素養(yǎng)導(dǎo)向的“三環(huán)四步”教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：學(xué)科核心素養(yǎng)的培育是高中物理教學(xué)的重要目標(biāo)。本文結(jié)合長(zhǎng)期實(shí)踐“三環(huán)四步”教學(xué)模式取得的理論成果，以“力的合成和分解”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，闡釋了該教學(xué)模式的實(shí)施要領(lǐng)。在教學(xué)實(shí)踐中，我們推廣和完善該教學(xué)模式，優(yōu)化操作條件和流程，并基于教學(xué)反饋和評(píng)價(jià)進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；“三環(huán)四步”教學(xué)模式；教學(xué)設(shè)計(jì)

1 提出問題

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出了高中生學(xué)習(xí)物理課程后應(yīng)達(dá)成的學(xué)科核心素養(yǎng)，主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面。^［1］高中物理教學(xué)應(yīng)聚焦于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。教師選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式或模式對(duì)提高課堂教學(xué)效果、培育學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要的意義。

以甘肅省白銀市平川中學(xué)杜鵬花教師為負(fù)責(zé)人的高中物理教學(xué)模式研究課題組，建構(gòu)出了“以素養(yǎng)為導(dǎo)向、課前課中課后一線貫通，強(qiáng)調(diào)課中四步教學(xué)步驟，充分發(fā)揮學(xué)生主體教師主導(dǎo)作用”的“三環(huán)四步”教學(xué)模式

（見圖1）。該教學(xué)模式通過創(chuàng)設(shè)豐富且有針對(duì)性的問題情境，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性和主動(dòng)性的同時(shí)，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，使學(xué)生的學(xué)習(xí)在教學(xué)過程中循序漸進(jìn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的螺旋式上升

（見圖2）。本文以“力的合成和分解”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，闡釋該教學(xué)模式的實(shí)施要領(lǐng)。

2 分析教學(xué)內(nèi)容

《普通高中教科書 物理 必修 第一冊(cè)》將“力的合成和分解”內(nèi)容安排在第三章第4節(jié)，主要由“合力和分力”“力的合成和分解”“矢量和標(biāo)量”三部分內(nèi)容構(gòu)成。《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求：通過實(shí)驗(yàn)，了解力的合成與分解，知道矢量和標(biāo)量。能用共點(diǎn)力的平衡

條件分析生產(chǎn)生活中的問題。^［2］本節(jié)內(nèi)容不僅是對(duì)前面重力、彈力、摩擦力等內(nèi)容的深化，還為后面學(xué)習(xí)共點(diǎn)力的平衡和牛頓第一、二定律等內(nèi)容做了必要鋪墊，起到了承上啟下的作用。根據(jù)教科書的內(nèi)容和《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，本節(jié)課在核心素養(yǎng)目標(biāo)方面應(yīng)達(dá)成以下四個(gè)方面的要求（見表1）。

教學(xué)重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究“力的合成和分解”的規(guī)律。

教學(xué)難點(diǎn)：在“力的合成和分解”實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袑W(xué)會(huì)運(yùn)用等效替代的物理思想，并理解矢量求和的平行四邊形定則。^［5］

3 分析學(xué)情

在初中物理教學(xué)中，學(xué)生已初步接觸了合力與力的合成。通過對(duì)第三章前3節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)力、重力、彈力和摩擦力等內(nèi)容已經(jīng)有了比較深入的認(rèn)識(shí)和把握。通過對(duì)第一章“運(yùn)動(dòng)的描述”內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)位移、速度和加速度等矢量也有了一定的理解。這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)為學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課奠定了必要的知識(shí)基礎(chǔ)。但高中物理新接觸的知識(shí)——“矢量運(yùn)算”，并非簡(jiǎn)單的代數(shù)加減，而是遵循平行四邊形定則的運(yùn)算規(guī)則。矢量運(yùn)算所涉及的數(shù)學(xué)方法對(duì)學(xué)生提出了較高要求，也為本節(jié)課的教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)。

