關于“運動的描述”的教學邏輯優化建議

摘? ? 要：比較新、舊教材中“運動的描述”的變化，從落實物理核心素養視角審視這些變化所體現的教學邏輯，可以發現，新教材仍然可以在術語表述、實驗教學內容等方面進一步優化.另外，從教學實際來看，“運動的描述”這一章的教學還可以在引發深度學習、促進意義建構和鋪設次級進階等方面進行教學邏輯優化.

關鍵詞：教材比較;教學邏輯;“運動的描述”

一、新、舊教材的變化比較

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出，教學內容在教材中出現的順序與方式，每項內容所用的篇幅等，都應體現現代教育思想和教學理念，內容編排皆應有利于教和學[1]70.2019年出版的人教版普通高中教科書《物理（必修第一冊）》（以下簡稱“新教材”）的編排體現了這一思想，其與2003年出版的普通高中課程標準實驗教科書《物理（必修1）》（以下簡稱“舊教材”）相比，在內容上有較大的調整.以下筆者就新、舊教材的第一章“運動的描述”進行比較.

在“運動的描述”這一章，新、舊教材的內容編排和課時建議詳見表1.

章小結示例（？） 注：舊教材的課時建議依據《浙江省普通高中學科教學指導意見：物理》[2]一書，其中的“復習評估”是該書中課時建議所設，非教材內容;新教材的課時建議依據《人教版〈第一章 運動的描述〉編寫說明》[3]一文，該文對“章小結示例”沒有給出課時建議. ]

“運動的描述”一章，新、舊教材在教學內容上基本保持不變，略有微調，變化主要是在內容分布的調整上.新教材對舊教材第4節的實驗進行擴容，并將內容分散于第2節和第3節中，這樣，舊教材的5節變為新教材的4節.新教材第2節比舊教材第2節增加了測量位移和時間的實驗，集結了舊教材第1節的內容“位置與坐標系”和舊教材第二章第3節的“位移時間圖像”，刪掉了對矢量相加法則的初步認識.新教材的第3節相比舊教材的第3節，增加了速度的測量實驗.此外，表述術語也有變化.例如，第3節的標題由“運動快慢的描述”調整為“位置變化快慢的描述”，在“位移時間圖像”模塊中指出了“位置時間圖像”等.另有欄目上的變化，本文不做贅述.

物理教師應根據課程標準的基本理念、課程目標和物理學科核心素養的要求，結合教學的實際情況，創造性地開展教學工作，將物理學科核心素養的培養貫穿于物理教學活動的全過程[1]50.筆者認為，新教材的教學內容編排順序和術語雖然做了調整，但所體現的教學邏輯，仍然可以進一步優化.

二、對新教材教學邏輯的優化建議

（一）優化表述術語

1.厘清“位置的變化”和“位置的變化量”

位移是表示“位置的變化”的物理量，這是一個邏輯含混的說法.機械運動是物體的空間位置隨時間的變化，運動的核心特征是“位置的變化”，而“位置的變化”包括：位置的變化量，位置的變化率，位置的變化規律.揭示位置的變化規律主要有三種方式：位置與時間的關系式，位置時間圖像，軌跡方程.可見，“位置的變化”是一個上位概念，“位置的變化量”是下位概念，而教材用上位概念代替下位概念，是不妥的.建議將“位移是表示‘位置的變化的物理量”優化為“位移是表示‘位置的變化量的物理量”.

教材上說“某人從北京去重慶，可以選擇不同的交通方式，所經過的線路不同，位置的變化是相同的”，這一結論缺乏充分的說服力，多數學生在學習位移概念之前是不認同“位置的變化”是相同的.因為例子中人的位置的變化過程有許多不同之處，只有位置的變化量相同，學生的潛意識可能指向位置的變化的其他層次，難以聚焦于“位置的變化量”.

2.建議將“位移時間圖像”優化為“位置時間圖像”

新教材雖然新增了“位置時間圖像”術語，但最終還是用“位移時間圖像”代之.筆者建議，應舍棄“位移時間圖像”術語，以“位置時間圖像”代之.首先，正本清源，從圖像本質上看，圖像上一“點”的縱橫坐標意義表達了“某一時刻質點的位置坐標”，因此，這些點構成的圖線當然反映了位置隨時間的變化規律，所以，把圖線稱作“位置時間圖像”恰如其分.其次，如果采用“位移時間圖像”術語，對于不過坐標原點的圖像，需要建立一個“相對位置坐標原點的位移”概念，比如研究振動，有個振動位移，即相對平衡位置的位移，這個加了定語的“位移”，大大增加了學生理解的難度.再次，機械運動的本質內涵，應該是位置的變化，我們建立了許多概念，包括位移在內，根本的目的是為了搞清楚位置怎樣變化、為什么這樣變化，而并不是為了研究位移的變化，不能本末倒置.而研究位置的變化規律重要的方法是圖像法和數學公式法，因此，把研究位置的變化規律的圖像稱作“位置時間圖像”更為貼切.

