“大概念?大单元”视角下高中物理课堂习题设计探究

管征宇

【摘要】大单元教学设计因立意更高，而优于传统教学设计.课堂习题作为重要的教学手段，必不可少.本文从大单元的视角，论述目前课堂习题存在的问题，课堂习题设计的重要意义及设计原则，并以“动量守恒定律的课堂习题设计“为例，阐述基本设计思想.

【关键词】大单元；高中物理；课堂教学

大单元教学设计往往以某一问题为主线，层层推进，在解决一个个问题的过程当中，学习知识、掌握方法.课堂习题是课堂教学的重要组成部分，它不仅能帮助学生巩固和加深对新知识的理解，更能整合串联知识，提高解题能力，培养学生思维能力.本文将从大单元的视角对课堂习题的设计进行初步的探索和总结.

1 习题设计的原则

1.1 注重物理模型的建构

物理模型天生可以简化各种不同的物理表象.基于建立模型的学习方法，是最高效的学习方法之一.

1.2 根据教学进度，设计合理的课堂习题

了解学生已掌握的知识成为课堂习题设计重要考虑因素.课堂习题设计的要根据新课、章末复习、高考复习等不同阶段设计适宜的习题.

1.3 注重创新意识和科学素养的培养

高中物理课程习题的设计根本目的是培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，提升科学素养.具有创新意识的课堂习题能有效激发学生学习兴趣，引发积极的思考，并在思考、分析的过程当中提高解决问题的能力.

1.4 注重课堂习题的层次性

设计习题时重视学生的个体差异，因材施教，设计一些富有层次的习题，让不同层次的学生都有机会基于自身能力独立完成部分或全部问题.

1.5 重视真实物理情境的创立

真实的物理情境更容易使学生产生共鸣，触发他们的追寻本质的探索欲和好奇心，从而触动他们主动提出问题、思考问题，并通过分析、计算和讨论发现解决问题的途径，达到掌握知识，培养能力的目的.

2 课堂习题设计案例

“动量守恒定律“的课堂习题设计

教材内容和结构（如图1）

学情分析

学生已经掌握了速度、加速度的求解、牛顿运动定理的应用，并且初步形成了相互作用观、运动观和能量观，具备一定的守恒思想.这些成为本章学习的基础.

重点知识和难易度分析（如表1）

习题设计及分析

例1 作为国球的乒乓球运动在我国有很高的普及度.运动员击打乒乓球时的速度可以达到50m/s，假设乒乓球飞来的速度为20m/s，运动员将乒乓球以40m/s的速度反向击回，乒乓球的质量为2.5g，则乒乓球的动量，变化量（  ）

（A）大小为0.15 kg·m/s，方向与乒乓球飞来的方向相同．

（B）大小为0.15kg·m/s，方向与乒乓球飞来的方向相反．

（C）大小为0.05kg·m/s，方向与乒乓球飞来的方向相反．

（D）大小为0.05kg·m/s，方向与乒乓球飞来的方向相同．

设计意图

（1）动量的变化量ΔP＝P末－P初.

（2）动量和动量的变化量都是矢量，应用时要先确定正方向，ΔP的方向也要进行说明.

设计原则

（1）面向全体学生；（2）创建真实情境.

案例评析

动量是矢量，但是其表达式与动能非常相似，所以，学生会下意识地把动量理解为标量.通过本题的解答，学生将认识到自己的错误观念，使问题得到及时纠正.

例２ 小刘同学是一位篮球爱好者，他让篮球由静止释放，篮球下落后与地面相撞，反弹后篮球上升.已知，篮球的质量为0.5 kg，释放后篮球下降高度为1.25m，反弹的最大高度为0.45m，取重力加速度g＝10 m/s2，且不计空气阻力，求地面与篮球碰撞过程中：

（1）篮球动量的变化量；

（2）篮球动能的变化量.

拓展延伸：如果篮球反弹后仍然上升到1.25m高度处，且不考虑与地面碰撞时的能量损失，则篮球动量和动能的的变化量分别是多少？

设计意图

动量和动能概念相近，公式相近，决定因素相近，极易混淆，通过本习题帮助学生辨析.

设计原则

（1）原题面向全体学生，拓展题面向中等及以上学生；（2）创建真实情境；（3）适合动量概念学习.

