指向深度學習的高中物理大單元教學思路探究

楊天才　李紅梅

摘? 要：從“牛頓運動定律”大單元教學的視角出發，以“摩擦力”教學為例，以培養學生“相互作用觀”物理核心素養為目標，重新調整教學資源，深度挖掘教材，推動學生知識建構和生成。通過明確大單元理念下的學習任務，完成深度學習，落實學生物理核心素養的養成。

關鍵詞：大單元教學；深度學習；滑動摩擦力；超滑

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）6-0076-5

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標》）明確指出：“重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化”［1］。隨著我國基礎教育改革的不斷深入，教學與信息技術的不斷融合，出現了智慧課堂、微課、情境化教學、項目式教學等形式。新的教學方式使課堂更加新穎，學生在一節課中接觸的信息更多，但隨之也產生了教學方式的形式化、教學內容的表面化、知識的碎片化等問題。基于此，本文以大單元教學為基礎，通過構建“大單元教學支架”，從大單元教學的視角，重新調整教學資源，在調整知識量的同時，引導學生深度學習，保證知識的整體性，促進學生物理核心素養的養成［2］。

1? ? 大概念與深度學習融合的必要性

《新課標》提出要將學生學習由“被動”轉化為“主動”，由“淺層次學習”轉向“深層次學習”，以此來培養學生的高階思維。所以，將深度學習與大單元教學相結合是落實學科核心素養的關鍵步驟。大單元教學是從整體概念出發，要求教師從大概念入手，從大任務出發，細化知識點，整合資源，根據學生認知發展水平，設計科學可行的單元目標。大單元教學能夠抓住主要物理概念，同時對具體概念起著聯結作用，使物理核心概念相互銜接，能促進學生知識的有效遷移。本文以“摩擦力”為例，淺談在大單元視角下如何通過深度學習完成知識的生成和素養的升華［3］。

“摩擦力“是學生形成“運動與相互作用觀”中的一節，為后面學習“牛頓運動定律”提供了重要的知識基礎。而“牛頓運動定律”應用好的前提是學生能夠對物體進行準確的受力分析，其中力的方向分析對學生來說是一個難點。這一部分的探究過程蘊藏了豐富的科學思想、科學方法，能夠培養學生的探究能力，進而全面提升學生的物理核心素養，落實立德樹人的根本任務。

2? ? 剖析教材，確立核心素養培養目標

“摩擦力”是新人教版必修第一冊第三章第二節的內容，本節之前學生學習了重力、彈力等內容。初中階段，學生也定性地了解了摩擦力的影響因素。本節課的主要內容是學生通過合作探究，挖掘實驗現象背后隱藏的物理知識，促進學生核心素養的發展。根據《新課標》要求，本章的大單元教學思路設計如圖1所示［4］。

本節的教學目標設計如表1所示。

縱觀整個板塊，這樣的邏輯設計不僅能加深學生對摩擦力的理解，更能培養學生推理、論證、類比、歸納的科學思維，增強學生發現問題、提出合理猜想、設計實驗、分析論證等科學探究能力，有利于幫助學生認識科學本質。這樣的設計也基本契合了《新課標》提出要培養學生核心素養的要求，體現了STEAM的教學理念［5］。

