指向“科學(xué)思維”培養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計(jì)

賀?！№n田華

摘? ?要：發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是新課程改革的重要目標(biāo)之一?？茖W(xué)思維應(yīng)在科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中引導(dǎo)、激發(fā)和孕育出來(lái)。“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”是分析、處理復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的重要方法，是把一個(gè)整體的事件分解為幾個(gè)要素進(jìn)行研究，以及把問(wèn)題的幾個(gè)要素合成一個(gè)整體進(jìn)行綜合認(rèn)識(shí)的思維過(guò)程，是拆解問(wèn)題、化繁為簡(jiǎn)的思想底蘊(yùn)，是“分解和綜合”的科學(xué)思維。在高三二輪復(fù)習(xí)課中，關(guān)于該科學(xué)思維的典型模型不應(yīng)相互獨(dú)立，而應(yīng)以大單元教學(xué)理念為基礎(chǔ)將其串聯(lián)起來(lái)，以整體性、綜合性、連貫性思考，對(duì)幾個(gè)模型進(jìn)行有邏輯性、結(jié)構(gòu)化的整合，層層遞進(jìn)，相互補(bǔ)充，在與學(xué)生共同探究的過(guò)程中加深對(duì)“分解與綜合”科學(xué)思維的理解和掌握。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；大單元教學(xué)；分解和綜合；運(yùn)動(dòng)的合成與分解

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2024）6-0010-5

新課改提出落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的重要舉措是發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)是中學(xué)物理學(xué)科教育價(jià)值的凝練，主要由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任構(gòu)成，引領(lǐng)著基礎(chǔ)教育階段物理課程的發(fā)展方向。

“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)構(gòu)建物理模型的抽象概括過(guò)程，是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用?！翱茖W(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素［１］。

大單元教學(xué)是以發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為追求，運(yùn)用綜合性和一體化思維對(duì)單元內(nèi)容有邏輯地進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)任務(wù)情境，讓學(xué)生在習(xí)得知識(shí)和技能的同時(shí)發(fā)展概念性理解，并借助概念的遷移和深度思考培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題能力的一種課程組織和實(shí)施方式［２］。

１? ? 確定教學(xué)目標(biāo)

“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”是把一個(gè)整體的事件分解為幾個(gè)要素進(jìn)行研究（總—分），以及把問(wèn)題的幾個(gè)要素合成一個(gè)整體進(jìn)行綜合認(rèn)識(shí)（分—總）的思維過(guò)程，是“分解和綜合”的科學(xué)思維，是拆解問(wèn)題、化繁為簡(jiǎn)的思想底蘊(yùn)。高三二輪復(fù)習(xí)是在第一輪復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，對(duì)高考知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固和強(qiáng)化，側(cè)重于“鞏固基礎(chǔ)、完善體系、綜合應(yīng)用、提高能力、形成思想”，是學(xué)生能力和學(xué)習(xí)成績(jī)大幅度提高的黃金階段，特別需要重視知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的建構(gòu)，這與大單元教學(xué)的理念相互契合。

目標(biāo)一：能自主歸納、整理高中階段關(guān)于“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”的知識(shí)點(diǎn)和題型，并將其形成有邏輯性、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的有機(jī)整體。

目標(biāo)二：能在不同的情境中靈活地選擇運(yùn)動(dòng)的合成或運(yùn)動(dòng)的分解；能根據(jù)不同的情境靈活地選擇分解的方向；能根據(jù)不同的情境靈活地選擇分解的運(yùn)動(dòng)形式。

