汪建軍

（浙江省開化中學(xué)，浙江 衢州 324300）

基于2017年版《普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)》編寫的新教材已在普通高中內(nèi)全面使用，新教材要求教師通過實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生思維，培養(yǎng)關(guān)鍵素養(yǎng)[1-2]。新教材中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)置思路非常清晰，物理實(shí)驗(yàn)的地位得到了顯著的提升，然而，在將新教材實(shí)驗(yàn)部分的設(shè)計(jì)思想和教學(xué)要求落實(shí)到常態(tài)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐過程中，往往缺乏前問題分析和對教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的分步分層解析，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)表面化、斷層化?；趯W(xué)習(xí)進(jìn)階理論分析物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)變成一個有機(jī)的整體，有利于提高學(xué)生科學(xué)探究能力的達(dá)成，促進(jìn)核心素養(yǎng)的提升。

本文從學(xué)習(xí)進(jìn)階的角度分析了新教材“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”教學(xué)理念和策略，改進(jìn)了平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)教學(xué)，給出了具體教學(xué)實(shí)踐過程，為應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階指導(dǎo)新教材實(shí)驗(yàn)教學(xué)做了一些有效的嘗試。

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論簡介

美國國家教育委員會（National Research Council）對學(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)行了如下的總結(jié)和定位：學(xué)習(xí)進(jìn)階描述的是學(xué)生在一定時(shí)間跨度內(nèi)，對于某一主題、依次進(jìn)階、逐漸熟練和深化的思維方式，這些思維方式能在主題學(xué)習(xí)和探究過程中得到連續(xù)發(fā)展[3]。學(xué)習(xí)進(jìn)階理論將學(xué)生頭腦中原有零散碎片化的知識圍繞核心素養(yǎng)進(jìn)行整合和進(jìn)階，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，形成完整的物理觀念，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑。用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論統(tǒng)領(lǐng)物理課程的教學(xué)，將物理課程的學(xué)習(xí)變成一個有機(jī)的整體，有利于學(xué)生知識體系的建構(gòu)、物理觀念的形成和物理核心素養(yǎng)的提高。

2 新教材“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”進(jìn)階課堂教學(xué)實(shí)踐

人教版高中物理新教材必修第二冊的“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動”一節(jié)相較于老教材的位置做了調(diào)整，置于“拋體運(yùn)動規(guī)律”之前，“運(yùn)動的合成和分解”之后，更加符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，也凸顯了實(shí)驗(yàn)教學(xué)地位，本節(jié)課知識跨度較大，在教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的過程中，需要教師對課堂教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行循序漸進(jìn)式的精心設(shè)計(jì)，需要教師引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行分解細(xì)化和合理優(yōu)化。

2.1 統(tǒng)一進(jìn)階起點(diǎn)

學(xué)生的整體水平不盡相同，教學(xué)開始階段需要通過實(shí)例，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)回顧已學(xué)知識，從而統(tǒng)一進(jìn)階起點(diǎn)。

觀看鉛球、標(biāo)槍、投籃、飛鏢投射等視頻并提問：“若忽略空氣阻力，以上這些運(yùn)動有什么特點(diǎn)？請從受力和運(yùn)動角度回答?！?/p>

學(xué)生分組討論并總結(jié)：這些運(yùn)動都是曲線運(yùn)動，在運(yùn)動過程中只受重力作用。

2.2 進(jìn)階節(jié)點(diǎn)教學(xué)過程

節(jié)點(diǎn)1：情境體驗(yàn)，初識平拋運(yùn)動模型。

圖1 套圈游戲

教師展示套圈游戲，全班學(xué)生分成四組，每組小組長進(jìn)行比賽，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)誰套住的錐桶多誰獲勝。其他學(xué)生在下面觀賽并體會套圈運(yùn)動的特點(diǎn)。

構(gòu)建套圈游戲情景，學(xué)生參與其中，體會拋體運(yùn)動的初速度和受力特點(diǎn)。通過對比分析，建立科學(xué)模型——平拋運(yùn)動，并通過怎么套的準(zhǔn)的問題為后面做好引入和鋪墊。

