融合教材优化设计 创设情境落实素养

罗明江　龙红利

摘   要：新一轮课程改革背景下，全国推出多个版本的普通高中物理新教材，呈现“一标多本”的普通高中物理课程实施现状。依据新课标编写的多个版本教材，倡导将课堂教学由“知识本位”向“素养本位”转变。以“功和功率”一节为例，通过对比多版本新教材，从素材、活动、例题、作业四个方面尝试教材的融合，利用任务线、情境线、问题线、活动线四条教学线索将教学过程进行有机串联，探索了基于新教材落实学科素养的教学设计。

关键词：高中物理；新教材；核心素养；情境；功与功率

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）3-0023-4

2017年，对普通高中课程方案和学科课程标准修订的完成，标志着新一轮课程改革进入深度实施阶段。依据《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”），全国推出人教版、教科版、沪科教版、鲁科版、粤教版等多个版本的普通高中物理新教材，呈现“一标多本”的普通高中物理课程实施现状。不同版本的教材虽然“同宗同源”，但由于需服务于不同地区的教育和学生，具备了一定的地域特色，同时也展现了不同编者对课标不同程度的理解。阅读多版本教材内容，有助于深刻理解课程标准；对比多版本教材编写，可以博采众长；研究多版本教材的编写意图，有助于最大程度地挖掘教材价值；融合多版本教材的教学设计，有助于培养学生的学科素养，实现课堂教学由“知识本位”向“素养本位”转变。

本文以“功与功率”一课为例展开研究。新课标对本节的教学内容要求是：“理解功和功率。了解生产生活中常见机械的功率大小及意义。”［1］1    对比教材，分解教学任务

通过对比发现，各版本教材结构差异不大，内容区别主要集中在兩方面，一是情境素材的选取，二是教学活动的设置，二者都体现了对学生学科素养培养侧重点的不同。

以人教版的教材结构为主线，各版本教材在内容呈现上的差异如图1所示。

教学中要明确学生学习发生的过程，通过科学方法和科学思维的培养，形成培育学生学科核心素养的有效路径。经过对比，依据教学目标将本节课教学内容分解为五项教学任务，学生学科素养的培育路径如图2所示。

2    融合教材，优化教学设计

多版本教材的融合可以从四个方面着手开展，即融合素材、活动、例题、作业。

第一，融合素材。素材包含拓展性的阅读素材、建构知识的情境素材、科学探究的实验素材等。融合素材要精选学生身边常见的真实素材，体现“物理源于生活”，帮助学生找到最近发展区，引导学生归纳演绎、推理建构新知。

第二，融合活动。活动主要指学生活动，即在教师引导下进行的以学生为主的学习活动，包括交流讨论、自主探究、展示分享等。融合活动要以激发学生的学习兴趣、培养学生的问题意识和创新意识为出发点，在活动中促进学生思考与交流，满足学生的获得感，提高学生解决实际问题的能力，提升学生的思维能力。

第三，融合例题。教材例题在创设的情境、求解的问题和解题的过程等方面都有不同，融合例题就是要从实际的学情和教学设计出发，精心设计能强化教学重难点、补充教学知识点、渗透思维方法的题目。

第四，融合作业。课后作业作为课堂教学的结果性评价，对学生巩固所学知识、反馈教学效果都非常重要，在“双减”的大背景下，物理课后作业宜少不宜多，宜精不宜粗，教师设计的课后作业单还要兼顾不同层次的学生，题单要有梯度，要有一定的开放性。融合多版本教材的课后作业能够有效满足以上要求，还能提升教师作业的设计能力。

下面是“功和功率”一课的具体教学过程。

2.1    引入：“功”的概念的建立

情境：课前阅读“‘功的概念的由来”（来源：粤教版第83页）［2］。

问题：“功”源于早期工业革命中比较蒸汽机的效能，1829年法国的科里奥利正式提出功的概念。功是能量转化的量度，我们可以通过研究功来研究能量及能量的转化。请同学们举例说明生活中力做功的情况，力做功的因素有哪些？

活动：学生讨论，交流，回答。

设计意图：回顾初中知识，知道力和位移是功的两个因素。了解工业革命中蒸汽机的作用，体会科技发明对社会发展的重要意义。了解功是能量转化的量度，渗透“能量观”。

2.2    任务一：功的计算公式

情境：拖把擦地，斜拉木箱（来源：沪科教版第12页）［3］。

问题：拉力与位移存在夹角时，如何计算拉力所做的功？请同学们尝试1～2种方法进行推导。

活动：学生一般都能够分解力完成推导；教师巡视，引导学生再讨论分解位移。

设计意图：创设贴近生活的情境，建构物理模型，巩固平行四边形定则，学生自主推导出W=Fscosα，通过分解力和分解位移两种方法的体验，体会cosα的作用就是将力与位移统一到同一方向上来。

2.3    任务二：正功和负功

活动：学生讨论力与位移的夹角α在α＝90°，0≤α＜90°，90°＜α≤180°三种情况下功的正负。

情境：实验情境，使用“气垫式弹簧振子”装置（来源：教科版第77页）［4］。观察并思考弹簧的弹力在哪些过程对滑块做正功？

问题：弹力做正功时滑块的速度怎么变化？做负功时滑块的速度又怎么变化？你能从中得到什么启示吗？

设计意图：通过小组实验，让学生探究弹力做功的正负与滑块速度的增减之间的关系，引导学生发现规律，收获成就感。

2.4    任务三：总功及功的标量性

例题：如图3（来源：教科版第77页）［4］。

活动：学生独立思考解答，教师利用展台展示部分学生的解答过程。

问题：合力对小船所做的功和两个拉力对小船所做的功的总和之间有什么关系吗？

学生：相等。

问题：总功是物体所受各个力分别对物体所做功的代数和，它与合力所做的功相等。力是矢量，我们求两个拉力的合力用的是矢量运算法则——平行四边形定则，那么大家觉得功是矢量还是标量呢？为什么？

