基于學科大單元的高中物理拋體運動的進階式研究

摘" " 要：在教學過程中，物理知識的教學碎片化導致部分學生學習情況不佳。基于學科大單元的高中物理進階式教學模式能夠站在較高的層次統籌規劃知識系統，使知識體系具有結構化的特點。通過拋體運動的大單元教學方法的研究，能夠從本質上掌握拋體運動的本質，從而對教學內容的探究起到舉一反三、溫故知新的作用，解決真實情境下的問題。

關鍵詞：學科大單元教學；拋體運動；進階式；知識構架

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）1-0012-5

在現今的教學實踐過程中，多數教師主要按照課時進行教學設計，往往不重視課時之間的聯系，導致知識呈現碎片化的狀態，部分學生的知識結構不夠完整，一旦出現創新型的情境，學生往往束手無策。這是由于課堂內的問題情境往往是具體的“小”情境，但現實的真實問題往往是較為復雜的“大”問題，而學科“大單元”教學，需要教師直面真實情境，以更高的視角從整體上對物理知識進行有序設計，突破單課時設計的局限性，有效解決現實中的真實問題［１］。

１" " 學科大單元教學的內涵

學科大單元教學是指以一個單元學習內容為整體，站在較高的層次統籌規劃知識系統，把大概念統領下的大量概念、規律、原理等物理知識按照一定的邏輯關系由簡單到復雜地進行層級化重構，有利于減少課堂上學生的無關認知加工，使學習內容避免重復，教學環節更加緊湊，課堂內容容量增大，是一種結構化的主題教學模式［２］。

學科大單元的內涵不是范圍“大”，而是“核心”，即強調知識的系統性和統籌性，將相關知識融合共通，提煉核心知識，有效構建學生的物理知識體系。

２" " 學科大單元教學的作用

２．１" " 強調融合，明確認知層級

物理學科本身就是由現象、概念、原理、實驗、規律構成的，具有結構化的知識理論體系，物理知識相互關聯，具有顯著的邏輯性與關聯性。因此，采取自上而下的大單元教學模式，強調知識點的融合，能有效將碎片化的知識點通過系列任務進階式地呈現。

學科大單元教學在內容組織上具有由淺入深、由簡單到復雜的特點，具有一定的認知層級，而非機械的知識點堆積，有效培養了學生的創新精神與邏輯推理能力。

２．２" " 深化改革，落實核心素養

現今的教學呼喚融合教學的方式，教師在教學過程中要從“大學習”“大概念”的視角來整體性地看待教學過程。

基于大單元教學的高中物理教學超越了孤立而散亂的知識點，將核心知識問題化、關鍵問題情境化、真實情境體驗化、深度體驗系列化，使教學內容展現出物理學科圖景，呈現學科結構的主干部分。這種教學方式改變了原先按章節教學的模式，將知識點解構重組，這就需要教師“居高臨下”，具有廣闊的學科視野與把控全局的教學能力，重新規劃教學程序，減少重復性的教學內容，達到簡潔高效的教學效果。

大單元視角下的高中物理教學是落實立德樹人、發展核心素養、深化課程改革的必然要求，也是落實物理學科核心素養的關鍵途徑。同時，大單元教學也對教師提出了更高的要求，促進了教師教學理念的更新迭代與專業能力的全面提升。

２．３" " 評測反饋，促進思維建構

在大單元學習之中，需要用形成性評測來對學生和教師的學習情況進行及時反饋，從而根據當前的學習情況幫助學生進一步學習。

大單元學習的反饋需要用綜合性的問題進行檢測，更加強調解決真實問題的高階復合性思維，能夠培養學生解決“大”范圍的問題，而不僅僅是用于考試與解題。因此，推進學生的大單元學習，強調對于普遍性的真實情境的有效應用，能夠培養學生核心素養與創新能力，促進學生思維結構的構建，這比給出判斷性的分數或等級更加有效。

