摘 要：當(dāng)前高考應(yīng)試形勢(shì)下，部分師生只注重模型的硬性記憶、生搬硬套，學(xué)生難以形成真正的建模能力.以學(xué)習(xí)進(jìn)階理論為指導(dǎo)，借鑒游戲中的闖關(guān)理念，構(gòu)建了中學(xué)物理闖關(guān)型教學(xué)模式;并將該模式應(yīng)用于復(fù)習(xí)課“平拋模型”的教學(xué)實(shí)踐中.本模式有比賽、合作、自主、對(duì)比等闖關(guān)形式，學(xué)生在進(jìn)階問(wèn)題鏈引導(dǎo)下逐級(jí)闖關(guān)，建模水平層級(jí)在闖關(guān)中逐級(jí)進(jìn)階發(fā)展.

關(guān)鍵詞：闖關(guān);建模;水平;進(jìn)階;能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）07-0028-04

作者簡(jiǎn)介：余耿華（1976-），男，廣東興寧人，碩士，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué)、教學(xué)模式.

在中學(xué)物理教學(xué)中，師生們?cè)絹?lái)越意識(shí)到建模的重要性，但在應(yīng)試的教育體制下，導(dǎo)致部分師生只注重模型的硬性記憶、生搬硬套，長(zhǎng)此為往，學(xué)生思維慢慢僵化，很難形成真正的建模能力;另一方面，學(xué)生對(duì)游戲卻是欲罷不能、無(wú)師自通，學(xué)生的游戲思維進(jìn)階神速.為此，筆者嘗試以學(xué)習(xí)進(jìn)階理論為指導(dǎo)，借鑒游戲中的闖關(guān)理念，構(gòu)建了中學(xué)物理闖關(guān)型教學(xué)模式;并將該模式應(yīng)用于高三復(fù)習(xí)課“平拋模型“的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生在逐級(jí)闖關(guān)中其建模水平逐級(jí)進(jìn)階發(fā)展.

1 相關(guān)概念的界定

1.1 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論及中學(xué)物理闖關(guān)型教學(xué)模式

美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)（NRC） 將學(xué)習(xí)進(jìn)階理論定義為：“學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)學(xué)生連貫且逐漸深入的思維方式的假定描述.在一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間跨度下，學(xué)生學(xué)習(xí)和探究某一重要知識(shí)或?qū)嵺`領(lǐng)域時(shí)，思維方式逐漸進(jìn)階[1].”

中學(xué)物理闖關(guān)型教學(xué)模式：本模式以學(xué)習(xí)進(jìn)階理論為指導(dǎo)，借鑒游戲中的闖關(guān)理念，以學(xué)生原有的認(rèn)知為闖關(guān)基礎(chǔ)，以核心概念、規(guī)律或方法為主線(xiàn)，設(shè)計(jì)闖關(guān)，一般以教學(xué)內(nèi)容的模塊為大關(guān)，以具有思維進(jìn)階的問(wèn)題鏈為一個(gè)個(gè)小關(guān)（學(xué)習(xí)進(jìn)階中的階）.闖關(guān)形式有比賽、合作、自主、對(duì)比等，學(xué)生在問(wèn)題鏈引導(dǎo)下逐級(jí)闖關(guān)，科學(xué)思維水平在闖關(guān)中不斷進(jìn)階發(fā)展.本模式主要應(yīng)用在提升學(xué)生的科學(xué)思維水平層級(jí)，也可以應(yīng)用在提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的其他要素的水平層級(jí).

從以上闡述可知，學(xué)習(xí)進(jìn)階刻畫(huà)的是學(xué)生思維發(fā)展的過(guò)程，因此從這一理論出發(fā)，基于學(xué)生原有認(rèn)知基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)生認(rèn)知思維發(fā)展進(jìn)階的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于學(xué)生視角的具有思維進(jìn)階的闖關(guān)大關(guān)（任務(wù)）和小關(guān)（進(jìn)階問(wèn)題鏈）是課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.

