基于“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)的物理課堂重構(gòu)的教學(xué)實(shí)踐

摘 要：本文依據(jù)“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)，以“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系”教學(xué)設(shè)計(jì)為案例，通過(guò)創(chuàng)設(shè)生活情境、創(chuàng)新教學(xué)實(shí)驗(yàn)、回歸科學(xué)本質(zhì)，重新構(gòu)建了課堂教學(xué)活動(dòng)。本文指出，教師應(yīng)立足于研究過(guò)程來(lái)重構(gòu)課堂教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生用證據(jù)支撐觀點(diǎn)的科學(xué)思維習(xí)慣，以及嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、敢于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)即研究；課堂重構(gòu)；證據(jù)意識(shí)；核心素養(yǎng)

1 “學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)

“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)認(rèn)為，學(xué)習(xí)的過(guò)程是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程，其本質(zhì)就是研究的過(guò)程，學(xué)習(xí)者就是研究者。這個(gè)過(guò)程要依據(jù)學(xué)生的真實(shí)思維，構(gòu)建真實(shí)的情境、以問(wèn)題為紐帶實(shí)現(xiàn)知識(shí)的構(gòu)建和方法的運(yùn)用，并在質(zhì)疑評(píng)價(jià)中推進(jìn)研究成果的深入和發(fā)展。［1］這一觀點(diǎn)確立了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的本質(zhì)，并為當(dāng)前培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)提供了有效策略。

2 基于“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)的課堂重構(gòu)

本文研究課的內(nèi)容是人教版高中物理必修第一冊(cè)（以下簡(jiǎn)稱教材）第二章第2節(jié)“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系”。教材第一章從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度描述了物體的運(yùn)動(dòng)，為第二章研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)打好了基礎(chǔ)。第二章是第一章概念和方法的具體應(yīng)用。

在傳統(tǒng)教學(xué)課堂中，教師常用第1節(jié)內(nèi)容中實(shí)驗(yàn)課得到的v-t圖像來(lái)作為第2節(jié)內(nèi)容的導(dǎo)入，以此引出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的概念、特點(diǎn)以及規(guī)律，并通過(guò)幾道例題的訓(xùn)練來(lái)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)公式和圖像的應(yīng)用。

盡管該教學(xué)過(guò)程結(jié)構(gòu)的邏輯看似合理，但其中缺乏了促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的過(guò)程，屬于“知識(shí)積累型學(xué)習(xí)”。筆者按照人類對(duì)自然研究的一般規(guī)律，構(gòu)建了真實(shí)情境，以問(wèn)題為紐帶，用研究的方式重構(gòu)了本節(jié)課的教學(xué)。

2.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，體現(xiàn)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性

在教材第一章，學(xué)生學(xué)習(xí)了描述運(yùn)動(dòng)的一些參量。

而第二章要學(xué)習(xí)的內(nèi)容則是應(yīng)用第一章的參量來(lái)研究生活中的一些運(yùn)動(dòng)。為了讓學(xué)生能切身體會(huì)“物理來(lái)源于生活”，本文以跑步運(yùn)動(dòng)為例展開(kāi)研究。本文指出，通過(guò)在課堂教學(xué)中引入真實(shí)的生活情境，教師能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這樣的教學(xué)方式也更貼合學(xué)生的認(rèn)知水平。

【教學(xué)過(guò)程】

教師播放校運(yùn)會(huì)百米賽跑視頻，并提出問(wèn)題：請(qǐng)描述運(yùn)動(dòng)員起跑階段的運(yùn)動(dòng)。

學(xué)生回答：加速運(yùn)動(dòng)。

教師提問(wèn)：為什么說(shuō)是加速運(yùn)動(dòng)？請(qǐng)給出證據(jù)。

學(xué)生進(jìn)行感性的判斷：運(yùn)動(dòng)員在起跑階段越跑越快。

教師評(píng)價(jià)：好！“運(yùn)動(dòng)員越來(lái)越快”的確是我們共同的直觀感受，但物理學(xué)家開(kāi)爾文認(rèn)為“無(wú)測(cè)量，不科學(xué)”，基于實(shí)測(cè)的判斷才更加可信。