4 教學(xué)過程

本文的具體教學(xué)流程如圖3所示，接下來將分為三環(huán)進(jìn)行論述。

4.1 第一環(huán)——課前環(huán)節(jié)

情境1：學(xué)習(xí)小組代表展示自學(xué)成果，提出自學(xué)中存在的問題和疑惑。

情境2：教師結(jié)合學(xué)情，展示教學(xué)目標(biāo)，明確教學(xué)重難點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)計(jì)理念是對(duì)于學(xué)生已經(jīng)掌握的內(nèi)容，教師無需再講解；對(duì)于學(xué)生能夠自學(xué)掌握的內(nèi)容，教師鼓勵(lì)他們自行學(xué)習(xí)；對(duì)于學(xué)生能夠通過相互交流解決的問題，教師倡導(dǎo)他們互相討論。教師的任務(wù)是重點(diǎn)點(diǎn)撥關(guān)鍵的知識(shí)難點(diǎn)。提前預(yù)習(xí)的目的是讓學(xué)生對(duì)本節(jié)課要學(xué)習(xí)的知識(shí)做到心中有數(shù)，使學(xué)生明確自己學(xué)習(xí)的難點(diǎn)、困惑點(diǎn)，從而有針對(duì)性地學(xué)習(xí)。教師通過了解學(xué)情、適當(dāng)調(diào)整教學(xué)，幫助學(xué)生真正解決學(xué)習(xí)中的困難。

4.2 第二環(huán)——課中環(huán)節(jié)

4.21 展示目標(biāo)，體驗(yàn)情境

情境1：通過多媒體課件圖片展示蜘蛛織網(wǎng)。如果蜘蛛網(wǎng)上的一根絲斷了，網(wǎng)會(huì)倒向哪邊？

情境2：圖4中大人和兩個(gè)小孩分別用相同的水桶提一桶質(zhì)量相同的水，并保持水桶靜止。請(qǐng)嘗試畫出作用在水桶上的力的方向。

設(shè)計(jì)意圖：物理教學(xué)要?jiǎng)?chuàng)設(shè)一個(gè)學(xué)生積極參與、樂于探究、善于實(shí)驗(yàn)、勤于思考的學(xué)習(xí)情境，以吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。蜘蛛織網(wǎng)和水桶提水的情境都是學(xué)生日常生活中容易觀察到的現(xiàn)象。教學(xué)實(shí)踐表明，教師積極創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活實(shí)際的問題情境，能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，使學(xué)生在已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，積極思考新的物理問題，促進(jìn)他們的認(rèn)知發(fā)展。

4.2.2 提出問題，聚焦問題

教師提問：大人用一個(gè)力F 提一桶水，使得水桶保持靜止。兩個(gè)小孩用力F₁、F₂共同提同一桶水，使水桶保持靜止（見圖5）。你能得出什么結(jié)論？

教師讓學(xué)生通過觀察圖片，思考可以得出的結(jié)論。在學(xué)生思考的基礎(chǔ)上，教師總結(jié)等效替代的物理思想和合力、分力的概念。

設(shè)計(jì)意圖：課堂問題的設(shè)置應(yīng)具有針對(duì)性，緊密關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)目標(biāo)，并適當(dāng)挑戰(zhàn)學(xué)生的思維能力，以促進(jìn)學(xué)生的積極思考和學(xué)習(xí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。通過列舉學(xué)生熟悉的提水桶場(chǎng)景，教師可以通過設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生思考，使他們直觀地感受到合力與分力之間的等效替代關(guān)系，從而樹立合力和分力的物理觀念。這種設(shè)計(jì)有助于在真實(shí)情境下提升學(xué)生解決學(xué)科問題的能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

4.2.3 組織活動(dòng)，合作探究

教師演示動(dòng)畫，引導(dǎo)學(xué)生歸納同一直線上二力的合成方法：直接相加減（同向相加，反向相減）（見圖6、圖7）。然后，教師組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄績(jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)器材：兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、細(xì)繩、木板、白紙、圖釘、刻度尺等。

實(shí)驗(yàn)步驟如下。

步驟1：用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)共同拉在橡皮條，使橡皮條的結(jié)點(diǎn)從E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)。記下兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₁、F₂的大小和方向。

