如何在高三復(fù)習(xí)課中落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)？教學(xué)評一致性的視角

摘 要：物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)是一個螺旋式上升過程，物理觀念是物理核心素養(yǎng)的重要方面。本文聚焦運用教學(xué)評一致性技術(shù)落實物理教學(xué)中核心素養(yǎng)。以運動學(xué)規(guī)律應(yīng)用為例，從教學(xué)評三者一致性視角來詮釋高三物理復(fù)習(xí)教學(xué)中物理觀念的培養(yǎng)，由兩個基本公式綜合復(fù)習(xí)高中所有運動形式，來拓展學(xué)生的科學(xué)思維，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng);教學(xué)評一致性;復(fù)習(xí)課

當(dāng)前，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)成為深化新課改、落實立德樹人的基本路徑。為了更好地在各個學(xué)科中實現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，我國新一輪的高中課程改革富有創(chuàng)見性地提煉了學(xué)科核心素養(yǎng)，打通了學(xué)科知識與核心素養(yǎng)之間的聯(lián)系?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》（2017）最大特點在于界定了高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要有四個維度，包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，這四大物理核心素養(yǎng)是與學(xué)生物理學(xué)習(xí)最為密切，最為核心的。同時，課程標(biāo)準(zhǔn)也明確說明，學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展并不是一蹴而就的，需要從經(jīng)歷從高一到高三時的螺旋式上升式過程。相較于小學(xué)和初中，高中學(xué)生面臨的升學(xué)壓力強度是前所未有的。因此，有不少人認(rèn)為當(dāng)學(xué)生進(jìn)入高三階段，更是普遍掙扎于“題?！?，學(xué)生不斷重復(fù)地操練知識，沒有什么物理核心素養(yǎng)習(xí)得可言。然而，這樣的觀點其實是值得商榷的。事實上，核心素養(yǎng)除了在新授課中培養(yǎng)之外，在復(fù)習(xí)課中，教師如果能借助一定的教學(xué)技術(shù)，同樣能對發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)有著關(guān)鍵作用。

一、 教學(xué)評一致性下的物理復(fù)習(xí)課設(shè)計

按照現(xiàn)行高中物理課程安排，學(xué)生在高二階段基本完成了高中物理的必修和選修課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，高三就進(jìn)入全面復(fù)習(xí)階段。如果能對物理復(fù)習(xí)課設(shè)計科學(xué)，同樣對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)起著重要的作用，那怎樣落實物理教學(xué)中物理核心素養(yǎng)？本研究認(rèn)為教學(xué)評一致性是實現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。美國教育心理學(xué)家科恩（Cohen）最先將“一致性”（Alignment）概念引入到課堂教學(xué)中，即所預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果、教學(xué)過程和教學(xué)評價三者之間的吻合程度，并提出“教學(xué)一致性”（Instructional Alignment）。此后，韋伯（Webb）等人基于前人的研究，提出了“一致性”理論。我國學(xué)者在基于韋伯一致性理論的基礎(chǔ)上，提出“教學(xué)評一致性”，在課堂教學(xué)中教師的教學(xué)、學(xué)生的學(xué)習(xí)以及對學(xué)生學(xué)習(xí)的評價三個要素之間與教學(xué)目標(biāo)的配合程度。在“一致性”理論中，教學(xué)目標(biāo)既是課堂教學(xué)的出發(fā)點，又是課堂教學(xué)的落腳點，因此，教-學(xué)-評是在目標(biāo)基礎(chǔ)上開展的專業(yè)實踐，三者共同指向?qū)W習(xí)目標(biāo)。然而對于教學(xué)評一致性，過往的探討大都基于新課，鮮有以復(fù)習(xí)課作為課堂情境來探討?；诖?，本文試圖分析基于教學(xué)評一致性來開展物理復(fù)習(xí)課，從而來發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)。

高三的每節(jié)復(fù)習(xí)課同樣有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，基于特定的教學(xué)目標(biāo)，教師開展具體的復(fù)習(xí)教學(xué)，在教學(xué)開展的過程之中和結(jié)束之后運用相應(yīng)的評價任務(wù)來對學(xué)生的掌握情況進(jìn)行評價。學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)計圍繞物理核心素養(yǎng)來進(jìn)行，體現(xiàn)其核心所在，也就是學(xué)生在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時，所應(yīng)具備的最核心素養(yǎng)，以此作為最終目標(biāo)指導(dǎo)教學(xué)和評價任務(wù)的設(shè)定。教學(xué)過程的設(shè)計注重對知識的提煉，幫助學(xué)生形成物理思維，發(fā)展物理觀念。此外，對評價任務(wù)的選擇需要著重考慮任務(wù)的代表性，任務(wù)需要結(jié)合真實情境，能夠體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。通過上述復(fù)習(xí)課的設(shè)計，最終來實現(xiàn)所評即所教，所教即所學(xué)。

