巧用學(xué)習(xí)遷移 優(yōu)化物理大單元教學(xué)

曹雅萍 韓海生 裴魏魏 楊丹鳳

摘要：新課程標(biāo)準(zhǔn)背景下，學(xué)習(xí)遷移在高中物理大單元教學(xué)中能夠有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備率和認(rèn)知能力，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。文章分析了學(xué)習(xí)遷移應(yīng)用于高中物理大單元教學(xué)的必要性，以“曲線運(yùn)動(dòng)”為例，提出三項(xiàng)有效策略，將物理知識(shí)與技能遷移到生活實(shí)踐中，理論與實(shí)踐相結(jié)合，積極促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知建構(gòu)與思維發(fā)展，形成科學(xué)物理觀念，提升學(xué)生問(wèn)題分析與解決的能力，提高教學(xué)整體質(zhì)量與效果。

關(guān)鍵詞：高中物理；學(xué)習(xí)遷移；大單元教學(xué)

《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(lái)說(shuō)，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(guò)順應(yīng)遷移，從微觀視角過(guò)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(kāi)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(jiàn)圖1）。

將第五章拋體運(yùn)動(dòng)視為大單元進(jìn)行整體分析，通過(guò)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(wèn)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(kāi)教學(xué)，以環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)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(wèn)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(guò)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(jiǎn)，將復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)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(wèn)：“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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(wàn)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(wèn)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(lái)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(lái)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(wèn)題驅(qū)動(dòng)促發(fā)展

物理大單元教學(xué)的開(kāi)展需在單元教學(xué)主題、目標(biāo)與內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以問(wèn)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(wèn)題或大任務(wù)自上而下遷移為若干個(gè)子問(wèn)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(wèn)題的能力，可將大問(wèn)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(wèn)題與子問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)題情境，促進(jìn)思維發(fā)展

創(chuàng)設(shè)學(xué)生常見(jiàn)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(wèn)題，將涉及到的單元核心物理量與研究方法整合在大問(wèn)題中，引導(dǎo)學(xué)生從較高層次的大問(wèn)題向較低層次的子問(wèn)題進(jìn)行遷移。學(xué)生在分析與討論大問(wèn)題時(shí)生成一系列子問(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)觀察投影中投籃的動(dòng)態(tài)圖進(jìn)行探究（見(jiàn)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(wèn)：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(jiàn)圖3），在曲線上過(guò)A、B做直線，也稱割線，將B逐漸向C靠近直至無(wú)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)。

（二）結(jié)合問(wèn)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(wèn)題向較低層次的子問(wèn)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(wèn)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(jiàn)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(jiàn)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(lái)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。

（三）回歸問(wèn)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(wèn)題中產(chǎn)生的一系列子問(wèn)題中，經(jīng)過(guò)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(wèn)題，教師要進(jìn)一步帶領(lǐng)學(xué)生探究：能否通過(guò)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(wèn)題處理，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、分析與解決實(shí)際問(wèn)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(lái)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(wèn)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(wèn)題和子問(wèn)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(guò)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]。

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[2]陳思穎.基于初中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究：以九年級(jí)“電流和電路”大單元教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐為例[D].上海：華東師范大學(xué)，2022.

[3] 安東，王福星.核心素養(yǎng)下初中學(xué)業(yè)水平考試物理命題變化的三種趨勢(shì)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020，49（7）.

課題項(xiàng)目：黑龍江省教育課題“高中物理大單元教學(xué)策略研究”（Kt2022032921181611118）；黑龍江省教改項(xiàng)目“專業(yè)認(rèn)證背景下培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革研究”（SJGY20200692）；佳木斯大學(xué)校級(jí)教改課題“專業(yè)認(rèn)證背景下物理師范生實(shí)踐能力培養(yǎng)的教學(xué)改革研究”（2021JY-40）

（通訊作者：楊丹鳳）

見(jiàn)習(xí)編輯/張婷婷