目標(biāo)三：凝練和發(fā)展“分解與綜合”的科學(xué)思維，并能將其運(yùn)用于解決實(shí)際問(wèn)題。

在二輪復(fù)習(xí)中，小船渡河、關(guān)聯(lián)速度、（類）平拋運(yùn)動(dòng)和（類）斜拋運(yùn)動(dòng)等典型模型，不應(yīng)是相互獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，而應(yīng)以大單元教學(xué)理念為基礎(chǔ)將其串聯(lián)起來(lái)，以整體性、系統(tǒng)性、連貫性的思考，對(duì)幾個(gè)模型有邏輯、結(jié)構(gòu)化地進(jìn)行整合，層層遞進(jìn)，相互補(bǔ)充，在與學(xué)生共同探究的過(guò)程中，鞏固和加深對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成與分解的理解，凝練“分解與綜合”的科學(xué)思維。

２? ? 整合、設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

高中物理涉及運(yùn)動(dòng)的合成與分解的主要模型和知識(shí)有小船渡河（最短時(shí)間、最小位移）、關(guān)聯(lián)速度（繩關(guān)聯(lián)、桿關(guān)聯(lián)、接觸關(guān)聯(lián)）、平拋運(yùn)動(dòng)（光滑斜面、恒定電場(chǎng)類平拋、斜面上平拋的最遠(yuǎn)距離問(wèn)題）、斜拋運(yùn)動(dòng)（光滑斜面、電場(chǎng)中類斜拋）、其他模型（可分成勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型），具體歸納整理如圖１所示。

３? ? 具體實(shí)施步驟

３．１? ? 課時(shí)安排

課時(shí)安排如表1所示。

３．２? ? 第１課時(shí)教學(xué)實(shí)施部分環(huán)節(jié)

教師：為什么一個(gè)運(yùn)動(dòng)可以看成兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)系？

意義：引導(dǎo)學(xué)生深入體會(huì)等效替代的思想，體會(huì)“分解與綜合”的本質(zhì)是等效替代，等效替代法是科學(xué)研究中重要的思維方法，等效替代法的核心思想是將復(fù)雜的物理問(wèn)題等效為簡(jiǎn)單的模型。通過(guò)將物體、系統(tǒng)或過(guò)程簡(jiǎn)化為等效模型，可以避免對(duì)細(xì)節(jié)的過(guò)多關(guān)注，從而更加專注于問(wèn)題的本質(zhì)。等效替代法可以應(yīng)用于各種物理問(wèn)題和研究領(lǐng)域，具有普遍的適用性。

教師：讓學(xué)生自主整理、歸納高中物理中涉及運(yùn)動(dòng)的合成與分解的典型模型和知識(shí)，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)之間的聯(lián)系作整體研究，按照邏輯結(jié)構(gòu)將其整合起來(lái)，也就是以“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”的線，將“小船渡河、關(guān)聯(lián)速度、平拋運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)和其他模型等”以“以線串珠”的方式連接起來(lái)，形成整體，構(gòu)建系統(tǒng)，為后面凝練“分解與綜合”的科學(xué)思維打下基礎(chǔ)。

意義：整理知識(shí)的過(guò)程，可以讓學(xué)生加深印象，提升對(duì)知識(shí)把握的信心；同時(shí)，從局部來(lái)看，可以通過(guò)仔細(xì)分析知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系和區(qū)別找到各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)，提升知識(shí)運(yùn)用的速度和準(zhǔn)確度；從整體來(lái)看，可以找出每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)在整體中的作用，比如小船渡河模型主要讓學(xué)生體會(huì)運(yùn)動(dòng)合成的魅力，關(guān)聯(lián)速度主要考查運(yùn)動(dòng)的分解能力，平拋運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)主要培養(yǎng)學(xué)生能夠在不同的情境中，根據(jù)已知條件和問(wèn)題選擇合適的分解方向，從而簡(jiǎn)化問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，反復(fù)體會(huì)“分解到綜合，綜合到分解”的過(guò)程，最后將“分解—綜合”上升為一種科學(xué)的研究問(wèn)題的思維方法。

3.2.1? ? 小船渡河——運(yùn)動(dòng)的合成

例１ 如圖２所示，某次解救溺水人員的行動(dòng)中，消防員駕駛小船救人，假設(shè)江岸是平直的，江水的流速ｖ＝３ ｍ/ｓ，小船在靜水中的航速ｖ＝５ ｍ/ｓ，消防員救人的地點(diǎn)Ａ離岸邊最近點(diǎn)Ｏ的距離為１００ ｍ。

