巧用學(xué)習(xí)遷移 優(yōu)化物理大單元教學(xué)
——以“曲線運動”為例

佳木斯大學(xué)理學(xué)院曹雅萍 韓海生 裴魏魏

佳木斯市第十一中學(xué) 楊丹鳳

《普通高中物理課程標準（2017 年版2020 年修訂）》指出要重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化。 隨著新課程理念與教學(xué)的不斷融合，高中物理教學(xué)要求向著多元化與綜合性方向發(fā)展[1]。而物理大單元教學(xué)，依據(jù)課程目標聚焦于物理學(xué)科素養(yǎng)，促進知識結(jié)構(gòu)化，著重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與科學(xué)探究思維，是深化課程與教學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵教學(xué)方式。

對于物理大單元教學(xué)來說，如何將繁多且碎片化的物理知識融合成有機整體，加強內(nèi)在聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生深入思考與探索，注重理論與實踐的平衡發(fā)展至關(guān)重要。 引入學(xué)習(xí)遷移，既能打破傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式，又能在已學(xué)物理知識與新知識間搭建雙向橋梁，強化正遷移的作用并減少負遷移的影響， 易于學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理學(xué)規(guī)律與建構(gòu)物理知識框架，將知識轉(zhuǎn)化為實際能力，培養(yǎng)學(xué)生知識關(guān)聯(lián)與方法拓展能力， 也利于高中物理教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量達成實質(zhì)性提升。 以人教版教材必修二“曲線運動”為例，在教學(xué)中可以采用以下策略。

一、順應(yīng)遷移，整體分析明規(guī)律

物理大單元教學(xué)實質(zhì)是從一個完整的單元主題出發(fā)，整合具有相關(guān)性且可形成完整知識系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容作為基本教學(xué)單位， 其中單元教學(xué)主題根據(jù)課程目標設(shè)置，緊扣教學(xué)情境與教學(xué)內(nèi)容，是貫穿整個大單元教學(xué)的主線。

（一）統(tǒng)籌設(shè)計，建構(gòu)整體認知

教師可以通過順應(yīng)遷移，從微觀視角過渡到中觀層面進行統(tǒng)籌設(shè)計，針對原有的相關(guān)物理概念與規(guī)律重新進行教學(xué)資源建構(gòu)，準確找出與確定順應(yīng)學(xué)生已有的物理知識結(jié)構(gòu)與學(xué)生認知規(guī)律而展開的主題。 進行“曲線運動”教學(xué)，要先從大單元角度出發(fā)進行主題建構(gòu)（見圖1）。

圖1 單元教學(xué)主題建構(gòu)

將第五章拋體運動視為大單元進行整體分析，通過曲線運動與各章節(jié)之間的關(guān)系，針對原有的表象、知識經(jīng)驗與知識組塊進行重新建構(gòu)以順應(yīng)學(xué)生認知結(jié)構(gòu)發(fā)展，發(fā)現(xiàn)可以圍繞“準確描述物體做曲線運動方法”這一單元教學(xué)主題貫穿拋體運動整章進行教學(xué)建構(gòu)。

（二）問題引導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律

拋體運動整章主要介紹曲線運動、 運動的合成與分解、探究平拋運動的特點和拋體運動的規(guī)律，教師可以根據(jù)這一單元主題進行展開教學(xué)，以環(huán)環(huán)相扣的問題鏈提高學(xué)生的理解和表達能力。

首先，教師向?qū)W生提出問題：“準確描述物體做曲線運動方法有哪些？ ”引導(dǎo)學(xué)生通過教材分析和小組討論得出答案。一般方法為在平面直角坐標系中用位移與速度進行描述；特殊方法是化繁為簡，將復(fù)雜曲線運動分解為簡單曲線運動，并分別討論合運動與分運動的軌跡、位移與速度。 其次，教師再次提問：“能否在特殊方法基礎(chǔ)上進行歸納，生成合適的方法以探究平拋運動的特點與拋體運動的規(guī)律？”通過特殊方法總結(jié)及實驗探究，分別分析平拋運動在豎直和水平方向上的運動特點，探究平拋運動軌跡中速度、位移等特征。最后，帶領(lǐng)學(xué)生運用牛頓第二定律分析平拋運動在水平、豎直方向上的受力情況，進行理論解釋，從特殊走向一般，找出拋體運動規(guī)律。