學(xué)生進(jìn)行邏輯推理：不一定要測(cè)量，運(yùn)動(dòng)員在發(fā)令槍響前靜止、槍響后開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，這表明運(yùn)動(dòng)員必定是在做加速運(yùn)動(dòng)。

教師評(píng)價(jià)：非常好！這種邏輯推斷令人信服！邏輯推理的確是我們研究物理問(wèn)題可以采用的手段，但用測(cè)量的數(shù)據(jù)說(shuō)話更直接、更有說(shuō)服力。

【設(shè)計(jì)思想】

從亞里士多德對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的哲學(xué)深思到伽利略對(duì)自由落體現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究，人類經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索歷程，逐漸從依賴定性觀察與哲學(xué)思辨，轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)用實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和數(shù)學(xué)工具進(jìn)行深入的定量研究，最終形成了以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)體系。針對(duì)運(yùn)動(dòng)描述的問(wèn)題，傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往側(cè)重于感性判斷或直接告知結(jié)論，導(dǎo)致學(xué)生僅停留在“知道”的層面。而重構(gòu)的教學(xué)設(shè)計(jì)則旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用測(cè)量證據(jù)來(lái)支撐判斷的科學(xué)思維習(xí)慣，以及嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、敢于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度。

【教學(xué)建議】

教師在這個(gè)階段可以讓學(xué)生暢所欲言，交流思想。在教學(xué)過(guò)程中，不要為了實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，而要在思維碰撞的過(guò)程中逐漸培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，任何結(jié)論的得出都需要理論與實(shí)驗(yàn)的論證。在時(shí)間允許的情況下，教師還可以再進(jìn)一步追問(wèn)：你能用什么方法測(cè)量出運(yùn)動(dòng)員的速度呢？回憶起第一章學(xué)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)生可能會(huì)想到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、光電門等測(cè)速工具。顯然，這些方法都不適合用來(lái)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的速度。教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行這樣一連串的思考，無(wú)一不在拓展學(xué)生的思維、發(fā)展學(xué)生的能力、培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)。

2.2 創(chuàng)新教學(xué)實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)研究的曲折性

教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)并完成課前實(shí)驗(yàn)“用Tracker軟件研究運(yùn)動(dòng)員起跑階段的運(yùn)動(dòng)”。無(wú)人機(jī)懸停于直線跑道上方，拍攝運(yùn)動(dòng)員起跑視頻。我們可以用Tracker軟件打開(kāi)起跑視頻，選取運(yùn)動(dòng)員頭部為跟蹤點(diǎn)，沿運(yùn)動(dòng)方向建立坐標(biāo)系，在選取的研究路徑上標(biāo)注實(shí)際長(zhǎng)度36.00m，每0.2s跟蹤一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（見(jiàn)圖1），軟件自動(dòng)獲取各個(gè)點(diǎn)的位置及速度（見(jiàn)表1）。

然后，將數(shù)據(jù)復(fù)制到Excel，以時(shí)間為自變量、速度為因變量，插入散點(diǎn)圖并擬合（見(jiàn)圖2）。學(xué)生根據(jù)速度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)判斷運(yùn)動(dòng)員在做加速運(yùn)動(dòng)，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題：起跑階段運(yùn)動(dòng)員的加速度是如何變化的呢？

【教學(xué)過(guò)程】

教師提問(wèn)：我們用Tracker軟件測(cè)量了運(yùn)動(dòng)員起跑階段的數(shù)據(jù)，得到了v-t圖像（見(jiàn)圖2），請(qǐng)同學(xué)們據(jù)此再來(lái)描述起跑階段運(yùn)動(dòng)員所做的運(yùn)動(dòng)。