二、 復(fù)習(xí)課設(shè)計的案例探索——以運動學(xué)規(guī)律為例

此部分主要以高中運動學(xué)規(guī)律應(yīng)用為例，詮釋高三物理教學(xué)中核心素養(yǎng)培養(yǎng)是如何進(jìn)一步強化螺旋式上升，特別是物理觀念和科學(xué)思維，分別為將物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華以及從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式。而該物理核心素養(yǎng)在運動學(xué)規(guī)律中體現(xiàn)得尤為明顯。

（一） 學(xué)習(xí)目標(biāo)

在設(shè)計運動學(xué)規(guī)律復(fù)習(xí)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)時，我們以培養(yǎng)學(xué)生物理觀念和科學(xué)思維為中心，將學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)定為學(xué)生學(xué)會運用已學(xué)的運動學(xué)公式和規(guī)律來進(jìn)一步實現(xiàn)相關(guān)物理運動規(guī)律的推導(dǎo)，進(jìn)而來解釋和解決生活中常見的物理現(xiàn)象和問題。學(xué)生能夠結(jié)合運動學(xué)規(guī)律具體內(nèi)容，運用兩個基本公式和三個導(dǎo)出公式，解釋所有運動的概念和規(guī)律，包括曲線運動中的拋體運動、圓周運動，機(jī)械振動中的簡諧運動等運動形式，進(jìn)而提高對運動形式的總體認(rèn)識。

（二） 以評價任務(wù)帶動教學(xué)實踐

通過呈現(xiàn)評價任務(wù)，讓學(xué)生運用所學(xué)知識來解決評價任務(wù)，以來明確學(xué)生“到哪了”，以實現(xiàn)教學(xué)評相一致。為此，結(jié)合運動學(xué)規(guī)律，以三個評價任務(wù)為例，來體現(xiàn)教學(xué)評三者在課堂中的具體體現(xiàn)。

1. 速度公式的推導(dǎo)及應(yīng)用

評價任務(wù)1：一根3m長的輕質(zhì)細(xì)軟繩兩端各系一石塊，某同學(xué)拿著上端的石塊蹲在中山橋上并使石塊與橋面相平，另一端自然下垂于橋面下，放手后石塊自由下落，測得兩石塊落水時相隔0.2s，問：橋面離水面多高？（g=10m/s2）。該任務(wù)以蘭州中山橋作為任務(wù)真實背景，引導(dǎo)學(xué)生來解決相應(yīng)的問題，學(xué)生要順利完成這一任務(wù)，首先需要設(shè)橋面距水面高h(yuǎn)，下面石塊下落時間為t，則上面石塊運動時間為0.2+t，它對應(yīng)水面高度：h=1/2g（0.2+t）2。對下面石塊分析，應(yīng)用基本公式：h-3=1/2g（t）2進(jìn)行計算。在整個任務(wù)解決過程，學(xué)生通過對物理情境分析，運用物理思維，將相關(guān)物理要素進(jìn)行抽象化，進(jìn)而學(xué)會應(yīng)用基本公式進(jìn)行解答。

在評價任務(wù)1的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步強調(diào)速度公式v=v0+at是物理運動規(guī)律的基礎(chǔ)公式之一，它是解決高中物理問題的入門公式。為了幫助學(xué)生認(rèn)識該公式運用的廣泛性，我們通過討論在加速度a不同情況下，讓學(xué)生深度理解公式所代表的不同運動含義。當(dāng)a=0時，v=v0速度大小方向都不變，勻速直線運動;當(dāng)a恒定時，勻變速運動，當(dāng)a與v在一直線上時，勻變速直線運動，a與v同向時勻加速直線運動，反向時勻減速直線運動;當(dāng)a恒定時，但a與v不在一直線上時，勻變速曲線運動，如拋體運動，帶電粒子在勻強磁場中運動。如圖1所示，平拋物體運動，僅在重力作用下加速度大小不變，方向始終豎直向下，與速度不在一直線上，勻變速曲線運動;水平方向不受力，水平方向vx不變，vy均勻增加。t時的末速度v=vx+gt，說明“+”矢量合。