通過這一主題，學(xué)生不僅能夠在“曲線運動”學(xué)習(xí)中感知物理現(xiàn)象、形成概念與掌握規(guī)律、解決物理實際問題，還能打破單一課時教學(xué)的界限，使得曲線運動與拋體運動其他部分知識點緊密聯(lián)系，加深學(xué)生對整章知識與章節(jié)內(nèi)部知識的認知印象，利于物理核心素養(yǎng)的形成。

二、重組遷移，目標銜接提效率

物理大單元教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為中心， 相較于純粹圍繞具體課時知識點設(shè)計的課時教學(xué)目標， 教師除關(guān)注學(xué)生知識與技能之外， 還需特別注重學(xué)生價值觀與必備品格的養(yǎng)成。

（一）分析教材，合理設(shè)置目標

教師需以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，運用重組遷移從制定單元教學(xué)目標入手， 融入課程目標與課時教學(xué)目標，根據(jù)學(xué)生認知情況和課程標準要求合理劃分單元。這樣既能關(guān)注課程目標，培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，尤其是物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責任，又能關(guān)注到課時教學(xué)目標，結(jié)合具體知識內(nèi)容進行設(shè)計，促進課程與教學(xué)目標間的有效銜接[2]。

如進行曲線運動教學(xué)時，教師可以將第五章拋體運動的課程目標與課時目標交叉融合進行重組遷移，生成單元教學(xué)目標，由此不僅能夠定位曲線運動的課時目標，還能清晰明白曲線運動在拋體運動整章中的地位與作用。拋體運動整章實際是運動學(xué)與力學(xué)知識進一步的延伸與拓展，而曲線運動是其研究的基礎(chǔ)所在。 通過曲線運動的教學(xué)，學(xué)生能夠認識到曲線運動的紐帶作用，研究不同運動要注意各自特點， 學(xué)會在不同情境下將知識進行遷移與運用，為第六章萬有引力相關(guān)知識的教學(xué)做鋪墊。

（二）了解學(xué)情，有效分解目標

以“曲線運動”的教學(xué)為例，教師可制定如下具體的單元教學(xué)目標。

1.認識曲線運動，能學(xué)會用極限方法探究曲線運動的速度方向。 將已學(xué)直線運動與曲線運動進行銜接，聯(lián)系生活觀察具體現(xiàn)象，了解曲線運動速度是矢量，沿切線方向，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究思維與運用已學(xué)知識處理問題的能力。

2.掌握曲線運動條件，能進行平面運動實例分析。從力的角度應(yīng)用牛頓第二定律來研究運動方向與合外力方向，并能用蠟塊運動構(gòu)建合運動與分運動的概念，建立平面直角坐標系來探究蠟塊運動軌跡。

3.融入具體情境，學(xué)會化繁為簡的特殊方法，體會將復(fù)雜運動進行合成與分解的等效過程。

4.培養(yǎng)學(xué)生運動與相互作用的觀念，體會平拋運動合成與分解構(gòu)建的過程，結(jié)合實際學(xué)習(xí)生活，使學(xué)生從抽象走向具體，養(yǎng)成科學(xué)探究習(xí)慣，有利于提高學(xué)生邏輯思維能力。

5.能從物體受力分析出發(fā)對平拋運動采用合成與分解的方法進行研究，能用已學(xué)方法歸納出研究步驟，探究平拋運動軌跡中速度、位移的特征，用理論闡述其總特點，使學(xué)生能從物理學(xué)角度體會數(shù)形結(jié)合思想，利于物理核心素養(yǎng)的形成。

