從被組織到自組織：“拋體運動的規律”教學設計研究

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A[文章編號] 1674-6058（2025）26-0040-04

長期以來，關于“拋體運動的規律”的教學設計研究，多聚焦于知識邏輯的線性傳遞，而對教學過程中師生角色的動態演化關注不足。王策三提出的“教師主導一學生主體\"教學理論1強調，教師需通過目標設定、內容組織與過程調控發揮教學主導功能，學生則需在主動探究與意義建構中體現主體價值。這一理論為剖析師生角色關系提供了重要框架，但在實踐層面，如何通過階段性設計實現師生二者協同，仍缺乏系統性探索。

本研究以“拋體運動的規律”為切入點，基于自組織轉變理論[2]與學生的認知發展規律，構建“被組織一臨界協同一自組織\"三階段教學設計模型。

通過解構不同階段師生互動的差異化特征（如被組織階段教師引導式講授、臨界協同階段師生雙向對話、自組織階段學生自主探究），系統闡釋了物理規律教學中學生認知躍遷的實現路徑。該設計不僅為深化“教師主導一學生主體\"理論的應用提供了實踐范例，還對發展學生科學思維與科學探究能力具有啟示意義。

一、“拋體運動的規律”教學的設計思路

本研究以人教版高中物理必修第二冊“拋體運動的規律”為實踐載體，將自組織轉化理論融入教學設計，系統分析不同教學階段師生主客體關系的動態演變機制（如圖1）。

協同理論視角下，物理教學本質是師生、教材與環境的交互系統，核心目標是促使學生認知從外 源性輸入（被組織）向內源性建構（自組織）轉變。 傳統教學范式雖強調\"博學一審問一慎思一明辨—篤行”的認知鏈條，但實踐中常陷入單向知識傳遞的局限：教師主導的“博學”階段側重知識結構化呈現；以學生為主體的“慎思”“篤行\"階段則需自主探究實現意義生成[3]

針對拋體運動規律的認知復雜性，本研究構建“被組織一臨界協同一自組織”三階段教學設計模型：被組織階段，教師通過實驗演示與理論推導（如平拋運動的分運動獨立性驗證），引導學生構建運動分解的認知圖式；臨界協同階段，依托問題鏈（如“如何從平拋遷移至斜拋研究？”驅動師生對話，推動知識從接受式學習向批判性重構轉變；自組織階段，學生應用科學方法（如模型類比法）自主探究拋體運動的規律，完成知識的意義建構。此設計突破傳統課堂“教師中心\"模式，教師角色從“知識權威”轉變為“腳手架搭建者”，學生從被動受體轉變為主動建構者，彰顯了自組織轉變理論對物理教學范式的革新價值。

二、“拋體運動的規律”的教學設計

（一）創設實驗情境：認知沖突的引發

物理規律教學初始需喚醒學生已有認知，引發認知沖突，激發探究動機[4]。本研究以“被組織階段”的教師主導性為核心，設計雙實驗對比任務：

實驗1（教材基礎實驗）：學生在常規實驗室完成人教版教材要求的平拋運動實驗，觀察 A，B 兩球（平拋與自由落體）的同步著地（如圖2甲），以及 P 、Q 兩球（平拋與水平勻速）的相撞現象（如圖2乙），初步感知分運動的獨立性。

教師通過問題鏈引發學生的認知沖突：“實驗1中 A，B 兩球同時著地，時間為何相同？”“球 P 與球Q 碰撞，水平位移為何相等？\"這些問題直指曲線運動分解本質，刺激學生原有認知，促使其反思分運動與合運動的等效性[5]，為后續理論建模奠定經驗基礎。

圖2平拋運動實驗

實驗2（暗室頻閃實驗）：學生借助頻閃照相技術與運動傳感器，定量記錄平拋運動軌跡的時空特征（如圖3和圖4），通過數據可視化直觀驗證水平勻速運動與豎直勻加速運動的疊加規律，深化對平拋運動本質的理解。

圖3 暗室頻閃平拋運動軌跡圖

（二）科學方法介入：平拋運動規律的分析與驗證

在臨界協同階段，教師需引導學生從現象描述轉向科學建模，具體分三個層次：

一是豎直方向的運動分析。對比A球（平拋）與 B 球（自由落體）的運動等時性，推導豎直位移公式 ，明確豎直分運動為勻加速直線運動。

二是水平方向的運動分析。借助 P 球（平拋）與 Q 球（水平勻速）的碰撞實驗，驗證水平位移公式x=v₀t ，建立勻速直線分運動的認知圖式。

三是合成與分解的數學表達。學生依據實驗數據繪制位移與速度矢量分解圖（如圖5至圖8），理解運動疊加原理的幾何意義，利用三角函數構建合運動方程。

圖5位移和速度在坐標軸平面上的分量圖

此階段強調師生協同論證：教師以“為何分運動獨立存在？\"“如何通過實驗數據反推初速度？\"等問題，推動學生思維從經驗歸納向邏輯演繹躍遷。

（三）本質規律探討：從平拋運動到一般拋體運動的認知遷移

在“臨界協同\"階段向“自組織\"階段過渡的關鍵期，教師應設計高階問題鏈，以實現學生認知遷移

問題1：平拋運動“分解 $$ 建模 $$ 合成”的研究范式能否用于斜拋運動？

問題2：初速度方向任意時，如何選擇分解坐標系及有何物理意義？

經小組辯論與模擬推演，學生發現斜拋運動是水平勻速直線運動與豎直勻變速直線運動的疊加，其速度、位移、最大高度等參數取決于分運動的相互作用。此過程深化了學生對運動獨立性的理解，鍛煉了其科學類比與模型遷移能力。

