關(guān)于“運(yùn)動的描述”的教學(xué)邏輯優(yōu)化建議

摘? ? 要：比較新、舊教材中“運(yùn)動的描述”的變化，從落實(shí)物理核心素養(yǎng)視角審視這些變化所體現(xiàn)的教學(xué)邏輯，可以發(fā)現(xiàn)，新教材仍然可以在術(shù)語表述、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)一步優(yōu)化.另外，從教學(xué)實(shí)際來看，“運(yùn)動的描述”這一章的教學(xué)還可以在引發(fā)深度學(xué)習(xí)、促進(jìn)意義建構(gòu)和鋪設(shè)次級進(jìn)階等方面進(jìn)行教學(xué)邏輯優(yōu)化.

關(guān)鍵詞：教材比較;教學(xué)邏輯;“運(yùn)動的描述”

一、新、舊教材的變化比較

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，教學(xué)內(nèi)容在教材中出現(xiàn)的順序與方式，每項(xiàng)內(nèi)容所用的篇幅等，都應(yīng)體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想和教學(xué)理念，內(nèi)容編排皆應(yīng)有利于教和學(xué)[1]70.2019年出版的人教版普通高中教科書《物理（必修第一冊）》（以下簡稱“新教材”）的編排體現(xiàn)了這一思想，其與2003年出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理（必修1）》（以下簡稱“舊教材”）相比，在內(nèi)容上有較大的調(diào)整.以下筆者就新、舊教材的第一章“運(yùn)動的描述”進(jìn)行比較.

在“運(yùn)動的描述”這一章，新、舊教材的內(nèi)容編排和課時建議詳見表1.

章小結(jié)示例（？） 注：舊教材的課時建議依據(jù)《浙江省普通高中學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見：物理》[2]一書，其中的“復(fù)習(xí)評估”是該書中課時建議所設(shè)，非教材內(nèi)容;新教材的課時建議依據(jù)《人教版〈第一章 運(yùn)動的描述〉編寫說明》[3]一文，該文對“章小結(jié)示例”沒有給出課時建議. ]

“運(yùn)動的描述”一章，新、舊教材在教學(xué)內(nèi)容上基本保持不變，略有微調(diào)，變化主要是在內(nèi)容分布的調(diào)整上.新教材對舊教材第4節(jié)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行擴(kuò)容，并將內(nèi)容分散于第2節(jié)和第3節(jié)中，這樣，舊教材的5節(jié)變?yōu)樾陆滩牡?節(jié).新教材第2節(jié)比舊教材第2節(jié)增加了測量位移和時間的實(shí)驗(yàn)，集結(jié)了舊教材第1節(jié)的內(nèi)容“位置與坐標(biāo)系”和舊教材第二章第3節(jié)的“位移時間圖像”，刪掉了對矢量相加法則的初步認(rèn)識.新教材的第3節(jié)相比舊教材的第3節(jié)，增加了速度的測量實(shí)驗(yàn).此外，表述術(shù)語也有變化.例如，第3節(jié)的標(biāo)題由“運(yùn)動快慢的描述”調(diào)整為“位置變化快慢的描述”，在“位移時間圖像”模塊中指出了“位置時間圖像”等.另有欄目上的變化，本文不做贅述.

物理教師應(yīng)根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念、課程目標(biāo)和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，結(jié)合教學(xué)的實(shí)際情況，創(chuàng)造性地開展教學(xué)工作，將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿于物理教學(xué)活動的全過程[1]50.筆者認(rèn)為，新教材的教學(xué)內(nèi)容編排順序和術(shù)語雖然做了調(diào)整，但所體現(xiàn)的教學(xué)邏輯，仍然可以進(jìn)一步優(yōu)化.

