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以“曲线运动”为例巧用学习迁移优化物理大单元教学

2023-11-08 68 上传者：管理员

摘要：新课程标准背景下，学习迁移在高中物理大单元教学中能够有效提升学生的学习准备率和认知能力，发展学生的核心素养。文章分析了学习迁移应用于高中物理大单元教学的必要性，以“曲线运动”为例，提出三项有效策略，将物理知识与技能迁移到生活实践中，理论与实践相结合，积极促进学生认知建构与思维发展，形成科学物理观念，提升学生问题分析与解决的能力，提高教学整体质量与效果。

关键词：
大单元教学
学习迁移
学科大概念
科学探究思维
高中物理
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《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》指出要重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化。随着新课程理念与教学的不断融合，高中物理教学要求向着多元化与综合性方向发展[1]。而物理大单元教学，依据课程目标聚焦于物理学科素养，促进知识结构化，着重培养学生自主学习能力与科学探究思维，是深化课程与教学发展的关键教学方式。

对于物理大单元教学来说，如何将繁多且碎片化的物理知识融合成有机整体，加强内在联系，引导学生深入思考与探索，注重理论与实践的平衡发展至关重要。引入学习迁移，既能打破传统学习模式，又能在已学物理知识与新知识间搭建双向桥梁，强化正迁移的作用并减少负迁移的影响，易于学生发现物理学规律与建构物理知识框架，将知识转化为实际能力，培养学生知识关联与方法拓展能力，也利于高中物理教学效率与教学质量达成实质性提升。以人教版教材必修二“曲线运动”为例，在教学中可以采用以下策略。

一、顺应迁移，整体分析明规律

物理大单元教学实质是从一个完整的单元主题出发，整合具有相关性且可形成完整知识系统的教学内容作为基本教学单位，其中单元教学主题根据课程目标设置，紧扣教学情境与教学内容，是贯穿整个大单元教学的主线。

（一）统筹设计，建构整体认知

教师可以通过顺应迁移，从微观视角过渡到中观层面进行统筹设计，针对原有的相关物理概念与规律重新进行教学资源建构，准确找出与确定顺应学生已有的物理知识结构与学生认知规律而展开的主题。进行“曲线运动”教学，要先从大单元角度出发进行主题建构（见图1）。

将第五章抛体运动视为大单元进行整体分析，通过曲线运动与各章节之间的关系，针对原有的表象、知识经验与知识组块进行重新建构以顺应学生认知结构发展，发现可以围绕“准确描述物体做曲线运动方法”这一单元教学主题贯穿抛体运动整章进行教学建构。

（二）问题引导，发现一般规律

抛体运动整章主要介绍曲线运动、运动的合成与分解、探究平抛运动的特点和抛体运动的规律，教师可以根据这一单元主题进行展开教学，以环环相扣的问题链提高学生的理解和表达能力。

图1单元教学主题建构

首先，教师向学生提出问题：“准确描述物体做曲线运动方法有哪些？”引导学生通过教材分析和小组讨论得出答案。一般方法为在平面直角坐标系中用位移与速度进行描述；特殊方法是化繁为简，将复杂曲线运动分解为简单曲线运动，并分别讨论合运动与分运动的轨迹、位移与速度。其次，教师再次提问：“能否在特殊方法基础上进行归纳，生成合适的方法以探究平抛运动的特点与抛体运动的规律？”通过特殊方法总结及实验探究，分别分析平抛运动在竖直和水平方向上的运动特点，探究平抛运动轨迹中速度、位移等特征。最后，带领学生运用牛顿第二定律分析平抛运动在水平、竖直方向上的受力情况，进行理论解释，从特殊走向一般，找出抛体运动规律。

通过这一主题，学生不仅能够在“曲线运动”学习中感知物理现象、形成概念与掌握规律、解决物理实际问题，还能打破单一课时教学的界限，使得曲线运动与抛体运动其他部分知识点紧密联系，加深学生对整章知识与章节内部知识的认知印象，利于物理核心素养的形成。

二、重组迁移，目标衔接提效率

物理大单元教学应以学生为中心，相较于纯粹围绕具体课时知识点设计的课时教学目标，教师除关注学生知识与技能之外，还需特别注重学生价值观与必备品格的养成。

（一）分析教材，合理设置目标

教师需以发展学生核心素养为导向，运用重组迁移从制定单元教学目标入手，融入课程目标与课时教学目标，根据学生认知情况和课程标准要求合理划分单元。这样既能关注课程目标，培养与发展学生的物理核心素养，尤其是物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任，又能关注到课时教学目标，结合具体知识内容进行设计，促进课程与教学目标间的有效衔接[2]。