學(xué)生迅速回答：加速運(yùn)動(dòng)。

教師提問(wèn)：為什么這么說(shuō)？

學(xué)生回答：根據(jù)v-t圖像可知，運(yùn)動(dòng)員的速度隨時(shí)間推移越來(lái)越大。有了速度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)動(dòng)員做加速運(yùn)動(dòng)“板上釘釘”了！

教師引導(dǎo)學(xué)生回到最初的問(wèn)題：描述運(yùn)動(dòng)員起跑階段的運(yùn)動(dòng)，從v-t圖像中我們還可以提取運(yùn)動(dòng)的其他信息嗎？運(yùn)動(dòng)員的加速度如何變化？

學(xué)生猜想：加速度減小。

教師進(jìn)一步追問(wèn)：能給出證據(jù)嗎？

此時(shí)學(xué)生不知所以然，研究遇到了困難。

現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題總是復(fù)雜的，當(dāng)遇到復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，善于研究的人總是從簡(jiǎn)單的問(wèn)題入手。

通過(guò)引導(dǎo)，學(xué)生自然而然地想到v-t圖像是直線的運(yùn)動(dòng)。教師向?qū)W生說(shuō)明，在上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)中，小車在槽碼牽引下的運(yùn)動(dòng)就是這樣的一種變速運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖3）。

【設(shè)計(jì)思想】

傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)大多利用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)得到小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖像，以此引入勻變速直線運(yùn)動(dòng)的概念。

然而，學(xué)生并不知道為何要研究這樣的運(yùn)動(dòng)，人們對(duì)自然規(guī)律的研究歷程總是曲折且艱辛的。物理問(wèn)題的產(chǎn)生往往根植于生活中復(fù)雜多變的實(shí)際問(wèn)題，面對(duì)這些紛繁復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，我們總是傾向于從研究較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題入手。重構(gòu)設(shè)計(jì)旨在使課堂中學(xué)生的學(xué)習(xí)和研究過(guò)程更加貼近人的自然認(rèn)知發(fā)展軌跡，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從特殊到一般、由簡(jiǎn)入繁的科學(xué)研究過(guò)程，體驗(yàn)其中的曲折與成就。

【教學(xué)建議】

信息化教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用已成為當(dāng)今教學(xué)領(lǐng)域中不可或缺的一部分。Tracker軟件作為一款專注于視頻分析的物理工具，具備實(shí)時(shí)定位、精準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析等功能，極大地簡(jiǎn)化了對(duì)簡(jiǎn)單物理現(xiàn)象的快速探究過(guò)程，從而減少了簡(jiǎn)單物理實(shí)驗(yàn)對(duì)特定實(shí)驗(yàn)環(huán)境和高端實(shí)驗(yàn)設(shè)施的依賴。在物理教學(xué)中，它對(duì)于研究物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有顯著的輔助作用。教師應(yīng)在教學(xué)中嘗試使用各種信息化技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，這一過(guò)程不僅可以提升自身的專業(yè)素養(yǎng)，還能使教學(xué)內(nèi)容更加生動(dòng)形象，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、拓展他們的視野，并促進(jìn)學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展。

2.3 回歸科學(xué)本源，體現(xiàn)研究的本質(zhì)性［2］

簡(jiǎn)要回顧上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（探究小車的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律），提出問(wèn)題：根據(jù)實(shí)驗(yàn)繪制的v-t圖像，小車的加速度如何變化？在此基礎(chǔ)上解決起跑階段運(yùn)動(dòng)員的加速度如何變化的問(wèn)題。

【作圖體驗(yàn)，回歸本質(zhì)】

教師提問(wèn)：你認(rèn)為在這段時(shí)間內(nèi)，小車的加速度是如何變化的？為什么？

學(xué)生回答：加速度不變，因?yàn)閳D像為一條直線。

教師提問(wèn)：那么，為什么v-t圖像是直線，加速度就不變呢？

【設(shè)置類比，舉一反三】

勻變速直線運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的變速運(yùn)動(dòng)。

教師提問(wèn)：我們已經(jīng)學(xué)會(huì)了怎樣研究簡(jiǎn)單的變速問(wèn)題，接下來(lái)我們將嘗試研究較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)員起跑運(yùn)動(dòng)。起跑階段運(yùn)動(dòng)員的加速度如何變化？為什么？