該模式在實(shí)踐應(yīng)用中，可根據(jù)教情和學(xué)情需要，有針對(duì)性地選擇或融合多種闖關(guān)形式.在具體的一節(jié)課教學(xué)中，若學(xué)生遇到困難，可以自主揭開(kāi)預(yù)先提供的錦囊（參考答案或提示），同時(shí)根據(jù)個(gè)性或共性的反饋情況，可以采用師生互助、小組互助等形式一起闖關(guān)，促進(jìn)學(xué)生自主而有個(gè)性的學(xué)習(xí).

1.2 建模的水平層級(jí)

2020年，教育部發(fā)布了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新課標(biāo)），新課標(biāo)尤其關(guān)注學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，將科學(xué)思維中的建模能力按學(xué)業(yè)質(zhì)量要求進(jìn)行了如圖1所示詳細(xì)的水平層級(jí)劃分[2-3].

2 闖關(guān)型教學(xué)模式——水平進(jìn)階案例

本文以高三復(fù)習(xí)課“平拋模型”為例的闖關(guān)過(guò)程總框架如圖2所示.

2.1 大闖關(guān)一：自主闖關(guān)，整合知識(shí)框架

新課標(biāo)理念之一是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自主學(xué)習(xí)也是學(xué)生終身發(fā)展所必需的關(guān)鍵能力之一.在教學(xué)實(shí)踐中，我們應(yīng)該注意將大闖關(guān)（大任務(wù)）分解為若干進(jìn)階的小關(guān)（小任務(wù)），可以將闖關(guān)過(guò)程中的小關(guān)答案或提示變成錦囊，放在臺(tái)面的小盒子里，學(xué)生不會(huì)時(shí)可以通過(guò)錦囊，也可以適時(shí)通過(guò)師生互助、同伴互助繼續(xù)自主闖關(guān)，讓學(xué)生能自主闖關(guān)、喜歡自主闖關(guān)，在闖關(guān)過(guò)程中找到興趣和信心，不斷促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提升.自主闖關(guān)宜設(shè)計(jì)在較簡(jiǎn)單的任務(wù)中.

闖關(guān)基礎(chǔ)：學(xué)生在日常生活中常見(jiàn)一些平拋運(yùn)動(dòng)，高一已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)平拋運(yùn)動(dòng)，本節(jié)課定位是復(fù)習(xí)課;學(xué)生已有處理曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的基本方法，如化曲為直.但學(xué)生習(xí)慣于死記模型，往往未能將實(shí)際的平拋運(yùn)動(dòng)與平拋模型聯(lián)系起來(lái)，缺乏對(duì)動(dòng)力學(xué)具體問(wèn)題具體分析的習(xí)慣.

闖關(guān)情境設(shè)置：

小關(guān)1：請(qǐng)水平拋出一個(gè)粉筆頭，觀察粉筆頭做什么運(yùn)動(dòng)？回答以下幾個(gè)問(wèn)題？（有條件的小組或?qū)W校可以用手機(jī)慢拍粉筆頭做平拋運(yùn)動(dòng)的視頻，并按一定時(shí)間間隔展示平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡）

小關(guān)2：請(qǐng)只用米尺測(cè)出粉筆頭做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0？

小關(guān)3：一般如何處理曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)？

小關(guān)4：請(qǐng)通過(guò)計(jì)算求出t=1s時(shí)粉筆頭的速度v1和位移？（注意矢量有大小和方向）

小關(guān)5：請(qǐng)通過(guò)計(jì)算求出水平位移x=1m時(shí)粉筆頭的速度.

小關(guān)6：思考處理曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)與直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方法有何不同？

設(shè)計(jì)意圖：小關(guān)1，通過(guò)學(xué)生動(dòng)手做身邊常見(jiàn)、簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，讓學(xué)生逐步意識(shí)到生活中處處體現(xiàn)物理的觀念—小關(guān)2、小關(guān)3，引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟基本的“化曲為直”的思想方法，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)和日常生活物品解決實(shí)際問(wèn)題的能力—小關(guān)4、小關(guān)5，通過(guò)闖一個(gè)個(gè)小關(guān)，引導(dǎo)學(xué)生自主梳理基礎(chǔ)知識(shí)，自主構(gòu)建平拋運(yùn)動(dòng)的基本模型—小關(guān)6，完善直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的知識(shí)框架.

