素養(yǎng)的形成，為接下來利用物理等效思想分析運(yùn)動(dòng)的合成與分解進(jìn)行鋪墊。

不同于傳統(tǒng)教學(xué)的“刻板不知變通”，高中物理大單元教學(xué)以學(xué)生為中心， 以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向確定單元教學(xué)主題、制定單元教學(xué)目標(biāo)，以問題或任務(wù)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行實(shí)際教學(xué)，由學(xué)生親身參與、思考與解決大問題和子問題或大任務(wù)和子任務(wù)，將其融入課時(shí)內(nèi)容中進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃。 而學(xué)習(xí)遷移理論主要通過切入新舊物理知識(shí)或相似物理知識(shí)的關(guān)聯(lián)處，將分散的物理知識(shí)點(diǎn)逐漸搭建直至形成完整的物理知識(shí)體系。 將學(xué)習(xí)遷移理論融入高中物理大單元教學(xué)，不但能鞏固學(xué)生已學(xué)知識(shí)， 加深學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解與應(yīng)用，也能提升學(xué)生物理思維與自主學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展[3]。