步驟2：只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)將同一個(gè)橡皮條的結(jié)點(diǎn)從E點(diǎn)拉至O點(diǎn)。記下合力F的大小和方向。

步驟3：使用同一標(biāo)度，將三個(gè)力作用在同一點(diǎn)的圖示畫出來，觀察它們之間的圖形關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，兩個(gè)力的合力為以表示這兩個(gè)分力的有向線段為鄰邊作出的平行四邊形的對(duì)角線所代表的力（見圖8）。教師播放力的合成的平行四邊形定則視頻，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，并強(qiáng)調(diào)作圖注意事項(xiàng)（見圖9）。

接著，教師提出一系列問題。

問題1：仔細(xì)觀察下面圖形中分力F₁、F₂和合力F，你能得出什么結(jié)論？合力在什么條件下最大，什么條件下最?。咳绾未_定合力的范圍？（見圖10）

問題2：如果兩個(gè)或更多的共點(diǎn)力作用在一個(gè)物體上，怎樣應(yīng)用平行四邊形定則求出它們的合力？

問題3：我們知道了如何求互成角度的兩個(gè)力的合力，那么如何求一個(gè)合力的分力呢？

在物理學(xué)中，我們把求一個(gè)力的分力的過程叫作力的分解。如果上述實(shí)驗(yàn)中，先用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到位置O，然后再用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到相同的位置O，你能得到什么結(jié)論？如果沒有限制，同一個(gè)力F可以分解為多少對(duì)分力？

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究力的分解規(guī)律，教師總結(jié)道：“由于各個(gè)力的數(shù)據(jù)都沒有改變，因此，力的分解也遵循平行四邊形定則?！比魶]有限制，同一個(gè)力可以分解為無數(shù)對(duì)大小、方向不同的分力（見圖11）。按力的作用效果進(jìn)行分解，對(duì)斜向上拉物體的力F的分解（見圖12），F(xiàn)的作用效果包括水平向右拉物體和豎直向上提物體。斜面上物體重力的分解如圖13所示。重力G的作用效果包括使物體沿斜面向下滑和使物體垂直向下壓緊斜面。

由此引入矢量和標(biāo)量的概念：矢量是既有大小又有方向的物理量，其運(yùn)算法則遵循平行四邊形定則，例如力、位移、速度、加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度、動(dòng)量等。標(biāo)量是只有大小而沒有方向的物理量，其運(yùn)算法則遵循算術(shù)法則，例如質(zhì)量、路程、功、電流等。^［6］

設(shè)計(jì)意圖：物理學(xué)科是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，因此要重視物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。讓學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，可以提升他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ⑦M(jìn)一步深化他們對(duì)知識(shí)的理解。教師引導(dǎo)下的分組討論和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。通過兩次猜想分力與合力之間的圖形關(guān)系，學(xué)生可以加深對(duì)矢量的理解，體會(huì)矢量與標(biāo)量的區(qū)別。這不僅有助于學(xué)生突破思維定式，還能培養(yǎng)他們的抽象概括能力、科學(xué)建模能力和科學(xué)論證能力。

4.2.4 交流評(píng)價(jià)，反饋矯正

歷史上，斯蒂文通過對(duì)斜面上物體和鏈條的平衡（見圖14、圖15）的研究最早提出了力的合成和分解原理，并認(rèn)為力的合成和分解原理遵循三角形定則。^［7］牛頓在其經(jīng)典著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中大膽地提出力的合成和分解遵循平行四邊形定則（見圖16）。^［8］平行四邊形定則

的發(fā)現(xiàn)歷史對(duì)于我們有重要的啟發(fā)意義。教師要求學(xué)生結(jié)合兩位科學(xué)家的研究歷程和觀點(diǎn)演進(jìn)，談?wù)剬?duì)自己的啟示。學(xué)生自然地體會(huì)到平行四邊形定則的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了曲折的過程，它凝聚了斯蒂文、牛頓等眾多科學(xué)家的心血。我們應(yīng)該學(xué)習(xí)科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勇于創(chuàng)新的精神。