本闖關(guān)通過(guò)將呆板的模型計(jì)算轉(zhuǎn)化為以簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一個(gè)個(gè)小關(guān)，讓學(xué)生能闖關(guān)、愛(ài)闖關(guān)，真真切切地體驗(yàn)到自主闖關(guān)的樂(lè)趣.

2.2 大闖關(guān)二：基礎(chǔ)應(yīng)用模型

通過(guò)比賽闖關(guān)形式，更能調(diào)動(dòng)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在全身心體驗(yàn)中內(nèi)化物理知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)踐意識(shí).比賽闖關(guān)宜設(shè)計(jì)在較簡(jiǎn)單的模型應(yīng)用中.

闖關(guān)基礎(chǔ)：學(xué)生通過(guò)闖關(guān)一已具備了較完善的平拋運(yùn)動(dòng)模型，進(jìn)一步完善了有關(guān)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu).但學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)仍欠缺.

闖關(guān)情境設(shè)置：

小關(guān)1：進(jìn)行如圖3所示的“套圈圈”游戲，要求投“圈圈”都是水平拋出的，投擲的位置距目標(biāo)的水平距離為2米，要套中目標(biāo)玩具，體驗(yàn)分別從不同高度水平拋出圈圈，其初速度應(yīng)如何控制？比賽哪組同學(xué)套中的圈較多.

小關(guān)2：比賽誰(shuí)先用理論分析出你的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

設(shè)計(jì)意圖：小關(guān)1，創(chuàng)設(shè)比賽游戲情境，學(xué)生在“玩中學(xué)”，更易內(nèi)化知識(shí)、激發(fā)內(nèi)驅(qū)力、增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí)—小關(guān)2，先現(xiàn)象再理論分析，符合學(xué)生的心理學(xué)認(rèn)知規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生自發(fā)應(yīng)用平拋模型解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

本闖關(guān)希望通過(guò)將傳統(tǒng)的模型應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)術(shù)游戲的比賽闖關(guān)，學(xué)生興趣濃厚，實(shí)踐意識(shí)增強(qiáng)，學(xué)生學(xué)以致用的自信心和自豪感增強(qiáng)，使學(xué)生的平拋建模水平自然進(jìn)階到水平2.

2.3 大闖關(guān)三：提升應(yīng)用模型

對(duì)比是科學(xué)探究的重要方法，對(duì)比是高階思維的重要行為，學(xué)生在對(duì)比中更容易領(lǐng)悟到問(wèn)題的本質(zhì)，建模水平3要求學(xué)生能在熟悉情境中選出恰當(dāng)模型，因此選用對(duì)比闖關(guān)是一個(gè)很好的闖關(guān)形式.

闖關(guān)基礎(chǔ)：學(xué)生在前面的闖關(guān)中已構(gòu)建了平拋運(yùn)動(dòng)的基本模型，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用，達(dá)到平拋建模水平層級(jí)2;但學(xué)生仍容易受思維定勢(shì)影響，存在簡(jiǎn)單的生搬硬套模型情況，不敢、不愿用基本的動(dòng)力學(xué)分析方法解決實(shí)際問(wèn)題.

闖關(guān)情境設(shè)置：

小關(guān)1：如圖4，S是光源，在此處水平拋出小鐵球，猜想小鐵球的影子在右邊墻壁做什么運(yùn)動(dòng)？

小關(guān)2：請(qǐng)用理論論證您的猜想.

視教情和學(xué)情可以給以下錦囊提示：

（1）0時(shí)刻的小球影子在哪里？

（2）某一時(shí)刻t，小球的影子在哪里？

（3）作幾何圖，利用相似三角形，分析得到小球的影子在豎直墻上的位移與時(shí)間的關(guān)系？

（4）根據(jù)以上式子，思考鐵球在墻上的影子做什么運(yùn)動(dòng)？

小關(guān)3：小鐵球影子在墻上若做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)求出其加速度;若做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)求出其速度大小.

