羅明江　龍紅利

摘? ?要：新一輪課程改革背景下，全國推出多個版本的普通高中物理新教材，呈現(xiàn)“一標(biāo)多本”的普通高中物理課程實(shí)施現(xiàn)狀。依據(jù)新課標(biāo)編寫的多個版本教材，倡導(dǎo)將課堂教學(xué)由“知識本位”向“素養(yǎng)本位”轉(zhuǎn)變。以“功和功率”一節(jié)為例，通過對比多版本新教材，從素材、活動、例題、作業(yè)四個方面嘗試教材的融合，利用任務(wù)線、情境線、問題線、活動線四條教學(xué)線索將教學(xué)過程進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，探索了基于新教材落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：高中物理；新教材；核心素養(yǎng)；情境；功與功率

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）3-0023-4

2017年，對普通高中課程方案和學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)修訂的完成，標(biāo)志著新一輪課程改革進(jìn)入深度實(shí)施階段。依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”），全國推出人教版、教科版、滬科教版、魯科版、粵教版等多個版本的普通高中物理新教材，呈現(xiàn)“一標(biāo)多本”的普通高中物理課程實(shí)施現(xiàn)狀。不同版本的教材雖然“同宗同源”，但由于需服務(wù)于不同地區(qū)的教育和學(xué)生，具備了一定的地域特色，同時也展現(xiàn)了不同編者對課標(biāo)不同程度的理解。閱讀多版本教材內(nèi)容，有助于深刻理解課程標(biāo)準(zhǔn)；對比多版本教材編寫，可以博采眾長；研究多版本教材的編寫意圖，有助于最大程度地挖掘教材價值；融合多版本教材的教學(xué)設(shè)計(jì)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)由“知識本位”向“素養(yǎng)本位”轉(zhuǎn)變。

本文以“功與功率”一課為例展開研究。新課標(biāo)對本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容要求是：“理解功和功率。了解生產(chǎn)生活中常見機(jī)械的功率大小及意義?！保?］1? ? 對比教材，分解教學(xué)任務(wù)

通過對比發(fā)現(xiàn)，各版本教材結(jié)構(gòu)差異不大，內(nèi)容區(qū)別主要集中在兩方面，一是情境素材的選取，二是教學(xué)活動的設(shè)置，二者都體現(xiàn)了對學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)側(cè)重點(diǎn)的不同。

以人教版的教材結(jié)構(gòu)為主線，各版本教材在內(nèi)容呈現(xiàn)上的差異如圖1所示。

教學(xué)中要明確學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)生的過程，通過科學(xué)方法和科學(xué)思維的培養(yǎng)，形成培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效路徑。經(jīng)過對比，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)將本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容分解為五項(xiàng)教學(xué)任務(wù)，學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培育路徑如圖2所示。

2? ? 融合教材，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)

多版本教材的融合可以從四個方面著手開展，即融合素材、活動、例題、作業(yè)。

第一，融合素材。素材包含拓展性的閱讀素材、建構(gòu)知識的情境素材、科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)素材等。融合素材要精選學(xué)生身邊常見的真實(shí)素材，體現(xiàn)“物理源于生活”，幫助學(xué)生找到最近發(fā)展區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生歸納演繹、推理建構(gòu)新知。

第二，融合活動。活動主要指學(xué)生活動，即在教師引導(dǎo)下進(jìn)行的以學(xué)生為主的學(xué)習(xí)活動，包括交流討論、自主探究、展示分享等。融合活動要以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和創(chuàng)新意識為出發(fā)點(diǎn)，在活動中促進(jìn)學(xué)生思考與交流，滿足學(xué)生的獲得感，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，提升學(xué)生的思維能力。

第三，融合例題。教材例題在創(chuàng)設(shè)的情境、求解的問題和解題的過程等方面都有不同，融合例題就是要從實(shí)際的學(xué)情和教學(xué)設(shè)計(jì)出發(fā)，精心設(shè)計(jì)能強(qiáng)化教學(xué)重難點(diǎn)、補(bǔ)充教學(xué)知識點(diǎn)、滲透思維方法的題目。

第四，融合作業(yè)。課后作業(yè)作為課堂教學(xué)的結(jié)果性評價，對學(xué)生鞏固所學(xué)知識、反饋教學(xué)效果都非常重要，在“雙減”的大背景下，物理課后作業(yè)宜少不宜多，宜精不宜粗，教師設(shè)計(jì)的課后作業(yè)單還要兼顧不同層次的學(xué)生，題單要有梯度，要有一定的開放性。融合多版本教材的課后作業(yè)能夠有效滿足以上要求，還能提升教師作業(yè)的設(shè)計(jì)能力。