前面主要從a恒定的角度出發(fā)，學(xué)生理解難度不大。為了拓寬學(xué)生的物理思維，我們進(jìn)一步探討了a變化時的情況，也就是變加速運動。首先，當(dāng)a只有大小變化，但方向與速度方向共線，則是變加速直線運動。加速度是時間的函數(shù)。如簡諧運動，彈簧振子，加速度是t的函數(shù)，a=-Aω2sinωt隨彈力的變化而變，如圖2所示。如果a大小不變，方向始終與速度方向垂直的變加速運動。如圖3所示，勻速圓周運動;如圖4所示，用基本公式，加速度a=v-v0t，再應(yīng)用極限，當(dāng)t趨近0時，即a=limt→0ωvtt=ωv=v2r=ω2r可推出向心加速度公式。通過探討a的不同情況，實現(xiàn)對速度公式的一一推動，并結(jié)合具體的運動形式，使得公式形象化，幫助學(xué)生更好地理解這些公式規(guī)律。

2. 位移公式的推導(dǎo)及應(yīng)用

評價任務(wù)2：已知一足夠長的粗糙斜面，傾角為θ，一滑塊以初速度v1=16m/s從底端A點滑上斜面，經(jīng)2s滑至B點后又返回A點。其運動過程的v-t圖象如圖5所示。已知上滑的加速度大小是下滑的4倍（已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g=10m/s2）。求：滑塊再次回到A點時的速度及滑塊在整個運動過程中所用的時間。該任務(wù)關(guān)注對位移公式的靈活運用。學(xué)生解決該任務(wù)的關(guān)鍵在于將圖像轉(zhuǎn)化為公式，可設(shè)滑塊從A點滑到B點過程的加速度大小為a1，從B點返回A點過程的加速度大小為a2，由題意知a1=4a2。根據(jù)a1t21=a2t22=2xAB，得t2=a1t21a2=4s，因為v12t1=v22t2，則滑塊返回A點時的速度為v2=8m/s，則滑塊在整個運動過程中所用的時間為t=t1+t2=6s。

? ? ?評價任務(wù)2考查學(xué)生對位移公式：x=v0t+12at2的基本應(yīng)用。高三學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，已經(jīng)有了微積分的知識基礎(chǔ)，知道位移對時間的一階導(dǎo)數(shù)是速度，x′=v0+at，反之速度對時間和不定積分是位置時間關(guān)系，x=∫vdt=∫（v0+at）dt=x0+v0t+12at2

這樣可以將位移時間關(guān)系拓展到位置時間關(guān)系，加深對運動形式理解，并對位置-時間圖象有所理解，圖象與x軸交點是初位置，而不是初位移。為了將這一關(guān)系進(jìn)行更好地提煉，同樣，我們在復(fù)習(xí)課中著重讓學(xué)生圍繞a的不同來區(qū)分以下幾種種運動狀態(tài)。當(dāng)a=0時，勻速直線運動位移x=v0t;當(dāng)a≠0，大小是恒定，且與速度在一直線上時，勻變速直線運動;x=v0t+12at2;當(dāng)a≠0，大小是恒定，且與速度不在一直線上時，勻變速曲線運動;如拋體運動，如圖6所示：位移公式s=v0t+12gt2，其中v0t表示水平方向的位移，12gt2表示豎直方向的位移，說明“+”矢量合。當(dāng)a≠0，大小不恒定，且與速度在一直線上時，變加速直線運動;如簡諧運動，加速度a=-Aω2sinωt對時間的二次積分即位移時間關(guān)系式：x=Asin（ωt+φ0）;當(dāng)a≠0，大小不恒定，且與速度不在一直線上時，變加速曲線運動，如圓周運動。這樣通過數(shù)形結(jié)合的形式僅復(fù)習(xí)綜合的效率高，同時培養(yǎng)了高中生科學(xué)思維，拓展了物理的觀念。

? ? ?如果是勻變速直線運動，可以由圖象推出平均速度公式，位移時間關(guān)系式，連續(xù)相等的相鄰時間間隔T內(nèi)的位移差公式，位移中點的速度公式。統(tǒng)稱為導(dǎo)出公式，這些公式高一已用多種方式推導(dǎo)過，包括：平均速度公式：v=v+v02=vt2。做勻變速直線運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間初、末時刻速度矢量和的平均值，還等于中間時刻的瞬時速度。位移速度關(guān)系式：v2-v20=2ax。連續(xù)相等的相鄰時間間隔T內(nèi)的位移差相等。即Δx=aT2。位移中點速度公式：vx2=v20+v22。

