俯卧撑究竟能推起多少自身的重量

摘 要：俯卧撑是体育教学、军事训练和日常锻炼中经常用到的自体重练习方法，是动作简单、效果显著的力量训练手段。教学中创设问题情境开展跨学科主题学习活动，学生利用物理学的杠杆原理探究并计算自己推起多少自身体重，将计算结果在竞赛活动中运用，促进学生掌握体能锻炼的原理，并迁移到生活中形成体育锻炼的习惯。这种方法能将物理知识与体育运动联系起来，尝试解决一些体育运动中的问题，培养学生探索实践和科学精神，促进学生综合能力的提升。

关键词：俯卧撑；体能；杠杆原理；跨学科

中图分类号：G623.8 文献标识码：A 文章编号：1005-2410（2024）11-0040-04

《义务教育课程方案（2022年版》指出，“加强课程内容与学生经验、社会生活的联系，强化学科内知识整合，统筹设计综合课程和跨学科主题学习”[1]。本研究旨在核心素养的导向下将物理学科科学实践精神融入体育与健康课程学习，激发学生主动性和积极性，促进学生综合能力的提升。针对初中学生身心发展特点创设实践探究的情境，增强跨学科知识运用的能力、动手操作的实践能力，分析和解决问题的综合能力，紧扣体育学科身体活动与物理学科实验探究的特性，创设真实情境中运用跨学科知识解决体育教学中的实际问题。如，俯卧撑是非常好的自体重练习动作，在体育教学、运动训练、国防体能和居家锻炼中得到广泛运用，学生在锻炼中知道完成俯卧撑的个数，但是对完成俯卧撑推起的重量却知之甚少，教学中以“俯卧撑究竟能推起多少自身的重量”为研究主题创设问题情境，学生运用物理学杠杆知识解决体育运动中的问题，并将研究结果与原理应用到体育锻炼和竞赛活动中，通过运动竞赛与体能练习中磨砺学生的意志品质、提升身体运动能力，强化对体能中面对困难的体验，锤炼自身的意志品质，完善自己的人格。培养学生主动求知、乐于思考、科学思维、相互合作的能力以及乐于实践、敢于创新的精神。

一、研究背景分析

俯卧撑是简单易行却十分有效的力量训练手段，主要锻炼上肢、腰部及腹部的肌肉，尤其是胸肌。初中学生开始较为系统的学习物理知识，包括运动学和力学等方面的知识，能对一些物理现象进行简单分析描述。针对初中学生的体能基础结合物理知识掌握情况，创设“俯卧撑究竟能推起多少自身的重量”为主题的体育与物理跨学科主题学习活动，教学重点关注学生体能练习过程中“俯卧撑推起自身体重的测量”，物理学科聚焦“杠杆平衡的条件”理解运用，引导学生将体育和物理的知识联系起来。采用体验——疑问——解惑——锻炼的方法，让学生参与俯卧撑练习和杠杆平衡条件的实验，从而更好地理解和掌握相关知识。将动体与动脑很好地结合起来，给学生提供再认识所学知识以及合理应用所学动作的机会，激发学生学练兴趣和解决问题的理性思维，从而增强教学效果。

二、聚焦跨学科素养表现

素养表现体现了跨学科主题学习活动育人的预期目标，它不仅要培养学生学习过程中具体的学科素养，也需要培养学生的跨学科素养，两者互为补充和促进，是学生核心素养的重要组成[2]。跨学科主题学习对培养学生综合能力具有重要的作用，生活中面临的问题往往依靠单一学科知识很难解决，需要整合两个甚至多个学科的知识才能解决。课程标准中明确提出要在“真实情境中综合运用知识解决问题的能力”，跨学科教学的关键就是抓住不同学科素养之间内在联系，跨学科素养生成是互相补充共同提高的，是1+1>2的关系。例如，在本次课中学生能利用物理学的杠杆原理计算完成俯卧撑时推起自身体重的方法，能运用体能训练原理和物理知识科学的指导自己锻炼。能将物理知识与体育运动联系起来和同伴一起尝试解决一些体育运动中的问题，安全、科学的进行锻炼，培养学生勇于探索的实践精神和物理学科严谨的实验观及科学精神。

