“大概念?大單元”視角下高中物理課堂習(xí)題設(shè)計(jì)探究

管征宇

【摘要】大單元教學(xué)設(shè)計(jì)因立意更高，而優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì).課堂習(xí)題作為重要的教學(xué)手段，必不可少.本文從大單元的視角，論述目前課堂習(xí)題存在的問(wèn)題，課堂習(xí)題設(shè)計(jì)的重要意義及設(shè)計(jì)原則，并以“動(dòng)量守恒定律的課堂習(xí)題設(shè)計(jì)“為例，闡述基本設(shè)計(jì)思想.

【關(guān)鍵詞】大單元；高中物理；課堂教學(xué)

大單元教學(xué)設(shè)計(jì)往往以某一問(wèn)題為主線，層層推進(jìn)，在解決一個(gè)個(gè)問(wèn)題的過(guò)程當(dāng)中，學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握方法.課堂習(xí)題是課堂教學(xué)的重要組成部分，它不僅能幫助學(xué)生鞏固和加深對(duì)新知識(shí)的理解，更能整合串聯(lián)知識(shí)，提高解題能力，培養(yǎng)學(xué)生思維能力.本文將從大單元的視角對(duì)課堂習(xí)題的設(shè)計(jì)進(jìn)行初步的探索和總結(jié).

1 習(xí)題設(shè)計(jì)的原則

1.1 注重物理模型的建構(gòu)

物理模型天生可以簡(jiǎn)化各種不同的物理表象.基于建立模型的學(xué)習(xí)方法，是最高效的學(xué)習(xí)方法之一.

1.2 根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，設(shè)計(jì)合理的課堂習(xí)題

了解學(xué)生已掌握的知識(shí)成為課堂習(xí)題設(shè)計(jì)重要考慮因素.課堂習(xí)題設(shè)計(jì)的要根據(jù)新課、章末復(fù)習(xí)、高考復(fù)習(xí)等不同階段設(shè)計(jì)適宜的習(xí)題.

1.3 注重創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

高中物理課程習(xí)題的設(shè)計(jì)根本目的是培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提升科學(xué)素養(yǎng).具有創(chuàng)新意識(shí)的課堂習(xí)題能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)積極的思考，并在思考、分析的過(guò)程當(dāng)中提高解決問(wèn)題的能力.

1.4 注重課堂習(xí)題的層次性

設(shè)計(jì)習(xí)題時(shí)重視學(xué)生的個(gè)體差異，因材施教，設(shè)計(jì)一些富有層次的習(xí)題，讓不同層次的學(xué)生都有機(jī)會(huì)基于自身能力獨(dú)立完成部分或全部問(wèn)題.

1.5 重視真實(shí)物理情境的創(chuàng)立

真實(shí)的物理情境更容易使學(xué)生產(chǎn)生共鳴，觸發(fā)他們的追尋本質(zhì)的探索欲和好奇心，從而觸動(dòng)他們主動(dòng)提出問(wèn)題、思考問(wèn)題，并通過(guò)分析、計(jì)算和討論發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的途徑，達(dá)到掌握知識(shí)，培養(yǎng)能力的目的.

2 課堂習(xí)題設(shè)計(jì)案例

“動(dòng)量守恒定律“的課堂習(xí)題設(shè)計(jì)

教材內(nèi)容和結(jié)構(gòu)（如圖1）

學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)掌握了速度、加速度的求解、牛頓運(yùn)動(dòng)定理的應(yīng)用，并且初步形成了相互作用觀、運(yùn)動(dòng)觀和能量觀，具備一定的守恒思想.這些成為本章學(xué)習(xí)的基礎(chǔ).

重點(diǎn)知識(shí)和難易度分析（如表1）

習(xí)題設(shè)計(jì)及分析

例1 作為國(guó)球的乒乓球運(yùn)動(dòng)在我國(guó)有很高的普及度.運(yùn)動(dòng)員擊打乒乓球時(shí)的速度可以達(dá)到50m/s，假設(shè)乒乓球飛來(lái)的速度為20m/s，運(yùn)動(dòng)員將乒乓球以40m/s的速度反向擊回，乒乓球的質(zhì)量為2.5g，則乒乓球的動(dòng)量，變化量（? ）

（A）大小為0.15 kg·m/s，方向與乒乓球飛來(lái)的方向相同．

（B）大小為0.15kg·m/s，方向與乒乓球飛來(lái)的方向相反．

（C）大小為0.05kg·m/s，方向與乒乓球飛來(lái)的方向相反．

（D）大小為0.05kg·m/s，方向與乒乓球飛來(lái)的方向相同．

設(shè)計(jì)意圖

（1）動(dòng)量的變化量ΔP＝P末－P初.