二、對新教材教學(xué)邏輯的優(yōu)化建議

（一）優(yōu)化表述術(shù)語

1.厘清“位置的變化”和“位置的變化量”

位移是表示“位置的變化”的物理量，這是一個邏輯含混的說法.機(jī)械運(yùn)動是物體的空間位置隨時間的變化，運(yùn)動的核心特征是“位置的變化”，而“位置的變化”包括：位置的變化量，位置的變化率，位置的變化規(guī)律.揭示位置的變化規(guī)律主要有三種方式：位置與時間的關(guān)系式，位置時間圖像，軌跡方程.可見，“位置的變化”是一個上位概念，“位置的變化量”是下位概念，而教材用上位概念代替下位概念，是不妥的.建議將“位移是表示‘位置的變化的物理量”優(yōu)化為“位移是表示‘位置的變化量的物理量”.

教材上說“某人從北京去重慶，可以選擇不同的交通方式，所經(jīng)過的線路不同，位置的變化是相同的”，這一結(jié)論缺乏充分的說服力，多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)位移概念之前是不認(rèn)同“位置的變化”是相同的.因?yàn)槔又腥说奈恢玫淖兓^程有許多不同之處，只有位置的變化量相同，學(xué)生的潛意識可能指向位置的變化的其他層次，難以聚焦于“位置的變化量”.

2.建議將“位移時間圖像”優(yōu)化為“位置時間圖像”

新教材雖然新增了“位置時間圖像”術(shù)語，但最終還是用“位移時間圖像”代之.筆者建議，應(yīng)舍棄“位移時間圖像”術(shù)語，以“位置時間圖像”代之.首先，正本清源，從圖像本質(zhì)上看，圖像上一“點(diǎn)”的縱橫坐標(biāo)意義表達(dá)了“某一時刻質(zhì)點(diǎn)的位置坐標(biāo)”，因此，這些點(diǎn)構(gòu)成的圖線當(dāng)然反映了位置隨時間的變化規(guī)律，所以，把圖線稱作“位置時間圖像”恰如其分.其次，如果采用“位移時間圖像”術(shù)語，對于不過坐標(biāo)原點(diǎn)的圖像，需要建立一個“相對位置坐標(biāo)原點(diǎn)的位移”概念，比如研究振動，有個振動位移，即相對平衡位置的位移，這個加了定語的“位移”，大大增加了學(xué)生理解的難度.再次，機(jī)械運(yùn)動的本質(zhì)內(nèi)涵，應(yīng)該是位置的變化，我們建立了許多概念，包括位移在內(nèi)，根本的目的是為了搞清楚位置怎樣變化、為什么這樣變化，而并不是為了研究位移的變化，不能本末倒置.而研究位置的變化規(guī)律重要的方法是圖像法和數(shù)學(xué)公式法，因此，把研究位置的變化規(guī)律的圖像稱作“位置時間圖像”更為貼切.

新教材在第二章第3節(jié)“勻變速直線運(yùn)動的位移與時間的關(guān)系”中以腳注的方式，介紹了“位置與時間的關(guān)系式”.筆者建議，應(yīng)當(dāng)將“位置與時間的關(guān)系式”編寫于正文，以此兼容“位移與時間的關(guān)系式”，并將節(jié)標(biāo)題改為“勻變速直線運(yùn)動的位置隨時間的變化規(guī)律”.

我國的高中物理教材，多處表現(xiàn)出以“位移”取代“位置”的情況，有悖概念內(nèi)在的邏輯地位，加之上、下位概念邏輯含混的表述術(shù)語等，對學(xué)生而言，會阻礙物理大概念的進(jìn)階，不利于機(jī)械運(yùn)動觀念的形成.

（二）重整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

建議將新教材第2節(jié)中的“位移和時間的測量”“位移時間圖像”和實(shí)驗(yàn)“練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時器”三部分內(nèi)容與第3節(jié)中的實(shí)驗(yàn)“測量紙帶的平均速度和瞬時速度”和“速度時間圖像”兩部分內(nèi)容整合為一節(jié)實(shí)驗(yàn)課，標(biāo)題為“實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時器測量研究運(yùn)動”，置于第3節(jié)之后，用2課時完成.