三、学习探究过程

（一）课前准备阶段

学习材料：前置任务学生测量自己的体重、阅读教师提供的相关资料。活动器材：多媒体触屏1台，台凳36个，笔记本电脑2台、电子体重秤4个。

（二）准备部分：（队形队列与准备活动）

队形队列：学生二列横队，进行原地转法和齐步走——立定练习，培养学生团队意识和集体主义精神。

准备活动：学生站成二列横队，教师带领做功能性体操6-8节后，增强肌肉、心肺和神经系统能力，为体能学习做好准备。

（三）基本部分：（学练探究过程）

1.组织与场地布置

充分利用现有的场地设施将学生分为人数均等的二列横队，这样的组织与场地布置利于教师选位，减少重复调队，节省时间，提高效率，还能保证学生安全。练习比赛时将学生分为4个小组，多媒体屏幕设置在队伍中间居边位置，教师讲解点评时学生适当集中即可解决调队问题，如讲解示范时教师可位于两组之间，练习时教师也可站在任意一组附近，学生都在教师视野之内便于观察、管理、交流。

2.安全措施

安全隐患：学校健体馆相对较小，练习空间不足，学生练习容易碰撞；学生正值青春期活泼好动，容易出现嬉笑打闹现象；使用台凳时也容易出现安全隐患；天气炎热，容易疲劳中暑；学生精神不集中，容易出现安全隐患。

防范措施：行动听指挥，教师鸣哨所有技术动作停止；提醒学生随时观察场上情况；教学中不允许嬉笑打闹；身体出现不适迅速停止运动，教师随时观察学生表现学习、练习时注意脚下台凳的位置。

3.教法与学法

采用教师讲解提示，学生合作探究的形式，运用要领提示、动作体验、设疑、解答、再体验、解惑、归纳和团体比赛的递进形式促进学生运用俯卧撑技术进行体能锻炼和物理知识掌握。学练方法上不断增加难度，设置不同梯度的学习内容和测量方式，帮助学生进一步掌握俯卧撑技术锻炼原理和杠杆的五要素。

4.学、练、赛、评四步骤

（1）学、练阶段

教学活动一：引出问题

布置第一个练习任务，学生尝试完成10个标准的俯卧撑。提出“当完成一个标准的俯卧撑动作时我们推起自身多少体重”情境问题，物理教师根据学生的回答引导学生运用杠杆原理讲解、分析该问题的要点，找到实验操作过程中的难点，合理运用已配置器材进行测量。

实施过程：按照先学生体验后互动释疑的方式，引导学生参与思考，得出“学生进行俯卧撑练习时，身体相当于一个杠杆，脚尖与地面的接触点为杠杆中支点，胸大肌以及肱三头肌等肌群发力将人体向上推动的力为杠杆平衡中动力，身体的重量构成的重力为阻力”的结论（图1）。

根据“杠杆五要素”的画法，画出学生在做俯卧撑时的支点O、动力F1、动力臂L1、阻力G、阻力臂L2。当杠杆（人体）在动力和阻力作用下处于静止状态或者匀速转动的状态下是符合杠杆平衡的条件即动力×动力臂=阻力×阻力臂，其代数式表示为F1×L1=G×L2（图2）。

根据杠杆平衡条件F1×L1=G×L2分析出，如果想知道“俯卧撑究竟能推起多少自身的重量”需要测量的物理量有哪些？学生的体重G、阻力臂L2、动力臂L1这些物理量需要什么仪器进行测量？生活中可以用电子体重秤称量学生的体重，用米尺测量力臂的长度。在测量过程使用电子体重秤测量体重既方便又准确；在测量阻力臂和动力臂时由于每个人的重心各不相同，且在完成俯卧撑动作时当人的身体姿态发生变化，动力臂和阻力臂都随之改变，导致测量方式既不方便，测量结果也不准确的现象。针对学生的回答，进一步引导学生从另一个角度（力的平衡）进行思考“如何利用现有器材（电子体重秤）准确测量（克服体重秤测量面积小于两手支撑面积的不利因素，由测量手掌位置改进为测量脚尖位置）究竟能推起多少自身的重量”。根据力的平衡知识，对人体进行受力分析后，得到学生自身体重G、动力F1和地面对脚尖竖直向上的支持力F之间的关系为：G=F+F1。通过测量G与F，利用公式η=（G-F）/G×100%，可以求出完成俯卧撑时不同阶段推起体重占自身体重的百分比（图3）。

学生利用电子体重秤，结合上述物理知识，测量完成进行俯卧撑训练时的各项数值，学生将测量后的数值填写至表格中，根据公式计算自己标准俯卧撑推起的重量及占自身体重的百分比。经过统计学生完成标准俯卧撑时推起自身体重的范围是65.76%～69.41%之间。

设计意图：提出问题应符合学生的实际需求，例如，俯卧撑动作简单却蕴含着丰富的知识，而且与学生现有的知识能力密切相关，能够引起学生学习兴趣。同时提出问题具有导向作用，学生利用物理知识能够解决这个问题的难点与工作重心。例如，杠杆的五要素、杠杆平衡条件力的平衡。还有，提出问题应具有一定的难度，同时学生可利用体育、物理和数学的知识，借助计算器、电脑软件和电子体重秤等外部条件能够解决。

