高中物理單元教學(xué)目標(biāo)的分析與設(shè)計(jì)

黎東波 曹蔚奇

摘 要：高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)是推進(jìn)高中物理課程改革的重要抓手，教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。文章從核心素養(yǎng)的四個(gè)方面分析了相互作用與運(yùn)動(dòng)定律，對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求與教材內(nèi)容、學(xué)生學(xué)情進(jìn)行了整合與分析，設(shè)計(jì)了該單元的教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：高中物理;核心素養(yǎng);相互作用與運(yùn)動(dòng)定律;單元教學(xué)目標(biāo)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 收稿日期：2018-12-19 文章編號(hào)：1674-120X（2019）05-0076-02

一、引言

2017年，教育部頒布了新修訂的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)，提出了課程的核心素養(yǎng)[1]。鐘啟泉先生在關(guān)于“核心素養(yǎng)與課堂革命”的報(bào)告中指出：“單元設(shè)計(jì)是教師的基本功。沒有單元設(shè)計(jì)的功夫，哪來好的學(xué)科或課程的開發(fā)。”[2]從課程設(shè)計(jì)角度看，單元教學(xué)目標(biāo)是單元設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是課程目標(biāo)與課時(shí)目標(biāo)之間的橋梁、紐帶。在高中物理課程中，單元課程指的是與某個(gè)主題對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，在教材中常常用章或篇來呈現(xiàn)。

本文研究的高中物理單元教學(xué)目標(biāo)是指在高中物理課程實(shí)施過程中制訂的與相應(yīng)主題對(duì)應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)。近幾年學(xué)界在單元教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)方面的研究較少，2014年楊貴、楊為民研究了單元教學(xué)設(shè)計(jì)的框架建構(gòu)問題[3]，2018年張飛研究了單元目標(biāo)設(shè)計(jì)與落實(shí)物理核心素養(yǎng)的關(guān)系[4]。更多的學(xué)者研究的是核心素養(yǎng)、課程目標(biāo)等理論問題，而中學(xué)教師更關(guān)心的是課時(shí)教學(xué)的細(xì)節(jié)問題。教師不僅是課程的實(shí)施者，還是課程的研究者。如何制訂既符合課程標(biāo)準(zhǔn)要求，又符合學(xué)生實(shí)際的單元目標(biāo)是值得思考的問題。

二、相互作用與運(yùn)動(dòng)定律的核心要素分析

（一）物理觀念

依據(jù)新修訂的課程標(biāo)準(zhǔn)，此單元僅含機(jī)械運(yùn)動(dòng)與相互作用的觀念。

第一，物體間存在相互作用的觀念。學(xué)生知道自然界有四種基本相互作用，按其作用強(qiáng)度排列為強(qiáng)相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、萬(wàn)有引力;知道強(qiáng)相互作用與弱相互作用是短程力，電磁相互作用與萬(wàn)有引力是長(zhǎng)程力;知道在研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)討論的彈力、摩擦力的本質(zhì)是電磁相互作用，在物體相互接觸時(shí)可能存在;知道重力源于地球與物體間的萬(wàn)有引力，不用相互接觸。

第二，受力物體一定有外在表現(xiàn)的觀念。相互接觸可導(dǎo)致形變，可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，非接觸的重力可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。

第三，等效替代的觀念。初步建立力是矢量的觀念，多個(gè)力可以合成為一個(gè)力，替代的基礎(chǔ)是它們的作用效果相同。一個(gè)力也可以按作用效果進(jìn)行分解。

第四，靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體，受到的合力為零或不受力的作用。慣性是物質(zhì)的固有屬性。受力不為零的物體，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變快慢不僅與所受力有關(guān)，還與其慣性質(zhì)量有關(guān)。相互作用是同性質(zhì)的作用，是作用與反作用的關(guān)系。

（二）科學(xué)思維

此單元包括力的圖示、平行四邊形定則、重心、彈性形變、光滑面、慣性參考系、超重與失重的模型建構(gòu)，有力的分解、牛頓第一、第二定律及其應(yīng)用等內(nèi)容的科學(xué)推理，有牛頓第三定律的科學(xué)論證，有對(duì)力學(xué)基本單位定義的質(zhì)疑等。

