基于中美教材整合的“速度”教學設計

潘華君

(江蘇省宜興第一中學,江蘇 無錫 214200)

“位置變化快慢的描述——速度”(以下簡稱“速度”)一節是人教版必修1第1章第3節的內容,也是學生進入高中以來繼“位移”之后遇到的第2個矢量.正確理解“速度”,有助于學生對運動特征的認識和加深對矢量的理解.本文選取了人教版《物理》和美國教材《物理:原理與問題》(下文中簡稱《原理》)這兩個版本進行比較研究,體悟編寫專家的設計意圖,依據學生認知特點、已有知識儲備和發展趨向,進行整合設計.

1 兩版本中“速度”的比較

人教版給的標題是“位置變化快慢的描述——速度”,《原理》給的標題是“有多快”.從標題的比較看,《原理》直接指向運動快慢的表達;人教版則是直接指向速度的本質,即質點位置變化的快慢.[1]

人教版中“速度”一節位于“質點”和“時間 位移”之后,即遵循“物—時—空—動”的一般認識規律.《原理》中,“有多快”位于本章教材的第4節,前3節分別是“運動的描繪”“何處與何時”“位置-時間圖像”.兩版教材編寫邏輯基本一致.人教版把“測紙帶的平均速度和瞬時速度”也放入了本節教材中,用了將近2頁的篇幅,同時新增了“速度-時間圖”.《原理》更注重文字、圖表、圖像、方程等對物理現象的不同表達,“位置-時間圖像”在《原理》中單獨成節.表1和表2分別對人教版“速度”第1課時與《原理》的內容設置、呈現方式、拓展欄目、課后練習等做對比研究.

表1 內容、呈現方式比較

表2 拓展欄目及課后練習

2 教學整合設計建議

在概念的學習中,關注學生立場,創建蘊含概念本質的情境,則有利于促進“真學習”的發生,完成“兒童經驗”向“物理概念”的轉變,促進思維的發展.另一方面,蘇聯教學論專家馬赫穆托夫等人創立的“問題教學理論”認為:人們在認識活動中,當遇到現有條件或已有的經驗尚無法解決的實際問題時,就會產生一種懷疑、探索的心理狀態,從而激活主體思維,試圖去找出解決問題的辦法.[2]鑒于此,筆者整合了兩個版本的優點,對本節內容第1課時進行了整合設計.

2.1 以情境為載體,滲透“比”的思想

以運動比賽為情境,圍繞大情境設計問題鏈,進行教學整合設計.在一組有中心、有序列的問題引導下,逐步引導學生體悟比值定義法的依據和意義,滲透“以證據說話”意識,深化對合理使用證據的理解,從而提高連貫和邏輯論證能力.[3]

案例1.速度.

播放視頻(劉翔110 m跨欄比賽).

問題組1:(1) 終點處,裁判如何定量判斷哪一個運動員位置變化最快?比較的依據是什么?(2) 觀眾如何定量判斷運動過程中(如5 s內)哪一位運動員位置變化最快?比較的依據是什么?(3) 如果兩位運動員,一位位移50 m,用時6 s,另一位位移40 m,用時5 s,他們兩位運動員,誰的位置變化快?這樣判斷的依據是什么?

設計意圖:① 問題組1的設計,變“靜態”為“動態”,通過動態的視頻,收攏學生的注意力,引導學生在觀影中去思考.② 問題(1)和(2)的比較標準沒有直接給出,而是需要學生從視頻和問題中找出,引導學生進一步體悟比較的標準或判斷的依據.③ 在問題(1)和(2)的基礎上,結合已有的知識基礎,學生很容易就能提出問題(3)的解決方案.對于這個問題解決,關鍵在于追問“你這樣處理的依據是什么”,從而進一步引導學生體悟比值定義法的意義和作用,以及滲透證據意識.

問題組2:(1) 劉翔跨欄結束后,為了緩解運動疲勞,繼續繞操場運動,回到起跑點(周長400 m,若總用時400 s),則該運動過程中劉翔的速度為多大?理由是什么?(2) 若按初中速度的定義,求出來多大?(3) 比較兩種結果,請你思考,高中速度的意義是什么?

設計意圖:通過設計具有認知沖突的問題,幫助學生理解高中的速度實際上是描述位置變化快慢的物理量;初中的“速度”實際上是速率,描述的是路程變化的快慢.通過對比,深化概念理解,逐步形成正確的物理觀念.

