開展創新備課，實現學習進階
——以人教版高中物理“速度”教學為例

王欣竹，張 勇

(吉林師范大學物理學院，吉林 四平 136000)

1 引言

學習進階是當前國際教育領域其中一個比較熱門的研究話題，所謂學習進階，其實質就是學生在不同學段，學習同一主題知識時所遵循的學習路徑的連貫的、循序漸進的描述，一般表現為一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列圍繞一核心概念展開。[1]而關于學習進階的實質，大多數學者認為可以用“逐漸復雜”來表述。基于此，聯想到“速度”教學在初高中均有涉及，呈現出一個“逐漸復雜”的狀態。故而依據學習進階去進行創新備課，以便開展更好地教學。

2 教學內容及學生認知水平進階

2.1 教學內容進階

速度這一物理概念，在初、高中學段均有涉及。人教版初中物理教材關于速度這一概念的描述是在運動的快慢這一節課中提出的。主要包括速度的概念、速度的公式、速度的單位及勻速直線運動。而人教版高中物理教材速度部分的內容主要包括：速度、平均速度與瞬時速度、速度時間圖像。對比初高中教材內容并結合當前的教學現狀，發現初高中內容有一定重合，可以進行教學內容上的進階設計。對比發現,高中教材中有較多內容與初中教材有重合,且無論是初中還是高中對速度這一概念的提出都過于簡單直接（見表1）。盡管速度這一概念并不特別抽象，但也需要去讓學生去理解概念，而不是死記硬背?；诖耍處熆梢赃\用不同的概念引入方法，將學生從初中認知逐漸提升到高中認知，使學生在經過高中階段的學習之后,能建立一個貫通、完整的速度概念，實現概念上的學習進階。從教學內容上看高中的三個版塊應是是緊密相連的。然而，書中并沒有將三者賦予適當聯系，而是分成零散的三大塊知識點，也就是說整體脈絡不夠清晰。應加強三者之間的聯系，使其邏輯清晰，讓學生更好地理解這一概念，學習好本節課程。[2]

表1 初中和高中教材關于速度這一章節內容描述的區別

2.2 學生認知水平進階

據了解，在初中階段學生主要需掌握速度的物理意義、對速度的簡單測量及計算。而在高中階段則要求學生掌握更深層次地內容，即：了解速度的矢量性，體會研究物理極限問題的方法等。

根據皮亞杰認知發展理論來看，初中和高中物理“速度”這節課的授課對象均處在形式運算階段。該階段思維上的特點是具有抽象性，也就是說從初中到高中的教學，可以逐漸復雜，更加抽象。

根據上述特點，可以進行如下“速度”教學的學習進階設計：（見表2）。

表2 “速度”學習進階

3 創新備課

基于上述分析,“速度”這節課符合條件，可以運用學習進階理論開展創新備課，設計內容如下:

3.1 創設不同問題情境，進行認知進階

3.1.1 從生活情境入手

根據皮亞杰認知發展理論，初、高中學生對于知識的掌握仍來源于生活，為實現認知進階，我們可以從創設生活情境入手，如：可以播放一段生活中常見的游泳比賽的視頻，向學生提問在比賽過程中，要想知道哪位運動員游得快，應該用什么樣的方法？而學生基于對日常生活經驗的積累和所學的知識，會得出相同時間比位移，和相同位移比時間的兩種方法。初中時，學生對于速度的認知就到這里。為實現認知進階，在高中教學時，教師可基于此引導學生去比較單位時間內位移的方法，如：在上述情境中增加200米與400米這樣不同的比賽。

3.1.2 用類比方法創設

高中階段較初中階段的學生從認知水平層面來說，已經具備了一定的抽象力?；诖?，教師可采用類比方法引入。此時的高中生已經熟練掌握類比方法，并具備了類比能力。故而，教師可以這樣進行設計：通過例舉商品單價，即價錢與重量的比，讓學生受到啟示，對于解決“比較不同運動時間和位移的運動快慢”問題，自然會想到就要選取相同的標準，即比較單位時間的位移（或單位位移所用的時間），要計算出位移與所用時間的比值，進而引入速度的概念。

3.2 突出速度的矢量性，實現概念進階

通過初中的學習，學生頭腦中已經初步建立了速度的概念：路程與時間之比叫做速度。這屬于初中階段學生對速度的一個認知。而高中速度的學習要在初中的基礎上進一步理解速度的概念,構建更全面的速度概念。因此，一定要注意初中與高中這兩個階段對速度定義的微小區別。在高中階段對速度的定義是位移與發生這段位移所用時間之比。不難發現，路程變成了位移，而時間也被具體化。基于此可以得出，初中和高中對速度的認知最大的不同就是速度的矢量性。那么，如何讓學生更好地掌握速度是矢量這一內容呢？教師可以利用生活中的實例讓學生發現位移的矢量性，進而發現速度的矢量性。如：日常生活中，在我們需要向別人問路時，又或者是為他人指路時可以發現我們既需要說明那個位置距現在位置的長短，又需要說明具體方向。這樣既能讓學生感悟位移的矢量性，鞏固之前所學的知識，又能為后續速度的學習提供幫助。教師也可以直接運用生活中常用的實例指出速度的矢量性。如：當我們開車行駛到某一位置時，指示牌既要說明速度的大小，又要說明向東還是向西，也就是方向。這樣一來，學生就能更好地區別初高中速度概念上的細微差距，更好地向高中所需的方向發展，實現概念進階。