如进行曲线运动教学时，教师可以将第五章抛体运动的课程目标与课时目标交叉融合进行重组迁移，生成单元教学目标，由此不仅能够定位曲线运动的课时目标，还能清晰明白曲线运动在抛体运动整章中的地位与作用。抛体运动整章实际是运动学与力学知识进一步的延伸与拓展，而曲线运动是其研究的基础所在。通过曲线运动的教学，学生能够认识到曲线运动的纽带作用，研究不同运动要注意各自特点，学会在不同情境下将知识进行迁移与运用，为第六章万有引力相关知识的教学做铺垫。

（二）了解学情，有效分解目标

以“曲线运动”的教学为例，教师可制定如下具体的单元教学目标。

1.认识曲线运动，能学会用极限方法探究曲线运动的速度方向。将已学直线运动与曲线运动进行衔接，联系生活观察具体现象，了解曲线运动速度是矢量，沿切线方向，发展学生科学探究思维与运用已学知识处理问题的能力。

2.掌握曲线运动条件，能进行平面运动实例分析。从力的角度应用牛顿第二定律来研究运动方向与合外力方向，并能用蜡块运动构建合运动与分运动的概念，建立平面直角坐标系来探究蜡块运动轨迹。

3.融入具体情境，学会化繁为简的特殊方法，体会将复杂运动进行合成与分解的等效过程。

4.培养学生运动与相互作用的观念，体会平抛运动合成与分解构建的过程，结合实际学习生活，使学生从抽象走向具体，养成科学探究习惯，有利于提高学生逻辑思维能力。

5.能从物体受力分析出发对平抛运动采用合成与分解的方法进行研究，能用已学方法归纳出研究步骤，探究平抛运动轨迹中速度、位移的特征，用理论阐述其总特点，使学生能从物理学角度体会数形结合思想，利于物理核心素养的形成。

6.能够从特殊走向一般，从研究平抛运动回到一般抛体运动情境中，归纳出抛体运动规律。加深学生对新知识的理解与应用，使学生自主从定性分析研究至定量计算，提升学生物理思维与自主学习能力，促进学生物理核心素养的形成与发展。

三、纵向迁移，问题驱动促发展

物理大单元教学的开展需在单元教学主题、目标与内容的基础上，以问题或任务驱动进行有机整合，可利用纵向迁移将大问题或大任务自上而下迁移为若干个子问题或子任务，以促进学生各项能力的发展。物理大单元教学最终目标是发展学生核心素养，培养学生解决真实情境中复杂问题的能力，可将大问题或大任务结合学生生活实践中的具体情境赋予其实际内涵，使之能够承载单元核心内容与观点，构成具有系统性与结构化的知识网络。

如进行“曲线运动”教学，教师可以以第五章抛体运动为大单元，创设具体情境，将赋予层次化的大问题与子问题贯穿于曲线运动、运动的合成与分解、探究平抛运动的特点、抛体运动的规律教学中。由于学生间的个体差异、思维方式不同，产生的子问题之间的逻辑关系也不同。在曲线教学中，教师可将零散知识点有机整合，贯穿于大问题中，对学生进行适当引导，融入课时内容中，既能促进学生思维与自主能力发展，又能帮助学生将学习内容与实际生活联系更加紧密，能让学生真正从生活中思考，在生活中解决实际复杂问题，易于学生掌握物理方法，形成物理思维与核心素养。

（一）创设问题情境，促进思维发展

创设学生常见的篮球比赛这一真实情境，激发学生兴趣。以“如何将篮球投进篮筐”为大问题，将涉及到的单元核心物理量与研究方法整合在大问题中，引导学生从较高层次的大问题向较低层次的子问题进行迁移。学生在分析与讨论大问题时生成一系列子问题：篮球运动的速度方向会不会影响篮球投进篮筐的轨迹？能不能通过改变投篮位置与篮筐的位移增加投中率？如何研究篮球运动的轨迹特点？如何研究篮球受到的力？能不能将篮球速度进行分解或将受到的力进行分解？

首先，教师选取“曲线运动”教学所需的真实情境问题进行设计：在必修一的学习中，学生对运动有了一定的认识，那么通过哪些物理量能够描述物体的运动呢？有速度、加速度、位移与力等，这是之前研究直线运动时涉及到的物理量。如果不是直线运动，需要研究哪些物理量？其次，引导学生通过观察投影中投篮的动态图进行探究（见图2），若不计空气阻力，如何能将篮球投中篮筐，要先研究哪些物理量？篮球在做什么运动？篮球的运动轨迹有何特征？得出篮球沿着接触点切线方向运动，其轨迹是曲线，抛物线是其特例。进而追问：做直线运动的物体，速度方向与运动轨迹是一致的，那曲线运动呢？引导学生从接触点的切线方向进行描述，接触点切线方向即速度方向，且速度方向发生变化，可知曲线运动是变速运动。最后，引导学生结合教材对于切线的理解，观察割线轨迹的动态图（见图3），在曲线上过A、B做直线，也称割线，将B逐渐向C靠近直至无限趋近于A，此时割线为其切线方向，引导学生总结，若将A、B看作质点的运动，可得质点在某一点的速度方向为沿曲线在这一点的切线方向，这也是曲线运动轨迹的显著特点。

