教材重構視域下四節“機械能守恒定律”同課異構分析與啟示

摘" 要：在核心素養培養的理念指導下，知識不應僅以教材文本的形式不加修飾地傳遞給學生，教師應對教材內容進行重構，這是提升課堂教學質量和學生學習效果的關鍵。本文在教材重構視域下，以四節優質的“機械能守恒定律”同課異構為例，探討了如何對物理教材的內容進行重構，從而做到知識與素養并行。

關鍵詞：教材重構；核心素養；機械能守恒定律

1" 教材重構

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）指出物理教師應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］雖然教材一直是最直接、最重要的教學依據，但是如果教師完全遵循教材內容的順序、結構、邏輯來實施教學活動，就難以滿足實際教學的需求。因此，教師可以通過對教材內容的重構，讓自己的教學內容更具邏輯性和結構相關性，更貼合自己與學生的實際情況，同時也能體現出教學的個性化特征。

1.1" 教材重構的起源及其內涵

教材重構的概念最早衍生于南京師范大學吳康寧教授在其《教育社會學》一書中提出的“課程重構”理念。“課程重構”指的是教師通過自己對課程的理解，將《課程標準》與教材內容轉變為自身教學活動中的教學內容。［2］

在核心素養培養的理念指導下，物理教師的教材重構指的是物理教師以主流物理學科教學用書為參考，基于物理學科核心素養的育人目標體系，重構教學理念。物理教師應以學生學情為依據，通過對物理教材的知識內容與結構邏輯兩個層面的重新建構，最終形成既適合教師自身講授又適應學生學習需求的教學內容，從而實現培養核心素養的目的（見圖1）。

教材內容教材重構教學內容

1.2" 教材重構的主要方式

目前，高中物理教材的重構普遍采用增加、刪減與修改的方式。然而，通過對大量高中物理課堂的實踐研究，筆者發現教材重構的方式遠不止這些。筆者認為可以從知識內容與結構邏輯兩個層面對教材重構的方式進行總結（見圖2）。

在知識內容層面上的教材重構指的是在教學中通過改變教材文本內容來改變教學內容，包括

更改教材中的物理情境和例題、增加有助于學生理解物理原理的視頻資源以及在教學中舍去教材的部分內容。而在結構邏輯層面上的教材重構，主要體現在物理教師對教材內容教學順序的調整，包括在某一節課中調整知識點的先后教學順序，以及在更廣闊的視角下對教材不同章節內容教學順序的調整。

2" 教材重構視域下的同課異構課例分析

2.1" 分析對象

在本研究中，所選取的四節課來自某市某屆以“機械能守恒定律”為課題的高中物理學科帶頭人評比課。這四位物理教師均具備五年以上的教學經驗。通過分析這四節課的教學內容，本研究旨在

為青年教師提供一些優質教材重構的案例和教學 建議。

2.2" 分析過程

本研究的分析過程

參考了人教版高中物理必修第二冊第八章第4節“機械能守恒定律”的教材內容，以四位高中物理教師的教學內容為分析對象，記錄并分析了這四位教師如何對“機械能守恒定律”這一節的教材內容進行重構。