若按照新教材的章節(jié)劃分和課時建議，第2節(jié)“時間位移”的2課時教學(xué)任務(wù)劃分為：第1課時完成概念教學(xué)，第2課時完成“位置時間圖像”教學(xué)和實(shí)驗(yàn)測量.第2課時會很緊張，畢竟要認(rèn)識和使用一個新的測量儀器，了解其結(jié)構(gòu)和功能，掌握操作要領(lǐng)，獲取清晰打點(diǎn)紙帶，需要花費(fèi)較長的時間，這樣，從紙帶上進(jìn)一步采集記錄數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、獲得結(jié)論等就缺乏時間的支持了.而按照整合建議，有利于集中時間，合理分配，上好科學(xué)探究素養(yǎng)落實(shí)課.第1課時，重點(diǎn)落實(shí)對打點(diǎn)計(jì)時器結(jié)構(gòu)和功能的了解，通過練習(xí)掌握操作要領(lǐng)，獲取清晰打點(diǎn)紙帶等目標(biāo);第2課時，重點(diǎn)落實(shí)對打點(diǎn)紙帶的分析，包括采集記錄數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖像法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，解釋圖像，獲得結(jié)論等.

新教材把“位置時間圖像”編寫在“位移和時間的測量”以及實(shí)驗(yàn)“練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時器”之前，這樣邏輯順序不妥.建議將“位置時間圖像”編排在“實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法”部分，這樣的邏輯順序，體現(xiàn)了科學(xué)探究的要素邏輯順序，符合知識的內(nèi)在邏輯，有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.

三、對實(shí)際教學(xué)邏輯的優(yōu)化建議

以下優(yōu)化建議，基于相關(guān)學(xué)習(xí)理論，不必拘泥于教材.

（一）引發(fā)深度學(xué)習(xí)

引發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，教師要做幾件事：第一，確定學(xué)生自覺發(fā)展的“最近發(fā)展區(qū)”;第二，確定通過什么樣的內(nèi)容來提升、發(fā)展學(xué)生，即轉(zhuǎn)化教學(xué)內(nèi)容，提供恰當(dāng)?shù)摹敖虒W(xué)材料”;第三，幫助學(xué)生“親身”經(jīng)歷知識的發(fā)現(xiàn)與建構(gòu)過程，使學(xué)生真正成為教學(xué)的主體[4].下面以“質(zhì)點(diǎn)模型建構(gòu)”的教學(xué)為例進(jìn)行闡述.

筆者發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)之前，具有根據(jù)問題性質(zhì)判斷是否能把物體看作一點(diǎn)的潛能.基于此認(rèn)識，筆者設(shè)計(jì)了“質(zhì)點(diǎn)模型建構(gòu)”的教學(xué)邏輯層次：

（1）要求學(xué)生認(rèn)真觀察老師的運(yùn)動（從講臺左側(cè)出發(fā)，沿課桌間過道按U字形路徑走到講臺右側(cè)）.

（2）請學(xué)生在紙上畫出老師的運(yùn)動路線示意圖，把紙面當(dāng)作地面（絕大多數(shù)學(xué)生都畫出U字形圖線）.

（3）請一學(xué)生把圖畫到黑板上.提問：“他畫得對不對？在畫老師的運(yùn)動路線示意圖時，你用什么表示老師？”

（4）提問：“請同學(xué)們比較一下，各自用的筆芯粗細(xì)都是一樣的嗎？筆芯粗細(xì)和粉筆的粗細(xì)比較一下，相同嗎？不同粗細(xì)的筆點(diǎn)出的點(diǎn)的大小一樣嗎？大家想一想，在描述老師的運(yùn)動路線這個問題中，表示老師的點(diǎn)的大小有必要考慮嗎？”

（5）引導(dǎo)：“以后大家會明白，老師的質(zhì)量是不可忽略的，但在剛才的問題中，老師的大小和形狀是不必考慮的.這樣，在剛才的問題中，可以把老師看作是一個有質(zhì)量但沒有大小和形狀的點(diǎn)，這樣的點(diǎn)叫作質(zhì)點(diǎn).

（6）提問：“老師跳舞是不是運(yùn)動？如果讓你評價(jià)老師舞跳得好不好，能否把老師看作質(zhì)點(diǎn)？同學(xué)們剛才都表現(xiàn)出具有把物體能否看作質(zhì)點(diǎn)的判斷能力.”