3? ? 趣味導入，激發學生學習的興趣

3.1? ? 引入趣味實驗，激發學生的思考

學習任務：

1.誰能用圓桶將小球隔空從一個桌子移到另外一個桌子？

2.如果你處在如圖2所示這樣一個地方，你會怎么上來？

活動1：頭腦風暴，學生嘗試，交流討論。

活動2：創設情境，假如你在這種地勢里，你如何自救？

討論交流。

說明：通過趣味活動，激發學生的學習興趣和挑戰欲。引入主題，完成任務1、2，在實際活動中建立摩擦力的概念。

3.2? ? 科學思維，引入摩擦力方向

設計學習任務：

1.請舉出生活中有關摩擦力的現象。

2.摩擦力的方向與物體運動方向的關系。

3.思考設計“探究摩擦力方向與物體相對運動方向”關系實驗。

活動1：舉出生活中的摩擦力的例子，并對這些例子進行分類，體會靜摩擦、滑動摩擦的區別。

活動2：用手壓著桌面用力往前推，感受手所受到的摩擦力的方向。

說明：學生通過真實體驗能夠得出，滑動摩擦力的方向與物體運動方向相反。從而繼續拋出問題，是不是所有的滑動摩擦力方向都與物體運動方向相反？讓學生繼續深度思考。

3.3? ? 創新實驗，探究滑動摩擦力方向的特點

學習任務：

1.能否設計一個探究實驗證明你的想法？

2.分別探究“木板和毛刷實驗”，總結規律。先讓木板不動，毛刷在木板上移動，觀察刷毛的形狀，如圖3（a）所示；再讓木板和毛刷同時向左運動，毛刷運動較緩慢，觀察刷毛的形狀，如圖3（b）所示。

3.比較摩擦力的方向與物體相對運動方向的關系，并得出結論。

4.請畫出不同情況下物體所受摩擦力的方向。

5.總結滑動摩擦力產生的條件，總結滑動摩擦力的概念。

活動1：整理大家的設計思路，設計探究實驗。

活動2：交流討論，得出滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反。

活動3：小組同學畫出實際情境中摩擦力的方向，鞏固滑動摩擦力方向的知識。

說明：通過親自體驗，引發質疑，讓學生帶著問題思考，發散思維。設計有對比的實驗，輕松得出滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反。

4? ? 創新實驗，培養學生科學探究能力

設計學習任務：

1.滑動摩擦力的大小與哪些因素有關？

2.設計實驗探究滑動摩擦力與壓力之間的關系。

3.實驗中需要測量哪些數據？如何計算？

活動1：由之前內容可以得出，滑動摩擦力的大小與接觸面的正壓力和接觸面的粗糙程度有關。引導學生進一步猜測“摩擦力與壓力大小成正比關系”。小組討論思考，如何設計一個探究實驗，讓物塊在木板上勻速運動，用彈簧測力計測出拉力大小。

活動2：經過討論，同學們對書本實驗進行改進。讓彈簧測力計固定，另一端與木板相連，拉動木塊下方的木板，記錄彈簧測力計的示數（圖4），這種方法能夠控制住彈簧測力計不動，方便讀數。

實驗步驟：

（1）分小組安裝實驗器材，老師強調注意事項。

（2）在木板上加減砝碼，改變壓力大小，測出對應的拉力大小（圖4）。

（3）記錄實驗數據并作出摩擦力與壓力的大小關系圖（圖5）。

（4）分析出滑動摩擦力與壓力之間的定量關系。

說明：此處讓學生發揮團隊力量，完成實驗的設計和改進，鍛煉學生的科學思維能力、科學探究能力和解決實際問題的能力，完成知識的深度學習。

設計學習任務：

1.靜摩擦力方向的特點？

2.靜摩擦力大小的特點？

3.靜摩擦力大小與滑動摩擦力大小的關系？

活動1：通過學生舉例驗證靜摩擦力的方向，通過掃把掃地案例（圖6），判斷出靜摩擦力方向與掃把和地面相對運動趨勢方向相反。通過討論自行車前后輪轉動時對地面紙張摩擦力的方向（圖7），得出靜摩擦力的方向與輪胎和紙張相對運動趨勢方向相反。

活動2：學生討論發現靜摩擦力的大小隨著拉力的增大而增大，直到物體運動起來。

教師先引導學生根據二力平衡的原理，解釋靜摩擦力變化的特點，再依據教材設計實驗，思考如何測得物體的最大靜摩擦力。在彈簧測力計里面塞一個紙團（可隨指針移動），緩慢拉動彈簧測力計，直到物塊運動，觀察指針的變化情況（圖8）。