節(jié)點(diǎn)2：演示實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識平拋運(yùn)動軌跡。

圖2 水柱實(shí)驗(yàn)

高一學(xué)生仍然處在思維從直觀型向邏輯抽象型過渡的階段，學(xué)習(xí)過程中還需要直觀的材料的展示和支持。平拋運(yùn)動的研究對象是物體，同時(shí)更是物體運(yùn)動的過程或者說運(yùn)動的軌跡，故有必要在進(jìn)入平拋運(yùn)動規(guī)律的學(xué)習(xí)之前設(shè)立臺階，使學(xué)生直觀認(rèn)識平拋運(yùn)動的運(yùn)動軌跡。

這里通過三種途徑依次遞進(jìn)，清晰展示平拋運(yùn)動軌跡。

演示實(shí)驗(yàn)（1）：利用手機(jī)攝像慢動作甚至是超慢動作功能拍攝平拋運(yùn)動過程并在多媒體端回放，學(xué)生觀察猜想平拋運(yùn)動軌跡形狀，展開討論。

演示實(shí)驗(yàn)（2）：利用細(xì)水柱實(shí)驗(yàn)?zāi)M平拋運(yùn)動，通過水柱形狀展示平拋運(yùn)動軌跡，引發(fā)猜想。

演示實(shí)驗(yàn)（3）：通過DISlab二維運(yùn)動傳感器采集平拋運(yùn)動過程物體的軌跡坐標(biāo)，并將軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次函數(shù)圖像擬合，直觀展示平拋運(yùn)動的軌跡是一條拋物線。

通過三組實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生在依次通過討論、猜想、驗(yàn)證三個階梯，遞進(jìn)建立研究問題的一般過程，清晰認(rèn)識平拋運(yùn)動的軌跡。

節(jié)點(diǎn)3：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，分析平拋運(yùn)動特點(diǎn)。

圖3 DISlab數(shù)據(jù)擬合軌跡圖

教師通過設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行平拋運(yùn)動規(guī)律的理論分析，并和學(xué)生一同討論實(shí)驗(yàn)方法，建立平拋運(yùn)動水平方向和豎直方向運(yùn)動特點(diǎn)的進(jìn)階學(xué)習(xí)。

教師設(shè)問：

（1）平拋運(yùn)動的受力和初速度方向之間有什么關(guān)系？

（2）我們應(yīng)該如何對平拋運(yùn)動進(jìn)行分解？

（3）平拋運(yùn)動水平方向受力嗎？應(yīng)該做什么運(yùn)動？

（4）平拋運(yùn)動豎直方向有初速度嗎？應(yīng)該做什么運(yùn)動？

（5）如何驗(yàn)證我們的分析是否正確？

教師引導(dǎo)學(xué)生思考，驗(yàn)證豎直方向和水平方向的運(yùn)動可分別構(gòu)造對比實(shí)驗(yàn)，通過對比水平方向和豎直方向上平拋運(yùn)動與以其初速度為運(yùn)動速度的勻速直線運(yùn)動和自由落體運(yùn)動是否同步運(yùn)動來驗(yàn)證理論分析。

學(xué)生分組討論，設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，畫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)草圖并交流，教師總結(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并找出閃光點(diǎn)和共同點(diǎn)。最后給出成熟實(shí)驗(yàn)方案：運(yùn)動獨(dú)立性實(shí)驗(yàn)器和平拋豎落儀，并請學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，觀察豎直方向和水平方向小球運(yùn)動的同步性，從而驗(yàn)證理論分析。