（2）動(dòng)量和動(dòng)量的變化量都是矢量，應(yīng)用時(shí)要先確定正方向，ΔP的方向也要進(jìn)行說(shuō)明.

設(shè)計(jì)原則

（1）面向全體學(xué)生；（2）創(chuàng)建真實(shí)情境.

案例評(píng)析

動(dòng)量是矢量，但是其表達(dá)式與動(dòng)能非常相似，所以，學(xué)生會(huì)下意識(shí)地把動(dòng)量理解為標(biāo)量.通過(guò)本題的解答，學(xué)生將認(rèn)識(shí)到自己的錯(cuò)誤觀念，使問(wèn)題得到及時(shí)糾正.

例２ 小劉同學(xué)是一位籃球愛好者，他讓籃球由靜止釋放，籃球下落后與地面相撞，反彈后籃球上升.已知，籃球的質(zhì)量為0.5 kg，釋放后籃球下降高度為1.25m，反彈的最大高度為0.45m，取重力加速度g＝10 m/s2，且不計(jì)空氣阻力，求地面與籃球碰撞過(guò)程中：

（1）籃球動(dòng)量的變化量；

（2）籃球動(dòng)能的變化量.

拓展延伸：如果籃球反彈后仍然上升到1.25m高度處，且不考慮與地面碰撞時(shí)的能量損失，則籃球動(dòng)量和動(dòng)能的的變化量分別是多少？

設(shè)計(jì)意圖

動(dòng)量和動(dòng)能概念相近，公式相近，決定因素相近，極易混淆，通過(guò)本習(xí)題幫助學(xué)生辨析.

設(shè)計(jì)原則

（1）原題面向全體學(xué)生，拓展題面向中等及以上學(xué)生；（2）創(chuàng)建真實(shí)情境；（3）適合動(dòng)量概念學(xué)習(xí).

案例評(píng)析

本案例把動(dòng)量變化和動(dòng)能變化的求解放在一起.解答完成之后，可以借助解題結(jié)果深入分析和比較動(dòng)量和動(dòng)能的區(qū)別.學(xué)生將通過(guò)對(duì)比明確動(dòng)量和動(dòng)能決定量都是質(zhì)量和速度，但動(dòng)量是矢量，動(dòng)能是標(biāo)量.動(dòng)量變化動(dòng)能不一定改變，動(dòng)能變化動(dòng)量一定變化.

例３ 如圖2所示，小劉同學(xué)在學(xué)習(xí)慣性知識(shí)時(shí)，老師演示了杯下取紙的實(shí)驗(yàn).小劉發(fā)現(xiàn)，老師緩慢拉紙條時(shí)，杯子容易滑離桌子，而快速拉動(dòng)紙條時(shí)，發(fā)現(xiàn)杯子并沒明顯的運(yùn)動(dòng).對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是（? ）

（A）緩慢拉動(dòng)紙條時(shí)，摩擦力對(duì)杯子的沖量較小．

（B）快速拉動(dòng)紙條時(shí)，摩擦力對(duì)杯子的沖量較大．

（C）為使杯子不滑落，杯子與紙條間的動(dòng)摩擦因數(shù)應(yīng)盡量大一些．

（D）為使杯子不滑落，杯子與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)應(yīng)盡量大一些．

設(shè)計(jì)意圖

根據(jù)動(dòng)量定理FΔt＝p′－p＝Δp可知：

1.ΔP一定，Δt短則F大，Δt長(zhǎng)則F小；

2.F一定，Δt短則ΔP小，Δt長(zhǎng)則ΔP大；

3.Δt一定，F(xiàn)大則ΔP大，F(xiàn)小則ΔP小.