筆者首先依據《課程標準》和教材文本對該節內容進行了簡單的解構，以便與教學內容進行對比，解構后的教材內容如圖3所示。

本文對四位物理教師重構“機械能守恒定律”教材

內容與方式的分析如表1所示。

表1" 四位物理教師重構“機械能守恒定律”教材內容與方式的分析

重構教師一教師二教師三教師四

增加教材之外內容

（1） 增加演示實驗：光電池板電扇實驗、自由落體實驗、彈簧齒輪玩具車實驗、彈簧振子實驗、彈簧下綁住重物實驗、砸不到自己的球實驗

（2）增加實驗驗證機械能守恒的教學內容（借助傳感器技術和電腦軟件）

（3）增加僅彈力做功下，系統機械能守恒的推導

（4）增加影視資源：“人體多米諾骨牌中的能量分析”（1）增加演示實驗：圓筒回滾實驗、單擺實驗、過山車模型實驗

（2）增加影視資源：用“生命”證明機械能守恒的實驗視頻、射箭和撐竿跳運動員比賽視頻

（3）增加彈簧振子中系統機械能守恒的推導

（4）增加機械能守恒與生活實際結合的內容：地鐵進站口高度為什么海拔較高（1）增加演示實驗：單擺實驗、“逆重力”軌道實驗、砸不到自己的球實驗

（2）增加影視資源：花樣滑雪、射箭、蹦床運動視頻

（3）增加電腦仿真軟件模擬實驗：彈簧振子實驗

（4）增加推導機械能守恒定律的物理情境：自由落體模型、彈床模型

（5）增加“德國物理學家守恒物理思想”的教學內容（1）增加演示實驗：單擺實驗、彈簧振子實驗

（2）增加電腦仿真軟件模擬實驗：彈簧振子實驗

（3）增加實驗驗證機械能守恒教學內容（借助傳感器技術和電腦軟件）

舍去教材部分內容

（1）舍去“雙斜面實驗”

（2）舍去“追尋守恒量”內容

（3）舍去“守恒量的物理思想”

（1）舍去“雙斜面實驗”

（2）舍去“追尋守恒量”內容

（3）舍去“守恒量的物理思想”（1）舍去“雙斜面實驗”

（2）舍去“追尋守恒量”內容

（3）舍去習題

（1）舍去“雙斜面實驗”

（2）舍去習題

（3）舍去“守恒量的物理思想”

更改教材部分內容

將機械能守恒定律推導的物理情境改為自由落體的物理情境

（1）將機械能守恒定律推導的物理情境改為自由落體的物理情境

（2）更改習題—

（1）將追尋守恒量的演示實驗改為擺動的小球到達同樣的高度實驗

（2）將機械能守定律推導物理情境改為豎直上拋物理情境

調整知識點教學順序

（1）將“機械能的定義”提前至課前引入部分

（2）將“能量的概念”提前至課前引入部分將“機械能的定義”提前至課前引入部分——

2.3" 分析啟示與教學建議

2.3.1" 主觀能動地教材重構是教師“用教材教”的重要體現

一種教材版本對應一種教學設計，不同教師依據自身理解對教材進行重構，從而產生不同的教學內容。主觀能動地教材重構能夠體現出教師是“用教材教”，而不是“教教材”。教材在教學中的地位固然重要，但針對不同地區、不同環境與不同學生的實際情況，教學內容應當有所差異。教師并非一定要完全依據教材的知識內容和邏輯順序進行教學。只要重構的目的、方式與內容是合理的，是指向物理核心素養的，物理教師即可大膽地對教材內容進行重構。

分析結果顯示，四位教師在本節教材的重構方式與內容上存在很多相似的地方。例如，在教學中他們舍去了“追尋守恒量”與“守恒量的物理思想”的教材內容，更改了機械能守恒定律的推導物理情境，并增加了物理演示實驗等。這說明物理教師對教材的重構是必要且合理的。物理教師在進行“機械能守恒定律”的教學時，也不應拘泥于教材的文本與邏輯，而應主觀能動地重構教材，以體現課堂的設計感。

2.3.2" 物理演示實驗的應用是高中物理教師教材重構的重要元素

人教版物理教科書在“機械能守恒定律”一節中并未安排過多的演示實驗，僅在課前引入部分引用了伽利略的“雙斜面實驗”。對于動能與勢能相互轉化的教學，該部分內容主要依賴于文字描述和圖片分析。而對于這一知識點來說，演示實驗可以很好地幫助學生理解機械能是如何守恒的。因此，四位物理教師在課堂教學中加入了許多演示實驗，用來直觀地展示動能與勢能的轉化，具體內容如表2所示。