3.3 掌握極限方法，實現方法進階

高中對“速度”的學習相較初中而言，知識點有一定擴充，如瞬時速度。隨之而來的就是新方法的掌握。那么，為使學生快速理解這一內容，教師可以從速度與時間的關系入手。在學習本節課之前已經學習了時間與時刻的區別，那么根據速度的定義，即單位時間的位移，教師可以引導學生，讓學生思考如果將時間分為時刻和時段，速度會發生什么變化？結合所學的數學知識，如果是一段時間的話，拿生活實例來說，就是運動員游完全程的平攤下來的速度，即平均速度。而時刻就是一個時間點，它的長短是無限趨近于零的。這里就是極限方法的運用。教師可以逐步引導學生，先給出前3秒的位移，再給出前2秒的位移，逐步遞進，引入瞬時速度，建立概念。在進行瞬時速度的教學時，教師需要注意讓學生掌握極限方法，即“無限趨于零”這一思想，這樣一來就實現了方法上的進階。

3.4 構建知識體系，實現能力進階

針對上述分析，通過觀察三個板塊，不難發現，他們都是速度與時間的聯系。因此，教師要想構建知識體系，需從時間，時刻和速度的概念入手。教師可以進行分組實驗，讓學生運用電磁打點計時器去測量不同的速度，將所學概念進行實際應用。這樣即鞏固了知識，又將學生的認知水平從掌握概念發展到了應用概念，既有利于學生學習和教師教學，又實現了能力進階。

3.4.1 運用實驗構建不同“速度”的聯系

如圖1，為平均速度測量的紙帶，每隔0.1s(或更短)計算一次平均速度，操作如下：

圖1 平均速度紙帶

在圖1中選取一點為起始點，每5個點取一個計數點，分別用數字標出這些計數點；

測量各計數點到起始點的距離x，記錄下來；

(1) 計算兩相鄰計數點間的位移Δx，同時記錄對應的時間Δt；

(2) 根據Δx和Δt計算紙帶在相鄰計數點間的平均速度。

根據之前測量平均速度的方法，將距離縮小，時間縮短，計算實驗中紙帶（如圖2）上各計數點的瞬時速度，取更小間隔（0.06s）計算一次速度，具體操作如下：

從紙帶起始點開始，每3個點取一個計數點；

測量各計數點到起始點的距離Δx，記錄下來；

計算兩相鄰計數點間的位移Δx，同時記錄對應的時間Δt；

根據Δx和Δt算出的速度值就可以代表在Δx這一區間內任意一點的瞬時速度。

在這樣的分組實驗后，學生不僅掌握了速度的概念，明晰了速度與瞬時速度和平均速度的區別與聯系，同時學會將所學知識運用到實驗當中，不僅培養了學生動手操作的能力，也培養了學生應用知識的能力，實現了從學到用這一過程，實現能力進階。

3.4.2 構建速度與圖像的聯系

在了解了速度定義，瞬時速度與平均速度后，結合數學知識及位移時間圖像，引導學生自行根據上述實驗測量速度，并畫出速度時間圖像建立二者的聯系。在這一環節中學生既鞏固了知識，同時進行了思考，并進行知識的整合，進行圖像的繪畫，可以說再次培養學生應用知識的能力，同時提高了歸納整合的能力，再次實現能力進階。

3.5 完善教學模式，實現模式進階

2021年，國家剛出臺了雙減政策，雖然該政策主要針對于義務教育，但是高中教育或多或少也會受到影響。筆者認為在雙減政策下，可以進一步完善課上學習與課后復習的教學模式。這里的課后復習并不是指老師留的作業，而是老師針對當天所學的內容，結合生活實際，去布置一個可以讓學生自己觀察或動手進而來復習知識的任務。比如，在速度這節課中，老師可以讓學生自己去尋找身邊某一事物，并測量該物體的速度。這樣既可以復習知識點，又可以培養學生的動手能力。將理論應用于實際，提高學生科學素養。

4 備課啟示

4.1 彰顯概念教學本質

物理概念在物理教學中有著及其重要的地位。因此，如何讓學生熟練掌握概念尤為重要。在本文中，筆者著重提出兩種概念引入的方法，幫助學生更好地理解速度的含義。

4.2 實現初高中知識銜接

基于學習進階理論框架進行的教學設計，構建了基于學習進階理論的創新備課。顯而易見，按照這樣的層次進行教學，不但加深了學生對于速度的認識，并且融匯貫通了初高中物理速度概念，實現了初高中“速度”這一節的知識銜接。

4.3 落實核心素養，培養學生能力

在能力進階過程中，培養了學生多項能力，其中實驗操作能力與歸納整合能力在核心素養中都有體現。故而，該教學設計既讓學生掌握了知識，又落實核心素養，滿足教學要求。