新教材在第二章第3節“勻變速直線運動的位移與時間的關系”中以腳注的方式，介紹了“位置與時間的關系式”.筆者建議，應當將“位置與時間的關系式”編寫于正文，以此兼容“位移與時間的關系式”，并將節標題改為“勻變速直線運動的位置隨時間的變化規律”.

我國的高中物理教材，多處表現出以“位移”取代“位置”的情況，有悖概念內在的邏輯地位，加之上、下位概念邏輯含混的表述術語等，對學生而言，會阻礙物理大概念的進階，不利于機械運動觀念的形成.

（二）重整實驗教學內容

建議將新教材第2節中的“位移和時間的測量”“位移時間圖像”和實驗“練習使用打點計時器”三部分內容與第3節中的實驗“測量紙帶的平均速度和瞬時速度”和“速度時間圖像”兩部分內容整合為一節實驗課，標題為“實驗：用打點計時器測量研究運動”，置于第3節之后，用2課時完成.

若按照新教材的章節劃分和課時建議，第2節“時間位移”的2課時教學任務劃分為：第1課時完成概念教學，第2課時完成“位置時間圖像”教學和實驗測量.第2課時會很緊張，畢竟要認識和使用一個新的測量儀器，了解其結構和功能，掌握操作要領，獲取清晰打點紙帶，需要花費較長的時間，這樣，從紙帶上進一步采集記錄數據、對數據進行處理、獲得結論等就缺乏時間的支持了.而按照整合建議，有利于集中時間，合理分配，上好科學探究素養落實課.第1課時，重點落實對打點計時器結構和功能的了解，通過練習掌握操作要領，獲取清晰打點紙帶等目標;第2課時，重點落實對打點紙帶的分析，包括采集記錄數據，運用圖像法對數據進行分析處理，解釋圖像，獲得結論等.

新教材把“位置時間圖像”編寫在“位移和時間的測量”以及實驗“練習使用打點計時器”之前，這樣邏輯順序不妥.建議將“位置時間圖像”編排在“實驗的數據處理方法”部分，這樣的邏輯順序，體現了科學探究的要素邏輯順序，符合知識的內在邏輯，有利于學生核心素養的發展.

三、對實際教學邏輯的優化建議

以下優化建議，基于相關學習理論，不必拘泥于教材.

（一）引發深度學習

引發學生的深度學習，教師要做幾件事：第一，確定學生自覺發展的“最近發展區”;第二，確定通過什么樣的內容來提升、發展學生，即轉化教學內容，提供恰當的“教學材料”;第三，幫助學生“親身”經歷知識的發現與建構過程，使學生真正成為教學的主體[4].下面以“質點模型建構”的教學為例進行闡述.

筆者發現，大多數學生在學習質點之前，具有根據問題性質判斷是否能把物體看作一點的潛能.基于此認識，筆者設計了“質點模型建構”的教學邏輯層次：

（1）要求學生認真觀察老師的運動（從講臺左側出發，沿課桌間過道按U字形路徑走到講臺右側）.

（2）請學生在紙上畫出老師的運動路線示意圖，把紙面當作地面（絕大多數學生都畫出U字形圖線）.

（3）請一學生把圖畫到黑板上.提問：“他畫得對不對？在畫老師的運動路線示意圖時，你用什么表示老師？”

（4）提問：“請同學們比較一下，各自用的筆芯粗細都是一樣的嗎？筆芯粗細和粉筆的粗細比較一下，相同嗎？不同粗細的筆點出的點的大小一樣嗎？大家想一想，在描述老師的運動路線這個問題中，表示老師的點的大小有必要考慮嗎？”

（5）引導：“以后大家會明白，老師的質量是不可忽略的，但在剛才的問題中，老師的大小和形狀是不必考慮的.這樣，在剛才的問題中，可以把老師看作是一個有質量但沒有大小和形狀的點，這樣的點叫作質點.

（6）提問：“老師跳舞是不是運動？如果讓你評價老師舞跳得好不好，能否把老師看作質點？同學們剛才都表現出具有把物體能否看作質點的判斷能力.”

（7）引導并提問：“請觀察，教師拿起講臺上的一個粉筆盒和一只遙控鼠標，并把它們靠在一起.請問它們的距離是多少？”（學生回答“0唄，這還用問！”）

（8）引導并提問：“生活中這是一個簡單的問題，沒錯，答案是零！但每個同學都來推敲一下，這樣的答案是否無懈可擊，你能否發現它不夠嚴謹的地方？”

（9）總結：“這兩個物體的各部分距離不是0，回答是‘0，顯然不夠嚴謹科學，科學地回答這兩物體的距離應該是：最近部位距離是零，不同部位之間有無數組距離值.”

（10）引導學生觀察教師的行為——把粉筆盒置于門口，把鼠標置于教室后面某一位置，然后再問：“這時，兩者之間的最近距離、最遠距離以及任意兩個部位之間的距離差別大不大？這時，如果讓你科學測量兩者之間的距離，你會測量許多組數據嗎？”

（11）引導學生再觀察教師的行為——推動可移動黑板（平動），提問：“如何用刻度尺測量黑板移動的距離？”

學生的最近發展區為：從潛能“根據問題判斷能否用一點表示物體”到“根據問題判斷能否把物體看作質點”的模型建構能力.教師提供的“教學材料”為三個結構化事實情境：教師按U字形運動和跳舞、擺放好的粉筆盒和鼠標、黑板平移.這是以“問題”為手段，幫助學生“親身”經歷知識的發現與建構過程.