案例评析

本案例把动量变化和动能变化的求解放在一起.解答完成之后，可以借助解题结果深入分析和比较动量和动能的区别.学生将通过对比明确动量和动能决定量都是质量和速度，但动量是矢量，动能是标量.动量变化动能不一定改变，动能变化动量一定变化.

例３ 如图2所示，小刘同学在学习惯性知识时，老师演示了杯下取纸的实验.小刘发现，老师缓慢拉纸条时，杯子容易滑离桌子，而快速拉动纸条时，发现杯子并没明显的运动.对于这个实验，下列说法正确的是（  ）

（A）缓慢拉动纸条时，摩擦力对杯子的冲量较小．

（B）快速拉动纸条时，摩擦力对杯子的冲量较大．

（C）为使杯子不滑落，杯子与纸条间的动摩擦因数应尽量大一些．

（D）为使杯子不滑落，杯子与桌面间的动摩擦因数应尽量大一些．

设计意图

根据动量定理FΔt＝p′－p＝Δp可知：

1.ΔP一定，Δt短则F大，Δt长则F小；

2.F一定，Δt短则ΔP小，Δt长则ΔP大；

3.Δt一定，F大则ΔP大，F小则ΔP小.

设计原则

（1）面向全体学生；（2）创建真实情境；（3）培养解决问题能力，激发学习兴趣.

案例评析

按照生活经验，学生很容易错误地认为“运动越快，力就越大，冲量就越大”，这种错误观念主要是两个原因引起：①运动越快，摩擦力越大；②由牛顿第二定律“F=ma”可知力越大，加速度越大，运动变化越快.③因知识点的不熟练而忽略了时间对冲量的影响.

例4 如图3所示，光滑水平面上有一质量为m2的滑块A处于静止状态，A的左端与水平轻质弹簧相连，另有一质量为m1的滑块B以速度v0向右运动，并与弹簧发生相互作用，两滑块和弹簧处在同一直线上，问：

（1）弹簧的弹性势能什么情况下最大？最大为多少？

（2）两球共速后，两球的速度如何变化？弹簧长度如何变化？

（3）小球B的速度什么情况下最大？最大为多少？

拓展延伸1

（1）系统动能何时最小？求系统动能的最小值.

（2）从小球与弹簧相互作用至弹簧恢复原状的过程，系统动能何时最大？求系统的动能的最大值.

拓展延伸2

（1）如图4，两个弹性小球或刚性小球在光滑水平面碰撞，各物理量如何变化？

（2）如图5，两个同种性质电荷的小球在光滑的绝缘水平面从较远处靠近（不接触），各物理量如何变化？

（3）如图6，小球冲上静置于光滑水平面上的光滑斜面，各物理量如何变化？

设计意图

（1）模型建构：对两个（或两个以上）物体与弹簧组成的系统，在相互作用的过程中，若系统合外力为零，则系统动量守恒.若接触面光滑，弹簧和物体组成的系统机械能守恒；

（2）弹簧处于最长（最短）状态时两物体速度相等，弹性势能最大，系统动能通常最小（相当于完全非弹性碰撞，两物体减少的动能转化为弹簧的弹性势能）；

（3）弹簧恢复原长时，弹性势能为零，系统动能最大（相当于刚完成弹性碰撞）；

（4）“拓展延伸2”通过类比的方法把“小球—弹簧碰撞模型”拓展到更多的情境中.

设计原则

分层设计：原题面向全体学生，拓展延伸1面向中等以上学生，拓展延伸2面向学优生.

案例评析

本案例不仅为了建立解决碰撞问题的基本模型，更通过“拓展延伸1”使学生从能量转化和守恒角度理解碰撞规律；“拓展延伸2”通过类比的方法把这种用“定量+能量”的观念解决问题的方法扩展到钢球碰撞、带电体之间的相互作用问题，最后，又拓展到小球斜面模型（某一方向动量守恒）.以后还可以拓展到分子之间的相互作用.

3 结语

在习题实际使用过程中，也发现了存在的很多不足，留下了遗憾.习题设计只是习题教学的开始，如何用好这些习题，如何在习题使用中发现问题，总结优缺点，反过来指导习题的设计也成为习题设计的重要一环.笔者将在后续教学中进行实践和研究.