活動3：觀察活動2中最大靜摩擦力與物塊滑動摩擦力的關系。討論得出“最大靜摩擦力的大小大于滑動摩擦力的大小”。繼續追問“能否通過拉力傳感器進行驗證”，討論并設計演示實驗，通過拉力傳感器與物塊相連，另一端連接一個塑料桶，緩慢地向塑料桶里面注入沙子增大拉力，記錄物塊從靜止到運動過程中的力的變化（圖9）。

結論：結合實驗所得圖像可以得出結論，靜摩擦力取值范圍為：

0< f_靜≤f_max

深度思考：為什么實驗的圖像（圖10）中出現最大靜摩擦力大于滑動摩擦力？著重引導學生回憶初中“分子熱運動”和“電荷之間庫侖力”的知識點。

拓展得出摩擦力本質可能主要是一種“電磁相互作用力”。

說明：設計成層層遞進的任務鏈，逐步打開學生思維，幫助學生構建知識框架，完成知識的深度學習。

5? ? 拓展練習應用

學習任務一：

1.靜止的物體可以受到摩擦力嗎？請舉例說明。

2.運動的物體可以受到靜摩擦力嗎？請舉例說明。

3.靜摩擦力的方向可以與運動方向相同嗎？請舉例說明。

4.你知道超滑嗎？請課下查找資料了解超滑的應用前景。

活動1：

學生舉例：手在豎直方向握住水杯，水杯受到豎直向上的靜摩擦力。

學生舉例：人在站在靜止的斜面上，人受到沿斜面向上的靜摩擦力。

活動2：

學生討論舉例：人豎直拿水杯走動，手對水杯有向上的靜摩擦力。人走路時，地面對人的腳有向前的靜摩擦力。

活動3：

學生舉例：人站在傾斜的電梯上沿著電梯向上運動。

學生分析得出：靜摩擦力的方向沿電梯向上，與電梯運動的方向相同。

活動4：

播放有關“超滑”的視頻，引導學生討論超滑在生產生活中的應用前景。

從生活實例出發，層層遞進，完成知識的建構。將物理模型應用到生活實例中，落實從物理走向生活的理念。最后介紹超滑的知識點，了解超滑的應用前景，這也符合STEAM的探究理念，并培養了學生科學探究的能力和解決實際問題的能力。

設計反思：本節通過創設生活情境，降低學習難度，幫助學生更好地建立物理概念。從大單元教學思路出發，創設學習支架，通過任務鏈的方式，層層遞進，逐個突破重難點。通過持續性評價及時反饋，逐步完成知識的升華。本節課讓學生經歷了一個完整的科學探究過程，有效地幫助學生實現了深度學習，更好地將知識素養轉化為能力素養。

6? ? 開展持續性評價

物理學習評價是以學生發展為根本，基于落實核心素養為目標的評價，應圍繞核心素養目標的具體要求展開，設計真實有效的多層次評價。本節主要從以下幾個水平進行評價反饋（表2）。

7? ? 結? 語

《新課標》要求教師要把發展學生核心素養落實到教育教學的各個環節，如何將知識本位轉化為能力素養本位，需要教師精心設計教學任務。為防止學生生搬硬套知識點，我們可以從大單元的視角搭建“教學支架”，通過任務鏈逐層遞進，引導學生實現深度學習、有意義的學習。

參考文獻：

［1］廖伯琴.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）解讀［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2020.

［2］權廣仁．高中物理大概念主題教學［Ｍ］．上海：華東師范大學出版社，2017.

［3］范心維，彭朝陽. 大概念視角下的高中物理單元教學設計——以“勻變速直線運動”為例［J］.中學物理教學參考，2022，51（5）：30-32.

［4］郭洋，黃全安. 指向深度學習的高中物理單元教學路徑探究——以“勻變速直線運動”教學為例［J］.物理教學，2022，44（7）：13-16.

［5］莊正輝.基于朗威DISLab的“摩擦力”教學實驗設計［J］.物理教師，2016，37（11）：61-63.

（欄目編輯? ? 李富強）