6.能夠從特殊走向一般，從研究平拋運動回到一般拋體運動情境中，歸納出拋體運動規(guī)律。 加深學(xué)生對新知識的理解與應(yīng)用， 使學(xué)生自主從定性分析研究至定量計算，提升學(xué)生物理思維與自主學(xué)習(xí)能力，促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

三、縱向遷移，問題驅(qū)動促發(fā)展

物理大單元教學(xué)的開展需在單元教學(xué)主題、目標與內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以問題或任務(wù)驅(qū)動進行有機整合，可利用縱向遷移將大問題或大任務(wù)自上而下遷移為若干個子問題或子任務(wù)，以促進學(xué)生各項能力的發(fā)展。 物理大單元教學(xué)最終目標是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生解決真實情境中復(fù)雜問題的能力，可將大問題或大任務(wù)結(jié)合學(xué)生生活實踐中的具體情境賦予其實際內(nèi)涵，使之能夠承載單元核心內(nèi)容與觀點，構(gòu)成具有系統(tǒng)性與結(jié)構(gòu)化的知識網(wǎng)絡(luò)。

如進行“曲線運動”教學(xué)，教師可以以第五章拋體運動為大單元，創(chuàng)設(shè)具體情境，將賦予層次化的大問題與子問題貫穿于曲線運動、運動的合成與分解、探究平拋運動的特點、拋體運動的規(guī)律教學(xué)中。由于學(xué)生間的個體差異、思維方式不同，產(chǎn)生的子問題之間的邏輯關(guān)系也不同。 在曲線教學(xué)中，教師可將零散知識點有機整合，貫穿于大問題中，對學(xué)生進行適當引導(dǎo)，融入課時內(nèi)容中，既能促進學(xué)生思維與自主能力發(fā)展，又能幫助學(xué)生將學(xué)習(xí)內(nèi)容與實際生活聯(lián)系更加緊密，能讓學(xué)生真正從生活中思考，在生活中解決實際復(fù)雜問題，易于學(xué)生掌握物理方法，形成物理思維與核心素養(yǎng)。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，促進思維發(fā)展

創(chuàng)設(shè)學(xué)生常見的籃球比賽這一真實情境，激發(fā)學(xué)生興趣。 以“如何將籃球投進籃筐”為大問題，將涉及到的單元核心物理量與研究方法整合在大問題中，引導(dǎo)學(xué)生從較高層次的大問題向較低層次的子問題進行遷移。學(xué)生在分析與討論大問題時生成一系列子問題：籃球運動的速度方向會不會影響籃球投進籃筐的軌跡？能不能通過改變投籃位置與籃筐的位移增加投中率？如何研究籃球運動的軌跡特點？ 如何研究籃球受到的力？ 能不能將籃球速度進行分解或?qū)⑹艿降牧M行分解？

首先，教師選取“曲線運動”教學(xué)所需的真實情境問題進行設(shè)計：在必修一的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對運動有了一定的認識，那么通過哪些物理量能夠描述物體的運動呢？有速度、加速度、位移與力等，這是之前研究直線運動時涉及到的物理量。 如果不是直線運動，需要研究哪些物理量？ 其次，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察投影中投籃的動態(tài)圖進行探究（見圖2），若不計空氣阻力，如何能將籃球投中籃筐，要先研究哪些物理量？籃球在做什么運動？籃球的運動軌跡有何特征？得出籃球沿著接觸點切線方向運動，其軌跡是曲線，拋物線是其特例。進而追問：做直線運動的物體，速度方向與運動軌跡是一致的，那曲線運動呢？ 引導(dǎo)學(xué)生從接觸點的切線方向進行描述，接觸點切線方向即速度方向，且速度方向發(fā)生變化，可知曲線運動是變速運動。最后，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材對于切線的理解，觀察割線軌跡的動態(tài)圖（見圖3），在曲線上過A、B 做直線，也稱割線，將B 逐漸向C 靠近直至無限趨近于A，此時割線為其切線方向，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)，若將A、B 看作質(zhì)點的運動，可得質(zhì)點在某一點的速度方向為沿曲線在這一點的切線方向，這也是曲線運動軌跡的顯著特點。