（7）引導(dǎo)并提問：“請觀察，教師拿起講臺上的一個粉筆盒和一只遙控鼠標(biāo)，并把它們靠在一起.請問它們的距離是多少？”（學(xué)生回答“0唄，這還用問！”）

（8）引導(dǎo)并提問：“生活中這是一個簡單的問題，沒錯，答案是零！但每個同學(xué)都來推敲一下，這樣的答案是否無懈可擊，你能否發(fā)現(xiàn)它不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑俊?/p>

（9）總結(jié)：“這兩個物體的各部分距離不是0，回答是‘0，顯然不夠嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)，科學(xué)地回答這兩物體的距離應(yīng)該是：最近部位距離是零，不同部位之間有無數(shù)組距離值.”

（10）引導(dǎo)學(xué)生觀察教師的行為——把粉筆盒置于門口，把鼠標(biāo)置于教室后面某一位置，然后再問：“這時，兩者之間的最近距離、最遠(yuǎn)距離以及任意兩個部位之間的距離差別大不大？這時，如果讓你科學(xué)測量兩者之間的距離，你會測量許多組數(shù)據(jù)嗎？”

（11）引導(dǎo)學(xué)生再觀察教師的行為——推動可移動黑板（平動），提問：“如何用刻度尺測量黑板移動的距離？”

學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)為：從潛能“根據(jù)問題判斷能否用一點(diǎn)表示物體”到“根據(jù)問題判斷能否把物體看作質(zhì)點(diǎn)”的模型建構(gòu)能力.教師提供的“教學(xué)材料”為三個結(jié)構(gòu)化事實(shí)情境：教師按U字形運(yùn)動和跳舞、擺放好的粉筆盒和鼠標(biāo)、黑板平移.這是以“問題”為手段，幫助學(xué)生“親身”經(jīng)歷知識的發(fā)現(xiàn)與建構(gòu)過程.

（二）促進(jìn)意義建構(gòu)

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，筆者認(rèn)為，教學(xué)活動過程是為學(xué)生提供已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)（圖式）與問題情境發(fā)生作用的過程，是運(yùn)用問題打破已有的認(rèn)知平衡后，學(xué)生主動通過同化和順應(yīng)兩種方式，建構(gòu)新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)（圖式），從而達(dá)到新的認(rèn)知平衡的過程.下面以“促進(jìn)‘位移概念的意義建構(gòu)”教學(xué)為例進(jìn)行闡述.

新、舊教材和實(shí)際教學(xué)，對學(xué)生學(xué)習(xí)“位移”的前概念認(rèn)知不足.不少學(xué)生潛意識里認(rèn)為路程能描述位置的變化量，教材的教學(xué)邏輯未打破學(xué)生的原有認(rèn)知平衡，因而學(xué)生難以主動對“位移”進(jìn)行意義建構(gòu)，只是一種被動的機(jī)械接受.

首先，要根據(jù)順應(yīng)機(jī)制，通過創(chuàng)設(shè)情境和問題導(dǎo)向，使學(xué)生認(rèn)識到路程無法描述位置的變化量，打破其原有認(rèn)知平衡，激發(fā)其探究“描述位置的變化量的概念”的學(xué)習(xí)動機(jī).其次，運(yùn)用同化作用，利用學(xué)生長期形成的基本觀念“根據(jù)變化前的量和變化量，能夠獲得變化后的量”為支點(diǎn)，尋求“描述位置的變化量的概念”具有怎樣的本質(zhì)內(nèi)涵.這樣，通過順應(yīng)與同化交互作用，能夠?qū)崿F(xiàn)位移概念的意義建構(gòu).在這樣的意義建構(gòu)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生就能發(fā)展科學(xué)論證、類比、抽象概括、質(zhì)疑創(chuàng)新等思維素養(yǎng).具體教學(xué)過程如下：

（1）教師提問：“請回顧并表述路程是什么？”學(xué)生回答，教師板書.

（2）教師提問：“路程隨運(yùn)動時間變化嗎？怎樣變化？”學(xué)生回答，教師板書.提問：“什么是機(jī)械運(yùn)動？”教師強(qiáng)調(diào)：需要描述“位置的變化”.