【設(shè)計(jì)思想】

學(xué)生獲得的不應(yīng)該僅僅是知識(shí)的結(jié)論，更重要的是知識(shí)形成的過(guò)程本身。在傳統(tǒng)課堂中，教師在講解v-t圖像中的加速度時(shí)常常從斜率角度直接分析。但此時(shí)，高一學(xué)生對(duì)斜率的理解可能仍停留在初中所學(xué)的直線斜率層面上，對(duì)于曲線斜率的認(rèn)知尚未深入。為了彌補(bǔ)這一不足，本文中的重構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)緊密依托教材，并特別注重基本方法的滲透，通過(guò)作圖的方法形象直觀地展示了加速度的變化情況，從而幫助學(xué)生更好地理解和掌握這一概念。

【教學(xué)建議】

勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度分析相對(duì)容易，而對(duì)于非勻變速直線運(yùn)動(dòng)的圖像分析則顯得較為復(fù)雜。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，我們采用類比的學(xué)習(xí)方法，并建議給予學(xué)生充足的時(shí)間進(jìn)行自主作圖，鼓勵(lì)他們分享交流各自的見(jiàn)解。在此過(guò)程中，教師應(yīng)避免“包辦代替”，而是應(yīng)該作為引導(dǎo)者，促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和思維發(fā)展。

2.4 創(chuàng)設(shè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)研究的實(shí)證性

生活中是否存在勻變速直線運(yùn)動(dòng)呢？理論的研究還需要實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

演示實(shí)驗(yàn)：用手向上輕推位于光滑傾斜軌道上的小車。

提出問(wèn)題：小車在傾斜軌道上的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)嗎？

學(xué)生猜想：①小車先向上運(yùn)動(dòng)，后向下運(yùn)動(dòng)，速度方向發(fā)生了變化，所以不是勻變速運(yùn)動(dòng)；②小車先向上勻減速運(yùn)動(dòng)，后向下勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度變化，所以不是勻變速運(yùn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：提前組裝好位移傳感器設(shè)備（見(jiàn)圖6），實(shí)時(shí)記錄下小車的速度－時(shí)間圖像（見(jiàn)圖7）。

現(xiàn)象分析：截取圖中AB段進(jìn)行研究，該段反映的就是小車從脫離手到用手接住的過(guò)程。據(jù)此分析小車的運(yùn)動(dòng)情況，v-t圖像中AB段近似為直線，體現(xiàn)了小車的速度均勻變化，確實(shí)做的是勻變速運(yùn)動(dòng)。

教師追問(wèn)：小車做的是勻加速運(yùn)動(dòng)還是勻減速運(yùn)動(dòng)呢？

學(xué)生回答：AO段近似為直線，速度均勻減小，做勻減速運(yùn)動(dòng)；OB段近似為直線，速度均勻增大，做勻加速運(yùn)動(dòng)。

質(zhì)疑評(píng)價(jià)：剛才有同學(xué)認(rèn)為小車在傾斜軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度方向變了，因此，小車做的不是勻變速運(yùn)動(dòng)。

我們應(yīng)該如何解釋呢？

討論交流：小車在傾斜軌道上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生了變化，但加速度方向不變。加速度方向是速度變化的方向，減速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度與速度反向，加速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度與速度同向。小車減速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度沿傾斜軌道向下，加速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度仍沿傾斜軌道向下，所以全過(guò)程中加速度方向并沒(méi)有變化。