（三）科學(xué)探究

實(shí)驗(yàn)探究主要體現(xiàn)在探究滑動(dòng)摩擦力、力的合成與分解、加速度與力及質(zhì)量的關(guān)系的活動(dòng)過程中。在牛頓運(yùn)動(dòng)定律的建立過程中還含有理論探究的要素。

（四）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

主要涉及在探究過程中對(duì)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣的鞏固與提高，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力。教師可以利用伽利略、笛卡爾、牛頓等歷史人物對(duì)慣性定律研究的素材，利用當(dāng)代我國(guó)航天（與超重失重現(xiàn)象相聯(lián)系）事業(yè)的發(fā)展實(shí)例，使學(xué)生初步形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。

三、對(duì)四個(gè)要素與兩個(gè)結(jié)合的分析

（一）將課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求與對(duì)教材的內(nèi)容分析相結(jié)合

課程標(biāo)準(zhǔn)在該主題中的內(nèi)容要求共有4條。教材以人教版高中必修1為例[5]。

教材第三章內(nèi)容有5節(jié)，教材第四章內(nèi)容有7節(jié)（詳見文獻(xiàn)5）。它們所體現(xiàn)的核心素養(yǎng)有相互作用觀念、模型建構(gòu)、科學(xué)思維、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

（二）將課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)業(yè)要求與對(duì)學(xué)生的學(xué)情分析相結(jié)合

在課程標(biāo)準(zhǔn)的必修1中提出了該模塊的學(xué)業(yè)要求，從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面做了具體描述。以下從這四方面分析學(xué)情。

1.物理觀念

通過對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型的學(xué)習(xí)，學(xué)生建立了質(zhì)點(diǎn)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的觀念，對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化及變化率的觀念有一定認(rèn)識(shí)。但他們并不清楚導(dǎo)致其變化的原因。雖然學(xué)生在初中對(duì)力學(xué)中常見的幾種相互作用形成了一定的認(rèn)識(shí)，但認(rèn)識(shí)不深刻、不全面，對(duì)重心、彈性力的方向理解存在一定認(rèn)知困難，且對(duì)靜摩擦現(xiàn)象缺乏認(rèn)知基礎(chǔ)，容易將其等同于最大摩擦力或滑動(dòng)摩擦力。同時(shí)學(xué)生對(duì)力是矢量的觀念不牢靠，沒有真正理解等效替代，矢量運(yùn)算能力弱;力的分解隨意性較強(qiáng)，不注意區(qū)分施力物體與受力物體;對(duì)合力與分力的概念不清楚，容易混淆相似概念;對(duì)慣性的理解較膚淺，往往認(rèn)為其僅在從運(yùn)動(dòng)到靜止或從靜止到運(yùn)動(dòng)的過程之中存在;易混淆相互作用與平衡力，在運(yùn)用物理觀念解釋或解決問題時(shí)有一定的盲目性。

2.科學(xué)思維

含有重力（力的圖示、重心）、彈力（彈性形變、輕彈簧）、摩擦力（光滑平面）、力的合成（平行四邊形定則）、牛頓第一定律（慣性參考系）等物理模型。有力的三要素與示意圖為基礎(chǔ)，通過標(biāo)度單位，學(xué)生容易理解力的圖示，但應(yīng)作規(guī)范訓(xùn)練要求。初步的等效替代的思想基礎(chǔ)，為重心的確立指明了方向，不規(guī)則的物體重心通過懸掛法利用二力平衡確定。微小形變與彈力之間的關(guān)系不易理解，缺少感性材料的支持。對(duì)靜摩擦現(xiàn)象的理解過于片面，認(rèn)為僅在靜止時(shí)存在?；瑒?dòng)摩擦力與哪些因素有關(guān)聯(lián)需要進(jìn)行探究，利用科學(xué)推理，消除不良的前概念影響。以等效替代的思想為基礎(chǔ)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來建構(gòu)力的合成的模型。

在對(duì)靜摩擦力的大小與方向進(jìn)行判斷時(shí)，需要經(jīng)歷假設(shè)、分析與綜合的推理過程，對(duì)學(xué)生而言存在一定的思維困難。牛頓第一、第二定律的建立也需要經(jīng)歷推理與概括，對(duì)于其應(yīng)用更需要經(jīng)歷從一般到特殊的推理。這些問題對(duì)高一的學(xué)生來說是未經(jīng)歷過的，他們易形成對(duì)物理的畏懼情緒。