節(jié)點(diǎn)4：數(shù)字實(shí)驗(yàn)，精析平拋運(yùn)動數(shù)據(jù)。

圖4 運(yùn)動獨(dú)立性試驗(yàn)器和平拋豎落儀

運(yùn)動獨(dú)立性實(shí)驗(yàn)器和平拋豎落儀展示出運(yùn)動的終點(diǎn)處，兩小球相撞或落地時(shí)間相等，實(shí)際是一種間接證明平拋運(yùn)動水平和豎直兩方向上特點(diǎn)的方法。通過數(shù)字實(shí)驗(yàn)得出運(yùn)動數(shù)據(jù)，對其直接進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對平拋運(yùn)動的規(guī)律有直觀的認(rèn)識并學(xué)會定量處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。

教師設(shè)問：搞清楚平拋運(yùn)動兩個方向的運(yùn)動的關(guān)鍵是求得哪個物理量？

學(xué)生經(jīng)過討論之后，認(rèn)為決定運(yùn)動的關(guān)鍵物理量為加速度。

教師布置任務(wù)，如何根據(jù)軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算水平和豎直兩個方向上的加速度。提示學(xué)生類比分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶求加速度問題。學(xué)生采用小組合作的方式進(jìn)行分析計(jì)算，得出結(jié)果。

教師展示利用計(jì)算機(jī)分析DISlab的二維運(yùn)動傳感器采集的平拋運(yùn)動數(shù)據(jù)，得出水平方向上的加速度為0，做勻速直線運(yùn)動；豎直方向上的加速度約為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，做自由落體運(yùn)動。與學(xué)生得出的結(jié)果進(jìn)行比較，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。

節(jié)點(diǎn)5：遷移應(yīng)用，掌握平拋運(yùn)動規(guī)律。

學(xué)生利用已學(xué)平拋運(yùn)動知識解決開課活動：套圈游戲?yàn)楸尘暗膯栴}。呼應(yīng)引課內(nèi)容，鞏固平拋運(yùn)動知識，促進(jìn)學(xué)生掌握平拋運(yùn)動規(guī)律，達(dá)到進(jìn)階目標(biāo)。

例題：“套圈圈”是許多人喜愛的種游戲，如圖6，小孩和大人在同一豎直線上的不同高度先后水平拋出小圓環(huán)，且小圓環(huán)都恰好套中同一個物體。若圓環(huán)的運(yùn)動視為平拋運(yùn)動，請分析兩人拋出的圓環(huán)運(yùn)動時(shí)間的長短，兩人拋出的圓環(huán)出手速度的大小。

圖5 DISlab數(shù)字化平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)

圖6 例題圖

3 學(xué)習(xí)進(jìn)階指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考

學(xué)習(xí)進(jìn)階理論充分關(guān)注進(jìn)階起點(diǎn)，要求教師準(zhǔn)確把握進(jìn)階起點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)階起點(diǎn)的把握除了考慮學(xué)生已有學(xué)科知識，同時(shí)還關(guān)注學(xué)生已有實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，包括已完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)、已學(xué)會相關(guān)實(shí)驗(yàn)測量方法、已了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材操作、已具備實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和已具有的實(shí)驗(yàn)探究經(jīng)驗(yàn)等，統(tǒng)一進(jìn)階起點(diǎn)才能設(shè)置合理的進(jìn)階路徑。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)階節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)達(dá)成十分考驗(yàn)教師能力、知識特點(diǎn)、學(xué)生基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)條件。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)充分重視實(shí)驗(yàn)途徑的多樣化、實(shí)驗(yàn)難度的遞進(jìn)化，要求教師發(fā)揮自制實(shí)驗(yàn)教具的能力，在已有實(shí)驗(yàn)條件不足時(shí)，開發(fā)適合實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)達(dá)成的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論規(guī)劃教學(xué)過程，依據(jù)新教材、新課標(biāo)和核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，分解教學(xué)目標(biāo)，設(shè)置進(jìn)階節(jié)點(diǎn)，根據(jù)每一節(jié)點(diǎn)設(shè)置合適的進(jìn)階實(shí)驗(yàn)。通過依次達(dá)成節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)模式有效降低了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡睦斫怆y度，通過多個進(jìn)階節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的完成深度體會了實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)習(xí)和研究中的作用，有效訓(xùn)練了學(xué)生科學(xué)探究的能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。