圖2 籃球運動軌跡

圖3 割線軌跡

（二）結(jié)合問題情境，鼓勵自主探究

引導(dǎo)學(xué)生進一步圍繞“如何將籃球投進籃筐”這個大問題向較低層次的子問題進行遷移。由于學(xué)生個體差異與思維方式不同，產(chǎn)生的子問題間邏輯關(guān)系存在差異，此時教師可以有效利用實驗器材， 鼓勵學(xué)生自主進行實驗探究。 曲線運動軌跡特點已經(jīng)有了初步了解，那籃球運動的速度方向是否影響了籃球投中籃筐的軌跡？類似做籃球軌跡的曲線運動的條件有哪些？ 籃球做曲線運動，可將籃球看作質(zhì)點進行理解，籃球在某一點的速度方向即為籃球運動軌跡在這點的切線方向， 若想探究一般曲線運動的條件，則要進行實驗，在實驗中探究，在探究中領(lǐng)會。

教師可引導(dǎo)學(xué)生觀察動態(tài)圖，思考并從實驗中探究小鋼球分別做什么運動，做這類運動需要什么條件，進而對學(xué)生實驗結(jié)論進行總結(jié)。觀察直線運動軌跡（見圖4），將小鋼球沿裝置斜面滾下，速度方向與物體受力方向在一條直線上，小鋼球做直線運動；觀察曲線運動軌跡（見圖5），在裝置斜面?zhèn)让娣胖脠A形磁鐵， 仍將小鋼球沿斜面滾下，小鋼球受到磁鐵側(cè)向力的吸引，合外力方向與速度方向不在一條直線上，偏離原來方向，做曲線運動。得出一般物體做曲線運動的條件有三點： 一是物體所受合外力不為零；二是物體速度不為零；三是物體合外力與速度不共線。

圖4 直線運動軌跡

圖5 曲線運動軌跡

（三）回歸問題情境，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

在圍繞“如何將籃球投進籃筐”大問題中產(chǎn)生的一系列子問題中，經(jīng)過不斷探究，學(xué)生對于籃球運動速度特點與產(chǎn)生軌跡的條件有了充分的認知。 若想將籃球投進籃筐，還需對加速度、位移與力之間的關(guān)系進行深入研究?；貧w子問題，教師要進一步帶領(lǐng)學(xué)生探究：能否通過改變投籃位置與籃筐的位置投中籃筐？ 能否研究籃球受到的力？能否將籃球速度進行分解或者受到的力進行分解？使學(xué)生真正能從實際出發(fā)進行問題處理， 培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、分析與解決實際問題的能力，利于學(xué)生正確物理學(xué)習(xí)方法的掌握與核心素養(yǎng)的形成，為接下來利用物理等效思想分析運動的合成與分解進行鋪墊。

不同于傳統(tǒng)教學(xué)的“刻板不知變通”，高中物理大單元教學(xué)以學(xué)生為中心， 以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向確定單元教學(xué)主題、制定單元教學(xué)目標，以問題或任務(wù)驅(qū)動進行實際教學(xué)，由學(xué)生親身參與、思考與解決大問題和子問題或大任務(wù)和子任務(wù)，將其融入課時內(nèi)容中進行系統(tǒng)規(guī)劃。 而學(xué)習(xí)遷移理論主要通過切入新舊物理知識或相似物理知識的關(guān)聯(lián)處，將分散的物理知識點逐漸搭建直至形成完整的物理知識體系。 將學(xué)習(xí)遷移理論融入高中物理大單元教學(xué)，不但能鞏固學(xué)生已學(xué)知識， 加深學(xué)生對新知識的理解與應(yīng)用，也能提升學(xué)生物理思維與自主學(xué)習(xí)能力，促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展[3]。