2.2 感悟物理之“小”,體悟極限思維

高中學生第1次接觸瞬時速度的概念、第1次體悟極限思維,這兩個“第1次”是本節課要解決的難點.通常而言,說物體在某一時刻或某一位置有確定的速度,學生是可以理解的,但是多數學生難以準確用數學語言描述瞬時速度.[1]

案例2.瞬時速度.

問題組:(1) 請計算劉翔在110 m跨欄比賽中的速度.(保留2位有效數字)(2) 在110 m跨欄比賽中,劉翔始終保持這個速度不變嗎?(3) 這個速度能精確描述劉翔跨過任何一個欄的速度嗎?這個速度的物理意義是什么?(4) 閱讀教材第24頁第一段,并請學生表述“瞬時速度的測量”.

體悟1:① 如圖1所示,如何測量出AC間的平均速度?② 能否用這個速度近似代替經過B點時的瞬時速度?③ 如何更精確地表達經過B點時的瞬時速度?

圖1 示意圖

體悟2:① 如圖2所示,在x-t圖像上,請求出AB兩點對應時間內的平均速度.數值等于哪條線的斜率?[4]② 請求出AC兩點對應時間內的平均速度.數值等于哪條線的斜率?同時觀察兩條割線的變化趨勢.③ 當選取的末狀態逐漸趨向于A點時,割線的變化情況是怎樣的?你有什么認識?

圖2 x-t圖像

設計意圖:① 問題組仍以大情境“劉翔110 m跨欄比賽”為問題情境,討論平均速度意義,并引出瞬時速度概念.同時通過學生自行閱讀教材,在“閱讀”中培養學生的信息獲取能力,初步體悟極限思想,也進一步顯化科學方法教育.② “體悟1”引用教材實驗的紙帶并做調整,通過3個圖片,逐漸雙向靠近B點,引導學生體悟“物理上的小”.③ “體悟2”借鑒《原理》和教師教學用書的部分設計,通過細化的問題鏈設計,引導學生利用已有的圖像知識,體悟“線段→點”“割線→切線”“平均速度→瞬時速度”.

2.3 “顯化”矢量方向,強化直觀想象

教學實踐中經常發現,將“矢量”隱藏在具體情境下考查,學生往往很難直觀地分辨或判斷.這說明學生的矢量觀念是不深刻的.在實際教學中,可以通過恰當的問題設計和直觀的現象,盡可能將“矢量”顯化出來,增強學生的直觀想象能力.

案例3.速度方向.

體悟:兩人分別以大小為2 m/s的速度沿一條直線運動5 s,兩者的位移一定相同嗎?3人分別以大小為2 m/s的速度向各個方向運動了5 s,最后3人到達的位置是同一處嗎?

迷你實驗:利用單擺實驗器材,并給小球貼上紅色箭頭,擺動,如圖3所示.教師利用希沃軟件實時錄像、慢放.

圖3 小球單擺實驗圖

體驗:請2位學生上臺進行飛鏢投擲活動,要求能擊中目標盤.并討論能否擊中目標盤與哪些因素有關?設計意圖:“矢量問題”的處理,是學生進入高中后,遇到的一大難點.“速度”是我們進入高中以來遇到的第2個矢量,為了逐步有效化解學生理解上的困局,加深對速度方向的體悟,筆者設計了以上3個問題“體悟—實驗—體驗”.通過“想—看—做—議”的方式最大限度調動了學生的參與度,讓學生在實踐中獲取知識,在體驗中感知成功的樂趣.

3 結語

英國哲學家波普爾說:知識的增長永遠始于問題,終于問題.本文通過對兩版教材的比較研究,綜合兩版本教材的優點,對本節內容的教學設計進行整合設計:① 以“跨欄比賽”為大情境,貫穿整個教學設計.依托情境載體,以“位置變化快慢”為核心問題、為問題鏈的起點,然后“分枝”成2個次中心問題,關注學生的最近發展區,設計合理的“思維間距”,將其細化為幾個問題組.② 通過這樣有中心、有序列的層次鮮明且系統性良好的問題組,[5]由預設問題到生成問題,問問相連,使學生的思維過程可視化,凸顯重點內容、顯化科學方法.③ 借鑒兩版教材編寫特點,在教學設計時,注重文字表達、公式表達、圖像表達,在多種信息傳遞的方式中,不斷提高信息加工的效能,豐富認識,促使教學的關注點由“知識層次”向“思維層次”延伸,促進學生的思維產生飛躍.