表2" 四位教師增加的演示實驗內容

教師演示實驗數量演示實驗內容

教師一6光電池板電扇實驗、自由落體實驗、彈簧齒輪玩具車實驗、彈簧振子實驗、彈簧下綁住重物實驗、砸不到自己的球實驗

教師二3圓筒回滾實驗、單擺實驗、過山車模型實驗

教師三3單擺實驗、“逆重力”軌道實驗、砸不到自己的球實驗

教師四2單擺實驗、彈簧振子實驗

物理演示實驗的應用是高中物理教師教材重構的重要元素，也是物理學科教材重構的特色。在進行“機械能守恒定律”的教學時，教師可以通過穿插演示實驗或對經典實驗進行改進，以引發學生的思考，并幫助他們深入理解能量守恒的概念。例如，可以將單擺實驗中的細繩換成彈簧，引導學生分析重力和彈力同時做功時，系統中的能量轉化情況；或將實驗中使用的小球改為乒乓球，增加空氣阻力對系統能量的消耗，引導學生思考能量損耗與機械能守恒的聯系。

2.3.3" 現代教育技術貫穿物理教師對教材重構的認知與行動

利用多媒體技術將書本的內容整合后展示在屏幕上已經成為教育發達地區的常態。但在物理學科中，現代技術與教育的融合具有更多的維度。例如，教師一與教師四借助數字傳感器技術和電腦軟件進行機械能守恒的論證；教師三則運用物理實驗仿真軟件模擬彈簧振子的運動，以幫助學生推導出機械能守恒定律。因此，高中物理教師對物理教材內容的重構不應僅停留在對文本的處理，而應該提升到對物理現象、原理與定律展示方式的改變上。

在“機械能守恒定律”的教學中，物理教師可以借助現代技術促進科學探究的現代化。例如，通過使用傳感器和物理實驗仿真軟件等工具，將機械能守恒定律證明實驗的器材從傳統的打點計時器、停表、直尺等進化到傳感器與電腦軟件等現代設備。具有現代教育技術應用意識的高中物理教師，對教材重構擁有更深刻的理解；而掌握了現代教育技術應用能力的高中物理教師，則能夠實施更高質量的物理教材重構。

2.3.4" 學生學情是物理教師重構教材中物理情境的重要依據

教師與學生之間在對物理教材的理解與認知上具有較大差距，教師能夠輕易理解的文本內容，對于學生來說，可能難以理解。這種差距在學生基礎水平較低時尤為明顯。因此，物理教師要基于對學生的學習基礎、學習需求、學習興趣、認知能力和社會生活經驗等學情分析與認知的基礎上，重構教材中的物理情境。

在“機械能守恒定律”一節中，動能與勢能的轉化以及機械能守恒定律的推導兩處教學環節的物理情境具有較大重構空間。在分析動能與勢能的轉化時，教師可以結合教材中提到的能量概念，適當增加一些其他形式能量轉化的物理情境，如光電池、溫差發電機與風力發電機等，以幫助學生理解和建立能量守恒的觀念。而在推導機械能守恒定律時，教師要充分考慮學生的學情，適當提高或降低物理情境的難度。例如，將情境更改為自由落體的物理情境，可以方便基礎薄弱的學生更好地理解；而將情境更改為彈簧振子或其他帶有彈性勢能變化的情境，則有利于激發高水平學生的思考。

3" 結語

如今，教書育人已經進入了一個新的時代，以往以應試訓練為中心的應試教育正逐漸被時代淘汰。高中物理教師的教學理念應從“知識本位”向“素養本位”轉變，以《課程標準》為基礎，通過整合各種課程資源，豐富教材的內容，借助現代技術改良教材內容的呈現方式。教師應根據自己的教學經驗，并結合學生學情，重構物理教材的文本內容與知識邏輯，并通過不斷反思來提升自身教材重構的能力，最終達到“用物理育人”，落實培養學生物理核心素養的目的。

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2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：50.

［2］ 吳康寧.教育社會學［M］.北京：人民教育出版社，1998：110-120.