（二）促進意義建構

根據建構主義學習理論，筆者認為，教學活動過程是為學生提供已有認知結構（圖式）與問題情境發生作用的過程，是運用問題打破已有的認知平衡后，學生主動通過同化和順應兩種方式，建構新的認知結構（圖式），從而達到新的認知平衡的過程.下面以“促進‘位移概念的意義建構”教學為例進行闡述.

新、舊教材和實際教學，對學生學習“位移”的前概念認知不足.不少學生潛意識里認為路程能描述位置的變化量，教材的教學邏輯未打破學生的原有認知平衡，因而學生難以主動對“位移”進行意義建構，只是一種被動的機械接受.

首先，要根據順應機制，通過創設情境和問題導向，使學生認識到路程無法描述位置的變化量，打破其原有認知平衡，激發其探究“描述位置的變化量的概念”的學習動機.其次，運用同化作用，利用學生長期形成的基本觀念“根據變化前的量和變化量，能夠獲得變化后的量”為支點，尋求“描述位置的變化量的概念”具有怎樣的本質內涵.這樣，通過順應與同化交互作用，能夠實現位移概念的意義建構.在這樣的意義建構學習過程中，學生就能發展科學論證、類比、抽象概括、質疑創新等思維素養.具體教學過程如下：

（1）教師提問：“請回顧并表述路程是什么？”學生回答，教師板書.

（2）教師提問：“路程隨運動時間變化嗎？怎樣變化？”學生回答，教師板書.提問：“什么是機械運動？”教師強調：需要描述“位置的變化”.

（3）教師引導：“請同學們觀察老師推手的過程，比較‘手的位置變化有什么不同.”教師演示：第一次推手和第二次推手（兩次推手的位移不同）.學生觀察、回答：“幅度不同;路程不同;末位置不同……”教師統一認識：“‘位置的變化量不同.”教師再演示：第三次推手和第四次推手.學生觀察、回答：“手的位置變化快慢不同.”

（4）教師引導：本節學習描述位置的變化量的概念，下一節學習描述位置的變化快慢的概念.教師提問：“路程能不能表示位置的變化量？請舉證說明你的觀點.”學生發表意見，思考如何舉證.教師舉證：“一年前老師的體檢報告顯示體重為78千克.拿到今年的體檢報告，老師發現體重減了5千克，請問老師體重變為多少千克？這個事例包含的道理是什么？”學生發表看法.教師點明論據：“如果知道變化前的量和變化量，根據相關知識，應當判斷出變化后的量.”教師提出假設——路程能表示位置的變化量，并創設情境，提出問題：“老師從這個已知位置出發，走了15米路程，請問老師到達哪個位置了？”師生得出結論：“路程不能表示位置的變化量.”

（5）教師提問：“能夠表示位置的變化量的物理概念究竟具有怎樣的本質內涵？”教師結合畫圖提示：“假如初位置A和末位置B都已知，請思考，我們至少需要哪些必要的信息，才能根據初位置，準確判斷末位置呢？”師生概括：“需要初位置和末位置的距離和末位置相對初位置的方向.”教師提問：“請同學們思考，能否把這兩個信息集合成一個數學化的表達？”師生概括：“集合成從初位置指向末位置的有方向的線段.可見，初位置指向末位置的有向線段具有表示位置的變化量的功能，它被稱作位移.”

（三）鋪設次級進階

筆者嘗試借鑒美國科學教育的學習進階理論，在課堂教學實踐中有效落實物理核心素養導向的目標，提出“學習次級進階”的構想.其教學邏輯設計包括：次級進階變量;進階起點;進階終點;次級進階的階層與腳踏點.對此，筆者曾以“速度”概念教學的進階邏輯設計為例進行示范[5]，也曾探索基于建構主義學習理論的“速度”教學異構[6].其實，無論是促成意義建構，還是鋪設次級進階，都能引發學生的深度學習，因此，我們應當兼收并蓄、取長補短、融會貫通地借鑒各種教育教學理論，不斷優化教學邏輯，有效落實物理核心素養的培育.[□][◢]

參考文獻：

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

[2]浙江省基礎教育課程改革專業指導委員會.浙江省普通高中學科教學指導意見：物理[M].杭州：浙江教育出版社，2014：10.

[3]彭前程.人教版《第一章運動的描述》編寫說明[J].中學物理，2019（15）：7-9.

[4]劉月霞，郭華.深度學習：走向核心素養（理論普及讀本）[M].北京：教育科學出版社，2018：11.

[5]張惠作.基于學科核心素養和學習進階的高中物理教學邏輯設計[J].中學物理，2018（7）：8-10.

[6]張惠作.“運動快慢的描述——速度”教學異構[J].物理教師，2009（11）：5-6.