設(shè)計(jì)原則

（1）面向全體學(xué)生；（2）創(chuàng)建真實(shí)情境；（3）培養(yǎng)解決問(wèn)題能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣.

案例評(píng)析

按照生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生很容易錯(cuò)誤地認(rèn)為“運(yùn)動(dòng)越快，力就越大，沖量就越大”，這種錯(cuò)誤觀念主要是兩個(gè)原因引起：①運(yùn)動(dòng)越快，摩擦力越大；②由牛頓第二定律“F=ma”可知力越大，加速度越大，運(yùn)動(dòng)變化越快.③因知識(shí)點(diǎn)的不熟練而忽略了時(shí)間對(duì)沖量的影響.

例4 如圖3所示，光滑水平面上有一質(zhì)量為m2的滑塊A處于靜止?fàn)顟B(tài)，A的左端與水平輕質(zhì)彈簧相連，另有一質(zhì)量為m1的滑塊B以速度v0向右運(yùn)動(dòng)，并與彈簧發(fā)生相互作用，兩滑塊和彈簧處在同一直線上，問(wèn)：

（1）彈簧的彈性勢(shì)能什么情況下最大？最大為多少？

（2）兩球共速后，兩球的速度如何變化？彈簧長(zhǎng)度如何變化？

（3）小球B的速度什么情況下最大？最大為多少？

拓展延伸1

（1）系統(tǒng)動(dòng)能何時(shí)最??？求系統(tǒng)動(dòng)能的最小值.

（2）從小球與彈簧相互作用至彈簧恢復(fù)原狀的過(guò)程，系統(tǒng)動(dòng)能何時(shí)最大？求系統(tǒng)的動(dòng)能的最大值.

拓展延伸2

（1）如圖4，兩個(gè)彈性小球或剛性小球在光滑水平面碰撞，各物理量如何變化？

（2）如圖5，兩個(gè)同種性質(zhì)電荷的小球在光滑的絕緣水平面從較遠(yuǎn)處靠近（不接觸），各物理量如何變化？

（3）如圖6，小球沖上靜置于光滑水平面上的光滑斜面，各物理量如何變化？

設(shè)計(jì)意圖

（1）模型建構(gòu)：對(duì)兩個(gè)（或兩個(gè)以上）物體與彈簧組成的系統(tǒng)，在相互作用的過(guò)程中，若系統(tǒng)合外力為零，則系統(tǒng)動(dòng)量守恒.若接觸面光滑，彈簧和物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒；

（2）彈簧處于最長(zhǎng)（最短）狀態(tài)時(shí)兩物體速度相等，彈性勢(shì)能最大，系統(tǒng)動(dòng)能通常最?。ㄏ喈?dāng)于完全非彈性碰撞，兩物體減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能）；

（3）彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，彈性勢(shì)能為零，系統(tǒng)動(dòng)能最大（相當(dāng)于剛完成彈性碰撞）；

（4）“拓展延伸2”通過(guò)類比的方法把“小球—彈簧碰撞模型”拓展到更多的情境中.

設(shè)計(jì)原則

分層設(shè)計(jì)：原題面向全體學(xué)生，拓展延伸1面向中等以上學(xué)生，拓展延伸2面向?qū)W優(yōu)生.

案例評(píng)析

本案例不僅為了建立解決碰撞問(wèn)題的基本模型，更通過(guò)“拓展延伸1”使學(xué)生從能量轉(zhuǎn)化和守恒角度理解碰撞規(guī)律；“拓展延伸2”通過(guò)類比的方法把這種用“定量+能量”的觀念解決問(wèn)題的方法擴(kuò)展到鋼球碰撞、帶電體之間的相互作用問(wèn)題，最后，又拓展到小球斜面模型（某一方向動(dòng)量守恒）.以后還可以拓展到分子之間的相互作用.

3 結(jié)語(yǔ)

在習(xí)題實(shí)際使用過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了存在的很多不足，留下了遺憾.習(xí)題設(shè)計(jì)只是習(xí)題教學(xué)的開始，如何用好這些習(xí)題，如何在習(xí)題使用中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)，反過(guò)來(lái)指導(dǎo)習(xí)題的設(shè)計(jì)也成為習(xí)題設(shè)計(jì)的重要一環(huán).筆者將在后續(xù)教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐和研究.