3.科學(xué)探究

在探究滑動(dòng)摩擦力與哪些因素有關(guān)時(shí)，不少學(xué)生會(huì)提出與接觸面積有關(guān)的問題，而要讓學(xué)生在思想上真正理解與面積無關(guān)，不能僅僅靠實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該揭示壓力與有效接觸面積的關(guān)系。在探究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢時(shí)，雖然有實(shí)驗(yàn)來提供證據(jù)，但學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差會(huì)心存不滿。分組探究、交流分享的效果往往不盡如人意。

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

高中生不滿足于對(duì)新奇現(xiàn)象的觀察，他們想探究其背后的原因，這使得物理教學(xué)具備了提高他們學(xué)習(xí)內(nèi)在動(dòng)力的條件。但是如果未能滿足這樣的因果興趣，反而會(huì)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的阻力。學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)中，嚴(yán)肅認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，對(duì)出現(xiàn)的問題有科學(xué)正確的解釋，才能形成科學(xué)的態(tài)度，逐步形成社會(huì)責(zé)任，而教師的引領(lǐng)與示范非常重要。

四、相互作用與運(yùn)動(dòng)定律單元教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)中的核心素養(yǎng)、內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求與學(xué)生、教材等多方面的分析，設(shè)計(jì)如下單元教學(xué)目標(biāo)。

第一，以引發(fā)認(rèn)知沖突為主要策略，重新構(gòu)建重力、彈力和摩擦力的概念;讓學(xué)生知道力是物體間的相互作用，是矢量;知道彈力與摩擦力的本質(zhì)是電磁相互作用，存在于相互接觸的物體之間;知道可以用形變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化來判別物體是否受力的作用;理解胡克定律和滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算公式;能用共點(diǎn)力的平衡條件解釋生產(chǎn)生活中的問題。

第二，以力的圖示為基礎(chǔ)，利用實(shí)驗(yàn)與等效替代的思想方法，建構(gòu)起力的合成與分解的平行四邊形定則。體會(huì)理想實(shí)驗(yàn)在建構(gòu)牛頓第一定律中所起的作用，知道牛頓第二定律的建立不僅需要實(shí)驗(yàn)，還需要科學(xué)推理才能完成。知道以證據(jù)說明牛頓第三定律的觀點(diǎn)。以對(duì)質(zhì)量定義的變化為例，體會(huì)物理單位與國(guó)際單位制的意義。能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題。

第三，通過對(duì)滑動(dòng)摩擦力的實(shí)驗(yàn)探究，理解摩擦力與壓力、摩擦因素之間的關(guān)系。通過探究物體加速度與物體受力、物體質(zhì)量之間的關(guān)系，進(jìn)一步體會(huì)證據(jù)、交流在科學(xué)研究中的意義。

第四，以建立因果關(guān)聯(lián)為手段，進(jìn)一步提高對(duì)未知現(xiàn)象的探索欲望，增強(qiáng)學(xué)習(xí)物理的內(nèi)在動(dòng)力。以教師的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任為示范，初步形成實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。以超重與失重為載體，體會(huì)物理與技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的關(guān)系，初步形成社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

五、結(jié)語(yǔ)

新一輪的課程改革與高考改革正在進(jìn)行中，每個(gè)教師都應(yīng)思考如何提高教育教學(xué)質(zhì)量的。在教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮地方、學(xué)校、教師等因素，因?yàn)榫唧w情況千差萬(wàn)別，只有在教學(xué)實(shí)踐中通過具體分析才能保證可行性。單元目標(biāo)制訂后再組織內(nèi)容，設(shè)計(jì)單元教學(xué)及評(píng)價(jià)方案，并通過教學(xué)實(shí)踐，不斷修改完善，為課程目標(biāo)乃至高中總目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

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）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]鐘啟泉.《核心素養(yǎng)與課堂革命》報(bào)告要旨[J].現(xiàn)代教育論叢，2017（3）：2-3.

[3]楊 貴，楊為民，李燕瓊.高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)框架的構(gòu)建及其實(shí)施探討[J].物理教學(xué)探討，2014（1）：70-72.

[4]張 飛.指向物理核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)分析與設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018（19）：1-5.

[5]人民教育出版社，課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理1（必修）教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2010.