小關(guān)4：可否用現(xiàn)有的生活用品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證您的理論分析結(jié)果（以4人為一組，課內(nèi)先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，可以課后進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）.

設(shè)計(jì)意圖：小關(guān)1，以學(xué)生身邊雖然常見(jiàn)、但易受思維定勢(shì)影響而引起認(rèn)知沖突的情境引入教學(xué)，有利于激發(fā)學(xué)生熱情—小關(guān)2，考慮到分析小關(guān)2臺(tái)階太大，有些學(xué)生可能無(wú)從入手，采用錦囊形式細(xì)分臺(tái)階，一步步引導(dǎo)學(xué)生如何通過(guò)具體分析、建構(gòu)模型，得到理論結(jié)果，讓學(xué)生從中領(lǐng)悟到建模更重要的是分析建構(gòu)模型的過(guò)程，而不是死記模型，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生正確的建模觀念—小關(guān)3，進(jìn)一步提升學(xué)生定量分析問(wèn)題的能力，提升修正模型的能力—小關(guān)4，鼓勵(lì)學(xué)生用身邊的生活用品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?

本闖關(guān)通過(guò)設(shè)置學(xué)生熟悉而易錯(cuò)的情境，引起學(xué)生認(rèn)知沖突，提高學(xué)生恰當(dāng)選擇模型的能力，讓學(xué)生領(lǐng)悟到建模能力的提高更重要的是分析建模的過(guò)程，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生用身邊的生活用品檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，使學(xué)生的平拋建模水平逐級(jí)進(jìn)階到水平3或以上.

2.4 大闖關(guān)四：創(chuàng)新應(yīng)用模型

新課標(biāo)倡導(dǎo)合作學(xué)習(xí)，合作是學(xué)生適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的必備能力之一，合作學(xué)習(xí)包含師生合作、生生合作等形式.

闖關(guān)基礎(chǔ)：學(xué)生通過(guò)以上闖關(guān)，具備簡(jiǎn)單的模型應(yīng)用和在熟悉情境中恰當(dāng)選用模型的能力;但將實(shí)際情境轉(zhuǎn)化為平拋模型的能力仍有待提高.

闖關(guān)情境設(shè)置：

本闖關(guān)建議生生合作闖關(guān)，有一定難度，但是學(xué)生互助后能解決問(wèn)題;學(xué)生在闖關(guān)過(guò)程中，可以先自己獨(dú)立思考，若遇到不會(huì)問(wèn)題或做完后才在小組內(nèi)生生合作討論，提升模型遷移創(chuàng)新應(yīng)用的水平層級(jí).

小關(guān)1：（2019全國(guó)Ⅱ卷 1題）如圖5，兩金屬板P、Q水平放置，間距為d.兩金屬板正中間有一水平放置的金屬網(wǎng)G，P、Q、G的尺寸相同.G接地，P、Q的電勢(shì)均為φ（φ>0）.質(zhì)量為m、電荷量為q（q>0）的粒子自G的左端上方距離G為h的位置，以速度v0平行于紙面水平射入電場(chǎng)，重力忽略不計(jì).則粒子從射入電場(chǎng)至此時(shí)在水平方向上的位移大小？

小關(guān)2：粒子第一次穿過(guò)G時(shí)的動(dòng)能？

小關(guān)3：若粒子恰好從G的下方距離也為h的位置離開(kāi)電場(chǎng)，則金屬板的長(zhǎng)度最短應(yīng)為多少？

小關(guān)4：反思模型應(yīng)用的基本步驟和方法？

設(shè)計(jì)意圖：小關(guān)1，創(chuàng)設(shè)實(shí)際情境，加入電場(chǎng)元素，忽略粒子重力，需要學(xué)生通過(guò)具體分析，從動(dòng)力學(xué)角度分析粒子做類(lèi)平拋模型，促進(jìn)學(xué)生將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為模型的建模能力—小關(guān)2，需要學(xué)生從能量角度分析研究平拋模型，提高學(xué)生從大概念角度（力學(xué)三大觀點(diǎn)）去研究平拋模型—小關(guān)3，學(xué)生需要根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，遷移平拋模型的逆向過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生模型遷移創(chuàng)新能力提升.