（１）若小船想通過(guò)最短的時(shí)間將人送上岸，求最短時(shí)間和上岸點(diǎn)與Ｏ點(diǎn)的距離；

（２）若消防員想通過(guò)最短的航程將人送上岸，求小船的船頭朝向和上岸時(shí)間；

（３）如果ｖ＝５ ｍ/ｓ、ｖ＝３ ｍ/ｓ，那么第（２）問(wèn)中的答案又是怎么樣？

意義：小船渡河是運(yùn)動(dòng)的合成與分解的典型模型，小船的實(shí)際運(yùn)動(dòng)由船在靜水中自身的運(yùn)動(dòng)和船被水流推動(dòng)的運(yùn)動(dòng)合成得到，因此主要使用運(yùn)動(dòng)的合成來(lái)處理。

3.2.2? ? 關(guān)聯(lián)速度——運(yùn)動(dòng)的分解

兩物體通過(guò)繩子、桿或者直接接觸聯(lián)系在一起，兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)是有聯(lián)系的；以繩子為例，繩子的長(zhǎng)度不變，一端沿繩伸長(zhǎng)多少，另一端就會(huì)沿繩子縮短多少，也就是兩端沿繩子方向分運(yùn)動(dòng)一樣，分速度相同；因此，可以將兩端物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解，一個(gè)為沿繩子方向的運(yùn)動(dòng)，一個(gè)為垂直于繩子方向的運(yùn)動(dòng)。桿同繩子一樣，長(zhǎng)度不能變化，因此也是兩端沿桿方向分運(yùn)動(dòng)相同。最后，關(guān)于直接接觸的兩個(gè)物體，因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中總在一起，沒(méi)有分離，也就是在接觸面垂直方向的運(yùn)動(dòng)是一致的，所以可以將兩個(gè)物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)沿接觸面垂直方向和平行方向進(jìn)行分解。對(duì)這三種模型的分析和理解，可以讓學(xué)生體會(huì)到朝不同方向分解的作用和意義，加深對(duì)運(yùn)動(dòng)合成與分解的理解。

（1）繩關(guān)聯(lián)

例２ 如圖３所示，Ａ、Ｂ兩球分別套在兩光滑無(wú)限長(zhǎng)的水平直桿上，兩球通過(guò)一輕繩繞過(guò)一定滑輪（軸心固定不動(dòng)）相連，某時(shí)刻連接兩球的輕繩與水平方向的夾角分別為α、β，Ａ球向左的速度為ｖ。下列說(shuō)法正確的是（）

Ｃ．當(dāng)β增大到等于９０°時(shí)，Ｂ球的速度達(dá)到最大

Ｄ．在β增大到９０°的過(guò)程中，繩對(duì)Ｂ球的拉力一直做正功

（2）桿關(guān)聯(lián)

例３? 如圖４所示，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械裝置可以將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。連桿ＡＢ、ＯＢ可繞圖中Ａ、Ｂ、Ｏ三處的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿ＯＢ長(zhǎng)為Ｒ，連桿ＡＢ長(zhǎng)為Ｌ（L>R），當(dāng)ＯＢ桿以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊在水平橫桿上左右滑動(dòng)，連桿ＡＢ與水平方向夾角為α，ＡＢ桿與ＯＢ桿的夾角為β。在滑塊向左滑動(dòng)過(guò)程中（）

Ａ．滑塊從右向左先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，后做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)

Ｂ．當(dāng)ＯＢ桿與ＯＡ垂直時(shí)，滑塊的速度大小為ωR

Ｃ．當(dāng)ＯＢ桿與ＯＡ垂直時(shí)，滑塊的速度大小為

Ｄ．當(dāng)β=90°時(shí)，滑塊的速度大小為

（3）接觸關(guān)聯(lián)