下面是“功和功率”一課的具體教學(xué)過程。

2.1? ? 引入：“功”的概念的建立

情境：課前閱讀“‘功的概念的由來”（來源：粵教版第83頁）［2］。

問題：“功”源于早期工業(yè)革命中比較蒸汽機(jī)的效能，1829年法國的科里奧利正式提出功的概念。功是能量轉(zhuǎn)化的量度，我們可以通過研究功來研究能量及能量的轉(zhuǎn)化。請同學(xué)們舉例說明生活中力做功的情況，力做功的因素有哪些？

活動：學(xué)生討論，交流，回答。

設(shè)計(jì)意圖：回顧初中知識，知道力和位移是功的兩個因素。了解工業(yè)革命中蒸汽機(jī)的作用，體會科技發(fā)明對社會發(fā)展的重要意義。了解功是能量轉(zhuǎn)化的量度，滲透“能量觀”。

2.2? ? 任務(wù)一：功的計(jì)算公式

情境：拖把擦地，斜拉木箱（來源：滬科教版第12頁）［3］。

問題：拉力與位移存在夾角時，如何計(jì)算拉力所做的功？請同學(xué)們嘗試1～2種方法進(jìn)行推導(dǎo)。

活動：學(xué)生一般都能夠分解力完成推導(dǎo)；教師巡視，引導(dǎo)學(xué)生再討論分解位移。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)貼近生活的情境，建構(gòu)物理模型，鞏固平行四邊形定則，學(xué)生自主推導(dǎo)出W=Fscosα，通過分解力和分解位移兩種方法的體驗(yàn)，體會cosα的作用就是將力與位移統(tǒng)一到同一方向上來。

2.3? ? 任務(wù)二：正功和負(fù)功

活動：學(xué)生討論力與位移的夾角α在α＝90°，0≤α＜90°，90°＜α≤180°三種情況下功的正負(fù)。

情境：實(shí)驗(yàn)情境，使用“氣墊式彈簧振子”裝置（來源：教科版第77頁）［4］。觀察并思考彈簧的彈力在哪些過程對滑塊做正功？

問題：彈力做正功時滑塊的速度怎么變化？做負(fù)功時滑塊的速度又怎么變化？你能從中得到什么啟示嗎？

設(shè)計(jì)意圖：通過小組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生探究彈力做功的正負(fù)與滑塊速度的增減之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，收獲成就感。

2.4? ? 任務(wù)三：總功及功的標(biāo)量性

例題：如圖3（來源：教科版第77頁）［4］。

活動：學(xué)生獨(dú)立思考解答，教師利用展臺展示部分學(xué)生的解答過程。

問題：合力對小船所做的功和兩個拉力對小船所做的功的總和之間有什么關(guān)系嗎？

學(xué)生：相等。

問題：總功是物體所受各個力分別對物體所做功的代數(shù)和，它與合力所做的功相等。力是矢量，我們求兩個拉力的合力用的是矢量運(yùn)算法則——平行四邊形定則，那么大家覺得功是矢量還是標(biāo)量呢？為什么？

學(xué)生：（若有所思—驚喜—恍然大悟）功是標(biāo)量。因?yàn)楣Φ倪\(yùn)算遵循代數(shù)運(yùn)算。

設(shè)計(jì)意圖：通過例題的創(chuàng)設(shè)，提出“總功”的概念?！肮κ菢?biāo)量”這一認(rèn)識，所有的教材上都是直接給出的，缺乏認(rèn)知的建構(gòu)過程，通過合力的計(jì)算和總功的計(jì)算，引導(dǎo)學(xué)生對比發(fā)現(xiàn)功是標(biāo)量這一屬性。

2.5? ? 任務(wù)四：平均功率和瞬時功率

情境：用不同的方式搬運(yùn)建材（來源：粵教版第85頁）［2］。

問題：搬運(yùn)同樣數(shù)量的磚到同一樓層，一圖需要2 h，二圖需要8 min，三圖需要1 min（圖略），三種方式做功相同嗎？做功的快慢相同嗎？如何定義做功的快慢？

學(xué)生：做功相同，做功的快慢不同。我們將功和時間的比值用來定義做功的快慢，即功率，表達(dá)式P=w/t。

活動：1 kg的建材自由下落，分組計(jì)算在不同時間間隔內(nèi)重力的功率，結(jié)果如表1所示。

問題：通過各組匯總的計(jì)算結(jié)果，你有什么發(fā)現(xiàn)嗎？

學(xué)生：（開始有些回答不上，然后教師引導(dǎo)，鼓勵）不同時間間隔內(nèi)重力的功率不同；當(dāng)時間間隔逼近0時，即時刻逼近2 s時，重力的功率接近200 W。

問題：（教師給予肯定）一段時間內(nèi)的功率為平均功率，某一時刻的功率為瞬時功率，那么當(dāng)力與位移同向時，平均功率與平均速度是什么關(guān)系呢？請嘗試推導(dǎo)。