图2篮球运动轨迹

图3割线轨迹

（二）结合问题情境，鼓励自主探究

引导学生进一步围绕“如何将篮球投进篮筐”这个大问题向较低层次的子问题进行迁移。由于学生个体差异与思维方式不同，产生的子问题间逻辑关系存在差异，此时教师可以有效利用实验器材，鼓励学生自主进行实验探究。曲线运动轨迹特点已经有了初步了解，那篮球运动的速度方向是否影响了篮球投中篮筐的轨迹？类似做篮球轨迹的曲线运动的条件有哪些？篮球做曲线运动，可将篮球看作质点进行理解，篮球在某一点的速度方向即为篮球运动轨迹在这点的切线方向，若想探究一般曲线运动的条件，则要进行实验，在实验中探究，在探究中领会。

教师可引导学生观察动态图，思考并从实验中探究小钢球分别做什么运动，做这类运动需要什么条件，进而对学生实验结论进行总结。观察直线运动轨迹（见图4），将小钢球沿装置斜面滚下，速度方向与物体受力方向在一条直线上，小钢球做直线运动；观察曲线运动轨迹（见图5），在装置斜面侧面放置圆形磁铁，仍将小钢球沿斜面滚下，小钢球受到磁铁侧向力的吸引，合外力方向与速度方向不在一条直线上，偏离原来方向，做曲线运动。得出一般物体做曲线运动的条件有三点：一是物体所受合外力不为零；二是物体速度不为零；三是物体合外力与速度不共线。

图4直线运动轨迹

图5曲线运动轨迹

（三）回归问题情境，培养核心素养

在围绕“如何将篮球投进篮筐”大问题中产生的一系列子问题中，经过不断探究，学生对于篮球运动速度特点与产生轨迹的条件有了充分的认知。若想将篮球投进篮筐，还需对加速度、位移与力之间的关系进行深入研究。回归子问题，教师要进一步带领学生探究：能否通过改变投篮位置与篮筐的位置投中篮筐？能否研究篮球受到的力？能否将篮球速度进行分解或者受到的力进行分解？使学生真正能从实际出发进行问题处理，培养学生逻辑思维能力、分析与解决实际问题的能力，利于学生正确物理学习方法的掌握与核心素养的形成，为接下来利用物理等效思想分析运动的合成与分解进行铺垫。

不同于传统教学的“刻板不知变通”，高中物理大单元教学以学生为中心，以核心素养为导向确定单元教学主题、制定单元教学目标，以问题或任务驱动进行实际教学，由学生亲身参与、思考与解决大问题和子问题或大任务和子任务，将其融入课时内容中进行系统规划。而学习迁移理论主要通过切入新旧物理知识或相似物理知识的关联处，将分散的物理知识点逐渐搭建直至形成完整的物理知识体系。将学习迁移理论融入高中物理大单元教学，不但能巩固学生已学知识，加深学生对新知识的理解与应用，也能提升学生物理思维与自主学习能力，促进学生物理核心素养的形成与发展[3]。

参考文献:

[1]雷运平.高中物理思维迁移能力培养的教学策略探讨[D].长春:东北师范大学,2010.

[2]陈思颖基于初中物理学科核心素养的大单元教学设计与实践研究:以九年级“电流和电路”大单元教学设计实践为例[D].上海:华东师范大学, 2022.

[3]安东,王福星核心素养下初中学业水平考试物理命题变化的三种趋势[J]中学物理教学参考, 2020.49(7).

基金资助:黑龙江省教育课题“高中物理大单元教学策略研究”(Kt2022032921181611118);黑龙江省教改项目“专业认证背景下培养学生创新能力和实践能力的基础力学课程教学改革研究”(SJGY20200692);佳木斯大学校级教改课题“专业认证背景下物理师范生实践能力培养的教学改革研究”(2021JY-40);

文章来源:曹雅萍,韩海生,裴魏魏等.巧用学习迁移优化物理大单元教学——以“曲线运动”为例[J].黑龙江教育(教育与教学),2023(11):40-43.