（四）自組織探究：一般拋體運動規律的自主建構

進入“自組織”階段，教師成為資源提供者與思維監控者，學生獨立完成三項任務。

其一，理論推導。類比平拋運動，建立斜拋運動的參數方程 （20并推導射程公式R=2 sin 20。

其二，批判性拓展。探討空氣阻力、地球自轉等真實因素對拋體運動軌跡的影響，比較理想模型與現實的差異（如彈道曲線修正）。

其三，創新應用。設計優化方案解決實際問題（如\"如何調整投擲角度使鉛球成績最大化”），撰寫報告并答辯。

此階段以開放性問題與跨學科整合（如結合運動學與微分方程），促使學生突破思維定式，在“無序一有序”的認知動態變化中實現知識的意義創生。

（五）知識遷移與應用：拋體運動的現象解釋與規律應用

物理規律教學關鍵在于通過真實情境中的復雜問題，實現知識的有效遷移與應用。為此，本研究以跳臺滑雪運動為情境設計跨學科問題，以檢驗學生對拋體運動規律的本質理解與高階應用能力。

問題設計：某運動員參加了跳臺滑雪運動，他從跳臺 A 處沿水平方向飛出，在斜面 B 處著地，如圖9所示。測得 AB 間的距離為 L=40m ，斜面與水平方向的夾角為 30^° ，不計空氣阻力， g 取 10m/s² ，求：

圖7斜上拋運動位移和速度在坐標軸平面上的分量圖

圖9

（1）運動員在空中飛行的時間；（2）運動員在A處飛出時的速度大小；（3）運動員在空中離坡面的最遠距離和所用的時間。

該問題通過三項設計突破傳統習題局限：一是真實情境復雜，斜面落點非對稱性挑戰學生坐標系選擇的靈活性；二是滲透科學方法論，比較“水平—豎直”分解與斜面分解的優劣，深化對參考系相對性的理解；三是觸發高階思維，問題（3）的極值求解隱含微分思想，為后續微積分教學埋下認知伏筆。學生解題需綜合運用運動分解、方程聯立與臨界分析等科學方法，實質是對自組織階段知識建構能力的終極檢驗。教師可通過錯因分析（如混淆絕對位移與相對位移）診斷教學盲點，優化三階段教學模型的設計邏輯。

三、教學啟示

（一）強化教師在被組織階段的引導作用

在教學的被組織階段，教師主導作用不可或缺，它猶如精準導航助力學生思維發展。教師應巧妙創設情境，以實驗引發學生認知沖突與思考。如在“拋體運動的規律”教學中，設計教材基礎實驗和暗室頻閃實驗，引導學生觀察平拋運動與自由落體運動、水平勻速直線運動的關系，引發學生對分運動獨立性的思考，激發其好奇心與探究欲。講解平拋運動規律時，教師要引導學生先分別從水平方向和豎直方向進行分析，再通過合成與分解建立數學模型，幫助其理解本質，提升思維能力。同時，教師要引導學生運用實驗、分析、綜合等方法分析問題，學會觀察現象、分析數據、建立模型，為后續學習研究奠定基礎。

（二）推動師生在臨界協同階段深度互動

臨界協同階段是教學過程中的關鍵環節，師生間的深度互動能有效促進學生思維的躍遷。在此階段，教師應充分發揮引導作用，設計高階問題鏈，激發學生的元認知反思。例如，提出“平拋運動的研究范式是否適用于斜拋運動？”“當初速度方向任意時，應如何選擇分解坐標系？”等問題，引導學生展開深入思考和討論，從而提升其創新能力與探究能力。營造民主、開放的課堂氛圍同樣至關重要。教師應鼓勵學生積極參與討論，尊重每個學生的觀點，培養其獨立思考能力與團隊合作精神。此外，教師還應引導學生從現象出發，逐步構建物理模型，深入探討物理本質。通過分析平拋運動和斜拋運動的實驗數據，建立運動分解與合成的模型，使學生理解運動疊加原理，實現從感性認知到理性認知的跨越，從而全面提升學科素養。

（三）凸顯學生在自組織階段的主體地位

在自組織階段，教師應充分體現學生的主體地位。“拋體運動的規律”教學中，學生需在教師引導下，獨立完成一般拋體運動規律的推導與總結，實現知識的自我建構與創生。此過程中，教師應轉變角色，成為資源提供者和學習環境的設計者，為學生留出充分的探究空間。學生應發揮主觀能動性，獨立思考、質疑創新。在探究斜拋運動的規律時，學生通過查閱資料、小組討論提出假設，再通過實驗驗證想法，培養創新與實踐能力。此外，學生還應將知識應用于解決實際問題，提高問題解決能力。

“拋體運動的規律\"教學設計作為一個成功范例表明，強化教師引導作用、促進師生有效互動、真正凸顯學生主體地位，有助于提升物理教學的整體質量，實現學生物理學科核心素養的發展。

[參考文獻]

[1］王策三.論教師的主導作用和學生的主體地位[J].北京師范大學學報，1983（6）：70-76.

[2]邢紅軍，林崇德.論教學過程的自組織轉變理論[J].課程·教材·教法，2006（11）：27-33.

[3]邢紅軍，張抗抗，胡揚洋，等.物理概念與規律的教學要求：反思與重構[J].課程·教材·教法，2018，38（2）：91-96.

[4]韋葉平.核心素養視域下深度學習課堂的重構：以“超重和失重”為例[J].物理教師，2023，44（6）：11-14.

[5]陳苗.高中物理運動合成與分解的教學研究[D].成都：四川師范大學，2016.

（責任編輯 黃春香）