基于“大任務(wù)”主線的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)

商俊玲　王瑋

［摘 要］文章從教學(xué)路徑的構(gòu)建、教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定、大任務(wù)的創(chuàng)設(shè)以及驅(qū)動(dòng)性問題鏈的設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)出發(fā)進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)。以人教版必修第二冊(cè)第八章“機(jī)械能守恒定律”為例，以全紅嬋“水花消失術(shù)”背后的能量轉(zhuǎn)化與守恒大任務(wù)作為主線貫穿整個(gè)單元，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

［關(guān)鍵詞］大任務(wù)；機(jī)械能守恒定律；單元教學(xué)設(shè)計(jì)；核心素養(yǎng)

［中圖分類號(hào)］ G633.7 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? A ［文章編號(hào)］ 1674-6058（2023）26-0043-03

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出“學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力”［1］。這就要求教師從不同的情境、任務(wù)中促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。而單元大任務(wù)的本質(zhì)是將物理知識(shí)與真實(shí)世界建立聯(lián)系，是落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要舉措。

一、核心素養(yǎng)視域下的大任務(wù)

指向核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)必須是真實(shí)學(xué)習(xí)，真實(shí)學(xué)習(xí)在真實(shí)情境大任務(wù)下才更易于實(shí)現(xiàn)［2］。大任務(wù)聚焦于“學(xué)”，在單元教學(xué)中起著定位與導(dǎo)航的作用。教師把單元的核心知識(shí)安排在典型的真實(shí)情境之中，由一個(gè)貫穿始終的挑戰(zhàn)性大任務(wù)來統(tǒng)領(lǐng)、驅(qū)動(dòng)。在這個(gè)過程中，教師的身份是“引領(lǐng)者”。而學(xué)生則通過“做任務(wù)”，完成相關(guān)技能和知識(shí)的習(xí)得，提高在現(xiàn)實(shí)生活中解決問題的能力，從而促進(jìn)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

二、基于“大任務(wù)”主線的單元教學(xué)路徑

基于“大任務(wù)”主線的單元教學(xué)路徑設(shè)計(jì)如圖1所示。教師首先要基于課程標(biāo)準(zhǔn)、教材及學(xué)情明確單元目標(biāo)，依據(jù)單元教學(xué)目標(biāo)創(chuàng)建真實(shí)的生活情境，以真實(shí)情境為載體，創(chuàng)設(shè)符合單元學(xué)習(xí)內(nèi)容的挑戰(zhàn)性大任務(wù)；然后根據(jù)教學(xué)順序?qū)⒋笕蝿?wù)分解為一個(gè)個(gè)循序漸進(jìn)的子任務(wù)，在子任務(wù)下設(shè)置一系列的問題鏈。教師在這個(gè)環(huán)節(jié)中提供腳手架，學(xué)生則在分析問題和解決問題的過程中體驗(yàn)自主探究、團(tuán)隊(duì)協(xié)作。單元教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生開展課后分組討論活動(dòng)，可按照子任務(wù)的個(gè)數(shù)確定每個(gè)學(xué)習(xí)小組的人數(shù)，每個(gè)小組成員完成其中一項(xiàng)子任務(wù)，最終形成組內(nèi)單元大任務(wù)方案，以小組為單位派出小組代表在線上交流平臺(tái)進(jìn)行匯報(bào)。學(xué)生在真實(shí)情境中，通過完成一個(gè)個(gè)子任務(wù)，提高學(xué)習(xí)物理的自信心，感受物理學(xué)習(xí)的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)從“知識(shí)為本”向“素養(yǎng)為本”的轉(zhuǎn)變。

三、基于“大任務(wù)”主線的高中物理單元教學(xué)案例

下面以2019年出版的人教版必修第二冊(cè)第八章“機(jī)械能守恒定律”為例，就基于“大任務(wù)”主線的單元教學(xué)路徑進(jìn)行具體的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）單元教學(xué)目標(biāo)

1. 物理觀念：基于大任務(wù)，圍繞功能關(guān)系這一基本線索，逐步定量認(rèn)識(shí)做功與能量變化的關(guān)系，進(jìn)而理解機(jī)械能守恒定律，初步形成能量觀，建立能量相互“轉(zhuǎn)化”和能量“守恒”的物理觀念；能從能量角度分析與解決自然、生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題。

2. 科學(xué)思維：通過探究做功和能量變化的關(guān)系以及在推導(dǎo)規(guī)律的過程中體會(huì)模型建構(gòu)、演繹推理、科學(xué)推理等科學(xué)思維，實(shí)現(xiàn)極限、類比等思想方法的遷移應(yīng)用［3］。

3. 科學(xué)探究：在實(shí)驗(yàn)探究的過程中，能評(píng)估不同實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣，并選擇合適的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，培養(yǎng)問題意識(shí)；通過分析數(shù)據(jù)歸納得出結(jié)論，并對(duì)結(jié)果作出解釋和交流，培養(yǎng)證據(jù)意識(shí)。

4. 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：經(jīng)歷理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)探究的過程，形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度，形成可持續(xù)發(fā)展觀。