３" " 學科大單元教學的實踐應用

高中物理新課程應基于新課程標準，指導學生學習結構化、組織化的基礎物理知識和模型，構建物理學科的認知結構，提升學生的物理學科核心素養［３］。學科大單元教學將教學內容劃分為幾個模塊，通過知識統籌規劃，將知識點提高到具有普適性的分析探討，突破了知識點的散亂繁復，將知識點通過有序架構，使之更具結構化，有利于學生知識結構的組織與架構。

拋體運動是高考中的重要題型，針對高中物理教學過程中的上拋、下拋、平拋、斜拋等問題設計的題目靈活多樣，而大單元設計可以對拋體運動的知識點統籌規劃，這些知識點是按照一定的邏輯關系組織起來的，是相互關聯的（圖１、圖２）。因此，我們在學習這一章內容時要認清知識結構，掌握解題方法。

對于物理知識的大單元教學，以教學目標為導向，通過提取大概念設計核心問題，再將核心問題以任務驅動的方式進行深度剖析、概括抽象、拓展延伸，以實現學生對物理概念和規律的進階式學習。大單元教學在思維上更強調科學本質的理解，在此基礎上，總結出具有整合作用并能廣泛遷移的概念與規律。

３．１" " 提出問題

對于拋體運動，我們要先定義什么是拋體運動。拋體運動是以一定的初速度拋出后，物體僅在重力作用下所做的運動。因此，拋體運動在水平方向上做勻速直線運動，在豎直方向上做勻變速直線運動。那么，拋體運動的運動規律是怎樣的呢？這就需要我們通過模型建構進行進階式探討。

３．２" " 模型建構

首先，我們構建這樣一個模型，在地面上斜拋一個物體，速度為ｖ０，速度與水平方向的夾角為θ，根據斜拋運動的特征，水平方向是勻速直線運動，豎直方向是初速度向上的勻減速直線運動。因此有

由此可得，從斜面上斜拋物體，落到斜面時速度與水平方向夾角與斜面傾角和拋出時速度傾角有關。即當物體在同一斜面上以相同的速度方向斜拋時，落到斜面時速度方向相同。如果在同一斜面上平拋物體，物體落到斜面上時，速度方向相同，且滿足tanφ=2k，即速度夾角的正切值是斜面夾角正切值的２倍。

３．５" " 實踐應用

學科大單元教學強調教學的融通性，強調教學內容的普適性，適合情境演繹結合實踐應用，因此，需要從根本上抓住教學的主線，更加強調自上而下的思維結構以及發散型的教學模式，從更高的維度上進行知識點的概括與融合。

因此，在教學過程中，大單元教學能充分利用學生的原有知識與經驗，尊重學生的主體意識。學生在問題解決過程中邏輯結構更加清晰，抓住問題關鍵后，能夠舉一反三，溫故知新，通過推導拓展可以得出更深層次的結論。

例１ 在游戲“憤怒的小鳥”中，通過調節發射小鳥的力度和角度去轟擊肥豬的堡壘，現將其簡化為圖３的模型，小鳥從離地高度為ｈ處被彈射出去，初速度大小為v０，方向與水平方向成θ角斜向上，處于地面上的肥豬的堡壘到拋出點的水平距離為Ｌ，不考慮其他作用，取地面為零勢面，將小鳥和堡壘均視為質點，選出下面正確的選項。

這道題其中兩個選項為：Ａ．當ｖ０一定時，θ角越大，小鳥在空中運動時間越短；Ｂ．當θ 角一定時，ｖ０越小，其水平射程越長。

通過對拋體運動的大單元化研究，我們已經得出了ｖ０與θ角的函數關系，利用Sａｇｅｍａｔｈ軟件畫出t-θ圖像，如圖４所示。

根據t-θ圖像可以得出：當ｖ０一定時，隨著θ角增大，小鳥在空中運動時間有可能增大、可能減小、可能先增大后減小等多種情況。

拓展延伸：如圖５所示，當θ角一定時，v0增大，小鳥在空中運動時間一定增大。

利用Sａｇｅｍａｔｈ軟件畫出ｘ－ｖ０圖像，如圖６所示。

根據ｘ－ｖ０圖像可以迅速得出：當θ角一定時，ｖ０越小，其水平射程越小。

拓展延伸：如圖７所示，根據ｘ－θ圖像可以得出：當ｖ０一定時，隨著θ角增大，其水平射程可能增大、可能減小、可能先增大后減小。當θgt;π/2時，即向左上方拋出物體，則物體落在拋出點左方。