（3）教師引導(dǎo)：“請同學(xué)們觀察老師推手的過程，比較‘手的位置變化有什么不同.”教師演示：第一次推手和第二次推手（兩次推手的位移不同）.學(xué)生觀察、回答：“幅度不同;路程不同;末位置不同……”教師統(tǒng)一認(rèn)識：“‘位置的變化量不同.”教師再演示：第三次推手和第四次推手.學(xué)生觀察、回答：“手的位置變化快慢不同.”

（4）教師引導(dǎo)：本節(jié)學(xué)習(xí)描述位置的變化量的概念，下一節(jié)學(xué)習(xí)描述位置的變化快慢的概念.教師提問：“路程能不能表示位置的變化量？請舉證說明你的觀點(diǎn).”學(xué)生發(fā)表意見，思考如何舉證.教師舉證：“一年前老師的體檢報(bào)告顯示體重為78千克.拿到今年的體檢報(bào)告，老師發(fā)現(xiàn)體重減了5千克，請問老師體重變?yōu)槎嗌偾Э?？這個事例包含的道理是什么？”學(xué)生發(fā)表看法.教師點(diǎn)明論據(jù)：“如果知道變化前的量和變化量，根據(jù)相關(guān)知識，應(yīng)當(dāng)判斷出變化后的量.”教師提出假設(shè)——路程能表示位置的變化量，并創(chuàng)設(shè)情境，提出問題：“老師從這個已知位置出發(fā)，走了15米路程，請問老師到達(dá)哪個位置了？”師生得出結(jié)論：“路程不能表示位置的變化量.”

（5）教師提問：“能夠表示位置的變化量的物理概念究竟具有怎樣的本質(zhì)內(nèi)涵？”教師結(jié)合畫圖提示：“假如初位置A和末位置B都已知，請思考，我們至少需要哪些必要的信息，才能根據(jù)初位置，準(zhǔn)確判斷末位置呢？”師生概括：“需要初位置和末位置的距離和末位置相對初位置的方向.”教師提問：“請同學(xué)們思考，能否把這兩個信息集合成一個數(shù)學(xué)化的表達(dá)？”師生概括：“集合成從初位置指向末位置的有方向的線段.可見，初位置指向末位置的有向線段具有表示位置的變化量的功能，它被稱作位移.”

（三）鋪設(shè)次級進(jìn)階

筆者嘗試借鑒美國科學(xué)教育的學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，在課堂教學(xué)實(shí)踐中有效落實(shí)物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向的目標(biāo)，提出“學(xué)習(xí)次級進(jìn)階”的構(gòu)想.其教學(xué)邏輯設(shè)計(jì)包括：次級進(jìn)階變量;進(jìn)階起點(diǎn);進(jìn)階終點(diǎn);次級進(jìn)階的階層與腳踏點(diǎn).對此，筆者曾以“速度”概念教學(xué)的進(jìn)階邏輯設(shè)計(jì)為例進(jìn)行示范[5]，也曾探索基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的“速度”教學(xué)異構(gòu)[6].其實(shí)，無論是促成意義建構(gòu)，還是鋪設(shè)次級進(jìn)階，都能引發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，因此，我們應(yīng)當(dāng)兼收并蓄、取長補(bǔ)短、融會貫通地借鑒各種教育教學(xué)理論，不斷優(yōu)化教學(xué)邏輯，有效落實(shí)物理核心素養(yǎng)的培育.[□][◢]

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]浙江省基礎(chǔ)教育課程改革專業(yè)指導(dǎo)委員會.浙江省普通高中學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見：物理[M].杭州：浙江教育出版社，2014：10.

[3]彭前程.人教版《第一章運(yùn)動的描述》編寫說明[J].中學(xué)物理，2019（15）：7-9.

[4]劉月霞，郭華.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2018：11.

[5]張惠作.基于學(xué)科核心素養(yǎng)和學(xué)習(xí)進(jìn)階的高中物理教學(xué)邏輯設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理，2018（7）：8-10.

[6]張惠作.“運(yùn)動快慢的描述——速度”教學(xué)異構(gòu)[J].物理教師，2009（11）：5-6.