例４ 如圖５所示，長(zhǎng)為Ｌ的輕桿ＯＡ的Ｏ端用鉸鏈固定，輕桿靠在半徑為Ｒ的半圓柱體上，接觸點(diǎn)為Ｂ，某時(shí)刻桿與水平方向的夾角為θ，半圓柱體向右運(yùn)動(dòng)的速度為ｖ，此時(shí)Ａ點(diǎn)的速度大小為（）

意義：通過(guò)三種模型的不同特點(diǎn)，理解沿特定方向分解的本質(zhì)原因，也就是解決了“為什么要這樣分解”的問(wèn)題；知其然亦知其所以然，才能做到舉一反三，以不變應(yīng)萬(wàn)變，從而能處理新的問(wèn)題。

３．３? ? 第２課時(shí)教學(xué)實(shí)施部分環(huán)節(jié)

3.3.1? ? 平拋運(yùn)動(dòng)

例１? 近年來(lái)，國(guó)家大力開展冰雪運(yùn)動(dòng)進(jìn)校園活動(dòng)，目前已有多所冰雪特色學(xué)校，蹬冰、踏雪深受學(xué)生喜愛。如圖６所示，現(xiàn)有兩名滑雪運(yùn)動(dòng)員（均視為質(zhì)點(diǎn)）從跳臺(tái)ａ處先后沿水平方向向左飛出，其速度大小之比為ｖ１∶ｖ２＝２∶１，不計(jì)空氣阻力，則兩名運(yùn)動(dòng)員從飛出至落到斜坡（可視為斜面）上的過(guò)程中，求：

（１）他們飛行的時(shí)間之比；

（２）他們飛行的水平位移之比；

（３）他們?cè)诳罩须x坡面的最大距離之比。

意義：該題目中要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)不同的問(wèn)題情境，恰當(dāng)?shù)剡x擇分解的方向，簡(jiǎn)化問(wèn)題；第（１）（２）問(wèn)中“飛行時(shí)間”和“水平位移”分別指豎直方向和水平方向，此時(shí)應(yīng)將平拋運(yùn)動(dòng)分解為水平和豎直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。第（３）問(wèn)中“離坡面的最大距離”指垂直斜面的距離和方向，因此要調(diào)整為沿斜面和垂直斜面兩個(gè)方向。

3.3.2? ? 光滑斜面上類平拋

例２? 如圖７所示的光滑斜面ＡＢＣＤ是邊長(zhǎng)為ｌ的正方形，傾角為３０°，一物塊（視為質(zhì)點(diǎn)）沿斜面左上方頂點(diǎn)Ａ以平行于ＡＢ邊的初速度v0水平射入，到達(dá)底邊ＣＤ中點(diǎn)Ｅ，則（）

意義：類平拋和下面的類斜拋都是可以用“等效替代”的思想作簡(jiǎn)化處理，在這里可以再一次加強(qiáng)和延展。

3.3.3? ? 電場(chǎng)中類平拋

例３? 如圖８所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一個(gè)與電場(chǎng)平行的長(zhǎng)方形區(qū)域ＡＢＣＤ，已知ＡＣ＝２ＡＢ＝４ ｃｍ，Ａ、Ｂ、Ｃ三點(diǎn)的電勢(shì)分別為１２ Ｖ、８ Ｖ、４ Ｖ。某帶電粒子從Ａ點(diǎn)以初速度ｖ０＝２ ｍ/ｓ，與ＡＤ成３０°夾角射入電場(chǎng)，粒子在ＡＢＣＤ所在平面運(yùn)動(dòng)，恰好經(jīng)過(guò)Ｃ點(diǎn)，不計(jì)粒子的重力，求：

（１）電場(chǎng)強(qiáng)度大小為多少？

（２）粒子經(jīng)過(guò)Ｃ點(diǎn)的速度為多大？

3.3.4? ? 斜拋運(yùn)動(dòng)