例２" 圖8甲為滑雪大跳臺的滑道示意圖，在助滑道與跳臺之間用一段彎曲滑道銜接，助滑道與著落坡均可以視為傾斜直道。運動員由起點滑下，從跳臺上同一位置沿同一方向飛出后，在空中完成系列動作，最后落至著落坡。運動員離開跳臺至落到著落坡階段的軌跡如圖８乙所示，不計空氣阻力，運動員可視為質點。關于運動員在空中的運動，選出正確的選項。

這道題的其中一個選項是“落到著落坡時的速度方向與飛出時速度的大小無關”，從上面的推導可得，當運動員從水平跳臺上飛出時，有

落到著落坡時的速度方向的正切值與斜面傾角的正切值ｋ、拋出時速度的大小和方向、斜面截距ｂ都有關系，因此這個選項是錯誤的。

只有在b=0時，即運動員從同一斜面沿同一方向飛出時，速度與水平方向夾角的正切值為：dy/dx=2k-tanθ，此時落到著落坡時的速度方向與飛出時速度的大小無關。

在實際的教學過程中，由于物理課程的知識點數量多而繁復，學生對知識點的認識往往較為片面，學科大單元教學通過系統化的教學過程以及對拋體運動的全面深度研究使得學生從整體上掌握知識“大”概念，抓住主要因素，對問題有統籌性的論證與分析，物理知識更加具備結構化特征。因此，學生能夠從已有知識推廣到新的知識，對產生的實際問題，因其對新科學持開放性的態度，所以可以快速而有效地解決。因此，大概念、大單元教學不僅可以用于課內的知識學習，也可以運用于超出所研究事件和現象的范圍。

４" " 結" 語

學科大單元教學著眼于大視野、大構架，視野從單個知識點放大到了大概念，時時關注所學知識與其他知識的聯系，體現了物理思維對整個學習過程的主導與引領作用，符合實際教學中知識體系的構建。在教學過程中對物理知識的認知是螺旋式的漸進過程，通過層層深入最終形成整個知識構架，體現了“大學習”的觀念。

實際上，體系細化的物理知識系統的知識構架仍然是物理大概念與大單元在主導與引領，下位概念與上位的大概念相互映射、互為補充。學科大單元教學更能夠把握物理知識的本質特征，通過由上而下、由內到外的逐級推演、不斷深化，最終形成了物理學科的總體建構與認知層級，也更加符合學生的思維梯度與創新發展，能夠促進學生學科素養的有效提升。

參考文獻：

［１］張玉峰．以大概念、大思路、大情境和大問題統領物理單元教學設計［Ｊ］．中學物理，２０２０，38（5）：２－7．

［２］鄧靖武．大概念統攝下物理單元知識結構構建及教學探討［Ｊ］．課程·教材·教法，２０２１，41（１）：１１８－１２４．

［３］王志芳．大概念統領下高中概念物理課程大單元教學設計探索［Ｊ］．中學物理，２０２２，40（５）：６－９．

［４］溫·哈倫.以大概念理念進行科學教育［Ｍ］．韋鈺，譯．北京：科學普及出版社，２０１６．

（欄目編輯" " 趙保鋼）

收稿日期：2023-05-29

基金項目：全國教育科學“十四五”規劃教育部重點課題“‘五育融合’視閾下普通高中綜合育人模式的創新研究”（DHA210381）。

作者簡介：肖敏（1981-），女，中學正高級教師，主要從事高中物理教學工作與研究。