設(shè)計(jì)意圖：高中物理學(xué)科在立德樹人方面扮演著重要角色。結(jié)合物理學(xué)史讓學(xué)生了解科學(xué)家探究和發(fā)現(xiàn)物理定律、定則的歷程，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。通過探討力的合成和分解所遵循的平行四邊形定則的發(fā)現(xiàn)歷程，學(xué)生能夠領(lǐng)悟到許多重大發(fā)現(xiàn)背后科學(xué)家們的艱辛探索。這不僅有助于學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家們的探究精神，錘煉個(gè)人品質(zhì)，從而激勵(lì)他們勇攀科學(xué)高峰，還能進(jìn)一步促進(jìn)高中物理課程中的思政教育。

4.2.5 應(yīng)用提升

教師用PPT展示課本例題，指導(dǎo)學(xué)生用作圖法求合力。學(xué)生讀題，審題，嘗試解題。小組展示，互相點(diǎn)評(píng)。教師引導(dǎo)學(xué)生分析解題步驟，進(jìn)行解題演示。

設(shè)計(jì)意圖：物理課堂教學(xué)要重視例題教學(xué)，從培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)角度開展習(xí)題教學(xué)，采取師生合作等多種方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生應(yīng)用課堂所學(xué)知識(shí)解決典型問題的積極性。教師在引導(dǎo)學(xué)生審題、讀題規(guī)范和解題的過程中，幫助學(xué)生掌握典型題目的解題步驟、方法和能力。這樣的教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力，同時(shí)提升他們的交流、評(píng)估和反思能力。

4.2.6 課堂總結(jié)

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課的收獲，并在PPT上展示課堂小結(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：教師在對(duì)本節(jié)課知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，為了克服知識(shí)“零散化”的弊端，有必要對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，幫助學(xué)生形成一個(gè)完整的知識(shí)體系，并理解知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過讓學(xué)生分享本節(jié)課的收獲，教師及時(shí)給予積極的肯定性評(píng)價(jià)，將這一過程作為促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展的重要手段。

這樣的教學(xué)活動(dòng)可以培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系的能力，幫助他們進(jìn)一步理解和內(nèi)化所學(xué)知識(shí)，從而形成力的合成和分解的全面知識(shí)框架。

4.3 第三環(huán)——課后環(huán)節(jié)

課后作業(yè)包括書面作業(yè)和探究作業(yè)：分力方向不變，大小增大，合力將如何變化？（作出力的圖示）兩個(gè)分力的大小不變，方向改變，合力將如何變化？多個(gè)力作用在物體上，你會(huì)求合力嗎？你會(huì)用正交分解法求分力嗎？

設(shè)計(jì)意圖：在不額外增加學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)的前提下，教師布置適量的課后作業(yè)對(duì)于學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)、檢測(cè)學(xué)習(xí)效果、內(nèi)化知識(shí)和增強(qiáng)知識(shí)的應(yīng)用能力具有重要價(jià)值。教材中的習(xí)題具有典型性，能夠有效地幫助學(xué)生掌握本課必備知識(shí)、形成關(guān)鍵能力。通過布置課本習(xí)題，教師可以增加學(xué)生做題練習(xí)的實(shí)踐機(jī)會(huì)，幫助學(xué)生克服在實(shí)際操作中遇到的困難。此外，布置一道綜合性的探究題，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，并對(duì)本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步總結(jié)。

5 結(jié)語

在深化教育評(píng)價(jià)改革，持續(xù)推進(jìn)新課程、新教材、新高考的改革和素質(zhì)教育的背景下，學(xué)科核心素養(yǎng)的培育受到了空前的重視。以素養(yǎng)為導(dǎo)向的“三環(huán)四步”教學(xué)模式在我校及省市學(xué)校的課堂教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐證明，這是一種行之有效的教學(xué)模式。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，我們將進(jìn)一步推廣和完善該教學(xué)模式，繼續(xù)優(yōu)化操作條件和流程，并基于教學(xué)反饋和評(píng)價(jià)進(jìn)行深入研究。

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