例４? Ｕ型池單板滑雪比賽極具觀賞性，是最受歡迎的比賽項(xiàng)目之一，其滑道由兩個(gè)四分之一圓柱面軌道和一個(gè)處于水平平面的平直軌道平滑連接而成，簡(jiǎn)圖如圖９甲所示，其中圓柱面半徑相同，軌道傾角為１７．２°。比賽中，選手從軌道邊緣上的Ｍ點(diǎn)以ｖＭ＝１０ ｍ/ｓ的速度沿軌道的豎直切面ＡＢＣＤ滑出軌道，ｖＭ方向與軌道邊線ＡＤ的夾角為α＝７２．８°，躍起后沿Ｎ點(diǎn)進(jìn)入軌道。圖９乙為躍起過(guò)程的左視圖。視選手為質(zhì)點(diǎn)，且不計(jì)空氣阻力，取重力加速度為ｇ＝１０ ｍ/ｓ２，ｓｉｎ７２．８°＝０．９６，ｃｏｓ７２．８°＝０．３０。求：

（１）選手躍起過(guò)程中離開ＡＤ的最大距離ｄ；

４? ? 結(jié)? ?論

（1）教學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，教學(xué)評(píng)價(jià)要以核心素養(yǎng)為基本理念，要以教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)為基本落腳點(diǎn)；教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)體現(xiàn)從對(duì)“教”的評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向?qū)Α皩W(xué)”的關(guān)注，從注重考查知識(shí)記憶和理解轉(zhuǎn)向注重對(duì)思維、探究和問(wèn)題解決能力的評(píng)價(jià)，即教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)立足學(xué)生核心素養(yǎng)的具體表現(xiàn)。基于大單元理念設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)與合成的二輪復(fù)習(xí)課，本節(jié)課的重要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生“分解與綜合”的科學(xué)思維素養(yǎng)。因此，從評(píng)價(jià)方式來(lái)看，既要重視知識(shí)的掌握，也要重視素養(yǎng)的形成；既要有總結(jié)性評(píng)價(jià)，也要重視形成性評(píng)價(jià)。

（2）形成性評(píng)價(jià)是指教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況、目標(biāo)完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并基于學(xué)情及時(shí)進(jìn)行教學(xué)調(diào)整。例如，在本教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中，教師可以充分利用課堂中的提問(wèn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，課前進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)，聯(lián)結(jié)舊知；課中進(jìn)行設(shè)置情境提問(wèn)，激發(fā)思考，深入探究，了解學(xué)情，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和策略。過(guò)程性評(píng)價(jià)需要重視教學(xué)過(guò)程中的生成性知識(shí)，及時(shí)把握學(xué)生互動(dòng)中的疑問(wèn)、反思、問(wèn)題、總結(jié)。

（3）總結(jié)性評(píng)價(jià)是指在教學(xué)結(jié)束后通過(guò)測(cè)試、提問(wèn)、解決實(shí)際問(wèn)題等形式對(duì)核心素養(yǎng)的達(dá)成情況進(jìn)行檢驗(yàn)，總結(jié)性評(píng)價(jià)重視知識(shí)的遷移和運(yùn)用，側(cè)重于知識(shí)的靈活性和本源性。總結(jié)性評(píng)價(jià)也可以通過(guò)提問(wèn)進(jìn)行，例如，課堂臨近結(jié)束時(shí)的總結(jié)性提問(wèn)，或者課后作業(yè)的檢驗(yàn)，或者課后與學(xué)生交流。

參考文獻(xiàn)：

［１］中華人民共和國(guó)教育部．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１７年版）［S］．北京：人民教育出版社，２０１８．

［２］王新梅．高中物理大單元課堂教學(xué)的探索與反思［Ｊ］．考試周刊，２０２３（44）：131-134.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）

收稿日期：2024-02-10

作者簡(jiǎn)介：賀福（1988-），男，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向?yàn)橹袑W(xué)物理教育。

*通信作者：韓田華（1987-），女，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向?yàn)橹袑W(xué)物理教育。