本闖關(guān)希望通過(guò)設(shè)置實(shí)際情境，將常見(jiàn)的平拋模型遷移到電場(chǎng)中的類(lèi)平拋模型，同時(shí)還要遷移“對(duì)稱(chēng)性”到類(lèi)平拋模型中，使學(xué)生的平拋建模水平逐級(jí)進(jìn)階到水平4.

闖關(guān)情境設(shè)置：

本闖關(guān)建議師生合作闖關(guān)，適宜闖關(guān)難度較大的問(wèn)題情境;在闖關(guān)過(guò)程中，學(xué)生先獨(dú)立思考，然后教師再適時(shí)指導(dǎo)提升，不斷提升學(xué)生模型遷移創(chuàng)新應(yīng)用的水平層級(jí).

小關(guān)1：（2020全國(guó)Ⅰ卷 2題）如圖6，在一柱形區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)電場(chǎng)，柱的橫截面積是以O(shè)為圓心，半徑為R的圓，AB為圓的直徑，如圖所示.質(zhì)量為m、電荷量為q（q>0）的帶電粒子在紙面內(nèi)自A點(diǎn)先后以不同的速度進(jìn)入電場(chǎng)，速度方向與電場(chǎng)的方向垂直.已知?jiǎng)傔M(jìn)入電場(chǎng)時(shí)速度為零的粒子，自圓周上的C點(diǎn)以速率v0穿出電場(chǎng)，AC與AB的夾角θ=60°.運(yùn)動(dòng)中粒子僅受電場(chǎng)力作用.求該電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大??？

小關(guān)2：為使粒子穿過(guò)電場(chǎng)后的動(dòng)能增量最大，該粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度應(yīng)為多大？

小關(guān)3：為使粒子穿過(guò)電場(chǎng)前后動(dòng)量變化量的大小為mv0，該粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度應(yīng)為多大？

小關(guān)4：反思解決實(shí)際問(wèn)題的一般步驟和方法.

設(shè)計(jì)意圖：小關(guān)1，學(xué)生需要運(yùn)用具體的動(dòng)力學(xué)分析方法，將電場(chǎng)類(lèi)比為重力場(chǎng)，而且在重力場(chǎng)中平拋的初速度水平方向需要遷移類(lèi)比為初速度方向不水平但與電場(chǎng)力方向垂直情境—小關(guān)2，學(xué)生需要遷移電場(chǎng)力做功何時(shí)最大的知識(shí)才能正確求解，研究方法也從動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)一步拓寬到能量角度—小關(guān)3，本關(guān)具有開(kāi)放性，因?yàn)榱Ｗ蛹瓤梢匝谹C方向運(yùn)動(dòng)使其動(dòng)量增加mv0，也可以做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)使其動(dòng)量變化量大小mv0，同時(shí)需要學(xué)生研究問(wèn)題的視角進(jìn)一步拓寬到動(dòng)量角度—小關(guān)4，師生一起總結(jié)、反思，進(jìn)一步提升學(xué)生從大概念（力學(xué)三大觀點(diǎn)）的視角構(gòu)建、應(yīng)用平拋模型的能力.

3 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，中學(xué)物理闖關(guān)型教學(xué)模式對(duì)于促進(jìn)學(xué)生的建模水平進(jìn)階能起到較好的作用，但并不能適用所有教學(xué)活動(dòng)，教學(xué)中用到的自主、比賽、對(duì)比、合作闖關(guān)也并非一定要按這個(gè)順序組織教學(xué)，在實(shí)際教學(xué)中要根據(jù)教情和學(xué)情，融合幾種闖關(guān)形式或只用其中的幾個(gè)闖關(guān)形式.本模式同樣可以嘗試用在物理核心素養(yǎng)的其他要素水平層級(jí)進(jìn)階的培養(yǎng)過(guò)程中.

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2021-01-04）