拓展延伸：除了AB這段直線外，圖像中還有曲線段，比如BQ段和PA段。你能分析這些時(shí)間段內(nèi)小車的運(yùn)動(dòng)情況嗎？

學(xué)生猜想：BQ段做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，PA段做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：猜想是否正確呢？我們還是要用測(cè)量數(shù)據(jù)說(shuō)話。在DISLab傳感器電腦界面上自動(dòng)讀取BQ段中每一小段的加速度的數(shù)值，用實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證加速度大小的變化情況。

【設(shè)計(jì)思想】

在分析圖像時(shí)，傳統(tǒng)課堂中，教師往往直接給定幾個(gè)圖像，進(jìn)行“知識(shí)型”訓(xùn)練，而忽視了“素養(yǎng)型”目標(biāo)的達(dá)成。重構(gòu)設(shè)計(jì)旨在從生活中的實(shí)際運(yùn)動(dòng)入手，對(duì)圖像的研究不僅限于理論分析，還有感性認(rèn)識(shí)，更有數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)多次質(zhì)疑與論證，進(jìn)一步提升學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，體現(xiàn)了科學(xué)研究的實(shí)證性。

【教學(xué)建議】

由于學(xué)生在本實(shí)驗(yàn)方面的感性認(rèn)識(shí)不足，且現(xiàn)有的知識(shí)儲(chǔ)備尚不足以直接運(yùn)用第四章的牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行分析，因此，本文建議通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方式來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。在本實(shí)驗(yàn)中，成功獲取小車的運(yùn)動(dòng)圖像是至關(guān)重要的。為了使AB段的圖像近似為直線，需要確保軌道與車輪之間的接觸近似光滑，以減少摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。同時(shí)，軌道的傾角不宜過(guò)低，一般可在30°～45°內(nèi)進(jìn)行調(diào)試，并且DISLab發(fā)射端和接收端需要嚴(yán)格調(diào)試在一條直線上。

3 基于“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)的課堂重構(gòu)的困難與展望

新一輪基礎(chǔ)教育課程改革著重強(qiáng)調(diào)了培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。在此背景下，教學(xué)研究者和實(shí)踐者已經(jīng)開(kāi)展了一系列富有成效的嘗試。然而，不容忽視的是，這些變革的深度尚顯不足。盡管傳統(tǒng)教學(xué)方式因其高效率及易操作性仍廣泛受教師們的青睞，但基于“學(xué)習(xí)即研究”理念的物理課堂模式，盡管在短期內(nèi)可能無(wú)法迅速提升學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)，且其實(shí)施過(guò)程高度依賴教師個(gè)人的科學(xué)素養(yǎng)、執(zhí)行能力及信息化技術(shù)的應(yīng)用水平，從而面臨一定挑戰(zhàn)，但其價(jià)值不容小覷。

教育本質(zhì)上是一個(gè)貫穿學(xué)生終身發(fā)展的過(guò)程，而非僅限于學(xué)期或階段。在此背景下，“學(xué)習(xí)即研究”的課堂重構(gòu)理念鼓勵(lì)教師采用主體研究的學(xué)習(xí)方式，旨在將知識(shí)的簡(jiǎn)單傳授方式轉(zhuǎn)變?yōu)閱?wèn)題的探索與引導(dǎo)，將知識(shí)的堆砌轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)過(guò)程的重建，將學(xué)生的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)化為主動(dòng)研究。從長(zhǎng)遠(yuǎn)視角審視，這種注重本質(zhì)、超越結(jié)論的問(wèn)題解決式學(xué)習(xí)，對(duì)于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、培養(yǎng)質(zhì)疑精神及增強(qiáng)實(shí)踐能力具有深遠(yuǎn)意義，該學(xué)習(xí)方式無(wú)疑是推動(dòng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)全面發(fā)展的必由之路。

參考文獻(xiàn)

［1］董文杰.“學(xué)習(xí)即研究”導(dǎo)向的物理教學(xué)案例分析——以人教版“電源和電流”教學(xué)為例 ［J］.物理教師， 2022， 43 （5）： 19-22．

［2］吳敏，劉霽華.基于“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)的核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略 ［J］.物理教師， 2018， 39 （11）： 19-22．