（二）單元大任務(wù)——探尋“水花消失術(shù)”背后的能量轉(zhuǎn)化與守恒

在第32屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)上，全紅嬋為中國跳水再續(xù)輝煌，她因入水水花小而被稱贊擁有“水花消失術(shù)”。2022年國際泳聯(lián)世錦賽，全紅嬋3米板首秀奪冠。如果你是一位跳臺(tái)跳水池設(shè)計(jì)師，你會(huì)如何分析全紅嬋“水花消失術(shù)”背后的能量轉(zhuǎn)化與守恒？本單元將全紅嬋跳水的真實(shí)情境融入教學(xué)，以探尋“水花消失術(shù)”背后的能量轉(zhuǎn)化與守恒為大任務(wù)對(duì)“機(jī)械能守恒定律”單元進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，如表1所示。大任務(wù)共包含5個(gè)子任務(wù)，分別對(duì)應(yīng)5個(gè)教學(xué)內(nèi)容（共9課時(shí)）。通過對(duì)每個(gè)子任務(wù)問題鏈的學(xué)習(xí)完成相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，最終通過30個(gè)問題的學(xué)習(xí)和課后研討，實(shí)現(xiàn)單元整體教學(xué)目標(biāo)。

下面以子任務(wù)3“探究全紅嬋在3米板跳水運(yùn)動(dòng)各過程中動(dòng)能的變化及動(dòng)能變化的原因”為例，詳述課堂教學(xué)的開展思路。

（a）創(chuàng)設(shè)情境：播放全紅嬋3米板跳水運(yùn)動(dòng)比賽慢鏡頭視頻。

（b）分析與討論：什么是動(dòng)能？全紅嬋具有動(dòng)能嗎？動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)？

（c）類比與猜想：類比探究重力勢(shì)能的理論分析，猜想動(dòng)能的表達(dá)式。

（d）探究性問題：全紅嬋自身動(dòng)能變化與什么力做功有關(guān)？

（e）猜想與假設(shè)：初中時(shí)已知道動(dòng)能與物體質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。加速度是速度變化的原因，而加速度與合力有關(guān)。因此，猜想全紅嬋自身動(dòng)能變化與合力做功有關(guān)。

（f）構(gòu)建模型1：構(gòu)建全紅嬋跳水直線模型，如圖2所示。把全紅嬋看成一個(gè)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)。忽略空氣阻力的影響，假設(shè)全紅嬋從跳板處以速度[v1]豎直向下跳水，落水前速度為[v2]，從跳板起跳到落水前的高度差為h。

（g）演繹推理：從跳板起跳到落水前的運(yùn)動(dòng)過程中，全紅嬋受到的合力即重力，合力做功（即重力做功）：

[W合=F合h=mgh]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

全紅嬋在運(yùn)動(dòng)過程中以重力加速度g做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，滿足規(guī)律：

[2gh=v22-v21]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

將（2）式代入（1）式可得合力做功：

（i）歸納規(guī)律：合力對(duì)物體做功等于物體動(dòng)能的變化，這個(gè)規(guī)律叫作動(dòng)能定理，即

（j）拓展延伸：全紅嬋3米板跳水實(shí)際是曲線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能定理是否適用于曲線運(yùn)動(dòng)？請(qǐng)驗(yàn)證你的觀點(diǎn)。

（k）構(gòu)建模型2：構(gòu)建全紅嬋跳水曲線模型，如圖3所示。把全紅嬋看成一個(gè)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)。忽略空氣阻力的影響，在跳板彈力的作用下，全紅嬋起跳速度為[vA]，落水前速度為[vB]，從跳板起跳到落水前的高度差為h。

（l）滲透科學(xué)思維：結(jié)合無限分割的思想，將跳板A處到水面B處的曲線分成很多段，由于每一段都非常小，因此可近似看作直線段。這樣每一段都可以看作恒力作用下的直線運(yùn)動(dòng)，如圖3虛線所示。

（m）課后探究：全紅嬋3米板跳水起跳時(shí)受到的彈力為變力，動(dòng)能定理又是否適用于變力做功？

四、結(jié)束語

本單元教學(xué)設(shè)計(jì)以全紅嬋“水花消失術(shù)”背后的能量轉(zhuǎn)化與守恒這個(gè)大任務(wù)為主線組織教學(xué)。在教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)解決子任務(wù)下的問題鏈，逐步實(shí)現(xiàn)單元教學(xué)目標(biāo)，這既充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教育教學(xué)理念，也為落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了有效方案。因此，在教學(xué)實(shí)踐中，教師要充分發(fā)掘真實(shí)生活中的物理元素，創(chuàng)設(shè)契合單元主題的真實(shí)情境大任務(wù)，這對(duì)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)能力有較高的要求，需要教師在教學(xué)中不斷實(shí)踐與反復(fù)改進(jìn)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)2017年版［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］? 王天石. 指向?qū)W科核心素養(yǎng)的英語單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)研究［J］. 教學(xué)與管理，2022（1）： 48-51.

［3］? 朱寧寧， 崔琰. 以大概念統(tǒng)領(lǐng)單元教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)：以“機(jī)械能及其守恒定律”單元為例［J］. 物理教學(xué)探討，2021（2）：31-36.