學(xué)生：P=Fv

問題：（教師給予肯定）那瞬時功率可以用以上表達(dá)式嗎？如果可以，那表達(dá)式中的速度是平均速度還是瞬時速度？

學(xué)生：可以。是瞬時速度。

設(shè)計(jì)意圖：類比“瞬時速度”概念的建構(gòu)方法，通過極限思想讓學(xué)生建構(gòu)“平均功率”和“瞬時功率”的概念，在此基礎(chǔ)上再引導(dǎo)學(xué)生由功的計(jì)算式推導(dǎo)出功率與力、速度的關(guān)系式，并對關(guān)系式的條件作必要的強(qiáng)調(diào)。

2.6? ? 任務(wù)五：功率與力、速度之間的關(guān)系

情境：①一些機(jī)械的功率（來源：魯科版第9頁）［5］。

②汽車上坡時要使用低速擋（來源：人教版第77頁）［6］。

問題：機(jī)械電機(jī)銘牌上標(biāo)注的功率是什么功率？該功率對應(yīng)的是哪個力？汽車在水平路面行駛時受到哪些力的作用？

活動：學(xué)生閱讀教材，討論交流，展示結(jié)果，了解額定功率和對應(yīng)的牽引力。

問題：一列列車總質(zhì)量為465 t，其額定功率P=5 300 kW，在水平直軌道上行駛時，軌道對列車的阻力是車重的0.018。列車以額定功率工作，當(dāng)行駛速度v=10 m/s時，列車的牽引力和加速度多大？列車在水平直軌道上能達(dá)到的最大行駛速度是多大？g取10 m/s2（來源：魯科版第10頁）［5］。

活動：學(xué)生獨(dú)立解答，教師展示部分學(xué)生的解答過程。引導(dǎo)學(xué)生繪出列車的速度-時間圖像。

問題：為什么汽車上坡或者行駛在路面較差的公路時，司機(jī)要通過“換擋”來減小車速呢？如果汽車上坡時仍要保持原來的速度，司機(jī)應(yīng)該怎么做？為什么要這樣做呢？車床在切削硬的工件時要降低車床的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，也是這個原因嗎？

活動：獨(dú)立思考并回答，理清功率與力、速度之間的關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖：通過真實(shí)情境，培養(yǎng)學(xué)生利用牛頓第二定律和功率公式分析機(jī)車啟動類問題，并對這類動態(tài)問題中速度、力與加速度之間的關(guān)系有一個較清晰的認(rèn)識。

2.7? ? 課后作業(yè)

探究一：閱讀“功的圖像描述”（來源：魯科版第4頁）［5］，類比v-t圖像中位移的描述。

探究二：汽車在彎曲的公路上行駛，假設(shè)阻力大小恒為f，求當(dāng)運(yùn)動路程為s時，阻力做的功是多少？

設(shè)計(jì)意圖：極限思想和微元法在人教版教材中多次體現(xiàn)，是高中物理重要的思想方法，高一的學(xué)生對它的體會與理解是一個逐步深入的過程。結(jié)合v-t圖像對物體運(yùn)動進(jìn)行輔助分析也是高中物理解決問題的一個重要手段，需要加強(qiáng)學(xué)生的訓(xùn)練。

3? ? 聚焦素養(yǎng)，提煉教學(xué)流程

新課程理念重視學(xué)生核心素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，提倡教學(xué)方式的多樣化，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，為學(xué)生終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中體會到，指向新教材的教學(xué)設(shè)計(jì)首先應(yīng)聚焦核心素養(yǎng)，以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo)；然后將教學(xué)內(nèi)容具體化為一系列學(xué)習(xí)任務(wù)，通過“創(chuàng)設(shè)情境”“設(shè)置問題”“組織活動”等流程來達(dá)成學(xué)習(xí)任務(wù)（教學(xué)流程如圖4所示）。情境的創(chuàng)設(shè)要貼近學(xué)生生活，建立學(xué)生對知識的感性認(rèn)識；問題的設(shè)置要能引導(dǎo)學(xué)生思考，通過質(zhì)疑、推理、論證等過程完成對物理概念和規(guī)律的建構(gòu)；活動的組織要注重學(xué)生的體驗(yàn)和實(shí)踐，通過討論、交流、互動等活動最大程度地調(diào)動學(xué)生積極參與到課堂中來。

參考文獻(xiàn)：

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［4］蔡鐵權(quán)，周昌鮮.普通高中教科書物理必修第二冊［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2019：74-83.

［5］廖伯琴.普通高中教科書物理必修第二冊［M］.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2019：3-11.

［6］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.普通高中教科書物理必修第二冊［M］.北京：人民教育出版社，2019：74-78.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）

收稿日期：2022-12-07

基金項(xiàng)目：重慶市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度立項(xiàng)一般課題“‘雙減背景下普通高中物理單元教學(xué)與作業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐研究”（K22YG119573）。

作者簡介：羅明江（1980-），男，中學(xué)高級教師，主要從事中學(xué)物理教育教學(xué)工作。