学生：（若有所思—惊喜—恍然大悟）功是标量。因为功的运算遵循代数运算。

设计意图：通过例题的创设，提出“总功”的概念。“功是标量”这一认识，所有的教材上都是直接给出的，缺乏認知的建构过程，通过合力的计算和总功的计算，引导学生对比发现功是标量这一属性。

2.5    任务四：平均功率和瞬时功率

情境：用不同的方式搬运建材（来源：粤教版第85页）［2］。

问题：搬运同样数量的砖到同一楼层，一图需要2 h，二图需要8 min，三图需要1 min（图略），三种方式做功相同吗？做功的快慢相同吗？如何定义做功的快慢？

学生：做功相同，做功的快慢不同。我们将功和时间的比值用来定义做功的快慢，即功率，表达式P=w/t。

活动：1 kg的建材自由下落，分组计算在不同时间间隔内重力的功率，结果如表1所示。

问题：通过各组汇总的计算结果，你有什么发现吗？

学生：（开始有些回答不上，然后教师引导，鼓励）不同时间间隔内重力的功率不同；当时间间隔逼近0时，即时刻逼近2 s时，重力的功率接近200 W。

问题：（教师给予肯定）一段时间内的功率为平均功率，某一时刻的功率为瞬时功率，那么当力与位移同向时，平均功率与平均速度是什么关系呢？请尝试推导。

学生：P=Fv

问题：（教师给予肯定）那瞬时功率可以用以上表达式吗？如果可以，那表达式中的速度是平均速度还是瞬时速度？

学生：可以。是瞬时速度。

设计意图：类比“瞬时速度”概念的建构方法，通过极限思想让学生建构“平均功率”和“瞬时功率”的概念，在此基础上再引导学生由功的计算式推导出功率与力、速度的关系式，并对关系式的条件作必要的强调。

2.6    任务五：功率与力、速度之间的关系

情境：①一些机械的功率（来源：鲁科版第9页）［5］。

②汽车上坡时要使用低速挡（来源：人教版第77页）［6］。

问题：机械电机铭牌上标注的功率是什么功率？该功率对应的是哪个力？汽车在水平路面行驶时受到哪些力的作用？

活动：学生阅读教材，讨论交流，展示结果，了解额定功率和对应的牵引力。

问题：一列列车总质量为465 t，其额定功率P=5 300 kW，在水平直轨道上行驶时，轨道对列车的阻力是车重的0.018。列车以额定功率工作，当行驶速度v=10 m/s时，列车的牵引力和加速度多大？列车在水平直轨道上能达到的最大行驶速度是多大？g取10 m/s2（来源：鲁科版第10页）［5］。

活动：学生独立解答，教师展示部分学生的解答过程。引导学生绘出列车的速度-时间图像。

问题：为什么汽车上坡或者行驶在路面较差的公路时，司机要通过“换挡”来减小车速呢？如果汽车上坡时仍要保持原来的速度，司机应该怎么做？为什么要这样做呢？车床在切削硬的工件时要降低车床的运转速度，也是这个原因吗？

活动：独立思考并回答，理清功率与力、速度之间的关系。

设计意图：通过真实情境，培养学生利用牛顿第二定律和功率公式分析机车启动类问题，并对这类动态问题中速度、力与加速度之间的关系有一个较清晰的认识。

2.7    课后作业

探究一：阅读“功的图像描述”（来源：鲁科版第4页）［5］，类比v-t图像中位移的描述。

探究二：汽车在弯曲的公路上行驶，假设阻力大小恒为f，求当运动路程为s时，阻力做的功是多少？

设计意图：极限思想和微元法在人教版教材中多次体现，是高中物理重要的思想方法，高一的学生对它的体会与理解是一个逐步深入的过程。结合v-t图像对物体运动进行辅助分析也是高中物理解决问题的一个重要手段，需要加强学生的训练。

3    聚焦素养，提炼教学流程

新课程理念重视学生核心素养和终身学习能力的培养，提倡教学方式的多样化，引导学生自主学习，为学生终身发展奠定基础。笔者在教学实践中体会到，指向新教材的教学设计首先应聚焦核心素养，以培养核心素养为教学目标；然后将教学内容具体化为一系列学习任务，通过“创设情境”“设置问题”“组织活动”等流程来达成学习任务（教学流程如图4所示）。情境的创设要贴近学生生活，建立学生对知识的感性认识；问题的设置要能引导学生思考，通过质疑、推理、论证等过程完成对物理概念和规律的建构；活动的组织要注重学生的体验和实践，通过讨论、交流、互动等活动最大程度地调动学生积极参与到课堂中来。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018：52.

［2］熊建文.普通高中教科书物理必修第二册［M］.广州：广东教育出版社，2019：79-89.

［3］束炳如，何润伟.普通高中教科书物理必修第二册［M］.上海：上海科技教育出版社，2019：12-16.

［4］蔡铁权，周昌鲜.普通高中教科书物理必修第二册［M］.北京：教育科学出版社，2019：74-83.

［5］廖伯琴.普通高中教科书物理必修第二册［M］.济南：山东科学技术出版社，2019：3-11.

［6］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理必修第二册［M］.北京：人民教育出版社，2019：74-78.

（栏目编辑    刘   荣）

收稿日期：2022-12-07

基金项目：重庆市教育科学“十四五”规划2022年度立项一般课题“‘双减背景下普通高中物理单元教学与作业设计实践研究”（K22YG119573）。

作者简介：罗明江（1980-），男，中学高级教师，主要从事中学物理教育教学工作。