初速度為零的勻加速直線運動的四個重要推論（1）1T末，2T末，3T末，…，nT末的瞬時速度之比為v1∶v2∶v3∶…∶vn=1∶2∶3∶…∶n;（2）1T內(nèi)，2T內(nèi)，3T內(nèi)，…，nT內(nèi)的位移之比為x1∶x2∶x3∶…∶xn=12∶22∶32∶…∶n2;（3）第1個T內(nèi)，第2個T內(nèi)，第3個T內(nèi)，…，第n個T內(nèi)的位移之比為xⅠ∶xⅡ∶xⅢ∶…∶xN=1∶3∶5∶…∶（2n-1）;（4）從靜止開始通過連續(xù)相等的位移所用時間之比為t1∶t2∶t3∶…∶tn=1∶（2-1）∶（3-2）∶（2-3）∶…∶（n-n-1）。

這些導(dǎo)出公式，本是加速恒定推導(dǎo)出的，所以只適用于勻變速直線運動。事實上，能用導(dǎo)出公式求解物理量，用基本公式肯定可以求解，但有些問題往往用導(dǎo)出公式更方便，這就體現(xiàn)復(fù)習(xí)課中著重培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，強調(diào)簡約型。此外，上述公式不僅適用于單方向的勻變速直線運動，也適用于先做勻減速直線運動再反方向做勻加速直線運動的整個過程，如豎直上拋運動，因為整個過程加速度不變。使用公式時注意矢量性，“+”表示矢量合。直線運動可以用“+、-”表示方向，通常選v0方向為正方向，與v0相反方向為負(fù)方向。很多問題都是時間段相等或位移段相等，即多應(yīng)用Δx=aT2或v2-v20=2ax?？捎靡恍┖唵蔚奈⒎e分導(dǎo)數(shù)知識，從直線運動過渡到曲線運動（一維到二維變?yōu)槿S），既拓寬了中學(xué)生對物理知識科學(xué)思維，降低了中學(xué)與大學(xué)物理的臺階，同時為進(jìn)入大學(xué)儲備了知識和方法，增強了科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。對大學(xué)物理學(xué)習(xí)是很好的銜接。為此，我們設(shè)計了評價任務(wù)3以來評估學(xué)生對導(dǎo)出公式能否靈活應(yīng)用。

評價任務(wù)3：一列車由等長的車廂連接而成。車廂之間的間隙忽略不計，一人站在站臺上與第一節(jié)車廂的最前端相齊。當(dāng)列車由靜止開始做勻加速直線運動時開始計時，測量第一節(jié)車廂通過他的時間為2s，則從第5節(jié)至第16節(jié)車廂通過他的時間為多少？本任務(wù)主要考查學(xué)生對位移導(dǎo)出公式的運用，取車為參考系，把車的運動轉(zhuǎn)化為人做勻加速直線運動。據(jù)通過連續(xù)相等的位移所用時間之比為t1∶t2∶t3∶…∶tn=1∶（2-1）∶（3-2）∶…∶（n-n-1）得2Δt=116-15+15-14+…+5-4=116-4=12。所以Δt=4s。這樣應(yīng)用導(dǎo)出公式要比應(yīng)用基本公式更快捷，對解題過程大大簡化了，這也體現(xiàn)了物理觀念和科學(xué)思維培養(yǎng)的意義所在。

上述三個評價任務(wù)在指向?qū)W習(xí)目標(biāo)，與教師的教學(xué)實踐密切一致，在夯實學(xué)生的運動學(xué)規(guī)律等物理基本知識的同時，落實學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，特別是物理觀念和科學(xué)思維的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.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]趙書海，項菲菲.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的高中物理復(fù)習(xí)[J].物理教師，2018（3）.

[3]Cohen， S. A. Instructional alignment： Searching for a magic bulle[J]. Educational Researcher，1987，16（8）：16-19.

[4]Webb， N. L. Alignment of science and mathematics standards and assessments in four states. Council of chief states school officers[M]. Washington， DC： National Institute for Science Education Publication，1999：1-43.

[5]崔允漷，雷浩.教—學(xué)—評一致性三因素理論模型的建構(gòu)[J].華東師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2015（4）.

作者簡介：

吳家偉，甘肅省蘭州市，西北師范大學(xué)附屬中學(xué)。