教学活动二：体验阶段

学生完成10个退阶俯卧撑（注：手放在台凳上，台凳高度为25厘米）练习后观察询问学生练习时的感觉，提出问题“为什么手放在台凳上完成俯卧撑变得容易了”激发学生积极思考。增加练习难度，将脚放在台凳上完成进阶俯卧撑（注：脚放在台凳上）提问“为什么脚放在台凳上完成俯卧撑变得困难了”，鼓励学生运用前面的知识分析原因。

实施过程：学生在已有经验的基础上进行10个退阶俯卧撑的练习，由于手支撑高度的变化学生完成较为轻松，教师根据学生实际反馈适时提出问题“为什么同学们进行退阶练习时要感觉轻松很多？”。根据杠杆平衡条件，可以推导出F1=G×（L2/L1）， 当身体离地越远的时候，自身体重不变，动力臂不变、阻力臂变小，动力F1变小，更加省力（图4）。

继续完成10个进阶俯卧撑的练习，由于脚支撑高度的变化学生完成较为困难，教师根据学生实际情况提出问题，“我看到同学们做起来明显吃力，这又是为什么呢？”把原来的支点O提升到O´，此时人体就呈现向下倾斜的状态，阻力臂稍有增加，动力臂减小。根据杠杆平衡条件，当G不变，L1变小，L2变大时，动力F1变大，推起的重量增加，导致练习难度增加（图5）。

学生运用电子体重秤计算退阶和进阶时各自不同阶段的重量。经过统计，学生完成退阶俯卧撑时推起自身体重的范围是56.49%～65.77%；统计学生完成进阶俯卧撑时推起自身体重的范围是67.52%～70.55%。虽然学生体型存在差异以及测量过程存在操作误差，但是整体统计数据符合预期假设。

设计意图：当学生面对生活中的实际问题会感觉无从下手，教师要帮助学生抓住关键问题，例如本次课问题的关键是支点的变化导致动力臂和阻力臂的大小产生变化，进而引起电子体重秤相关测量数值的变化。学生明白数值变化的原理后，教师引导学生形成解决问题的手段和策略，学生在学习小组内明确分工，实际操作，观察指导分析，角色轮流交换，达到以问题解决为抓手完成任务为目的。

（2）梳理归纳提升阶段

实施过程：学生归纳、总结完成不同姿势俯卧撑时推起自身体重的范围。通过师生点评，分析动作，提出改进意见，达到共同完成本课预期的目标。

设计意图：教学过程中教师、学生对学习成果进行持续评价，活动过程中对好的方法、思路给予肯定和表扬，激励学生顺利完成课堂目标。在回顾解决问题过程中，进一步归纳整理形成新的启示。

（3）竞赛运用阶段

竞赛活动一：团体推起重量挑战赛

学生分成小组，在规定时间内运用前面计算出自己推起重量。以小组为单位进行评比，学生自由选俯卧撑姿势。

设计意图：学生自选俯卧撑姿势进行锻炼比赛，发展学生的上肢力量，培养学生团队合作精神。练习过程中学生自行登统自己完成的数量，培养学生诚实守信，遵守规则的良好品质。学生迅速计算结果，教师评价总结比赛中的实际运用情况，改善上肢力量练习，促进原理与方法的掌握。

竞赛活动二：团体退阶练习推起重量挑战赛

学生在规定时间内按照进阶、标准、退阶姿势完成俯卧撑并计算总重量。使学生体验退阶练习法。

设计意图：学生按照规定的俯卧撑姿势进行锻炼比赛，体验退阶练习过程，发展学生的上肢力量。计算团队成绩，培养学生团队合作精神，自行登统成绩，培养学生诚实守信、遵守规则的良好品质。不失时机的对学生进行勇敢果断、不断进取等优良品质的教育。

（4）体能补偿练习阶段

利用台凳进行Tabata练习发展学生的核心力量和下肢力量。每个体能动作练习20秒，休息10秒。

设计意图：体能练习阶段采用的是动作相互补偿练习形式，俯卧撑主要练习上肢力量，因此体能部分是以核心力量和下肢为主要动作进行练习。练习时充分利用原有器材，核心力量与下肢力量交替进行的Tabata练习法，能够促进学生体能全面发展，同时整个练习过程也是对学生坚韧不拔、克服困难的意志品质的锤炼过程。

（5）学习评价阶段

采用参与态度评价、技能评价、教师点评、体能评价，做好过程性“学、练、赛”的记录，尤其是利用“竞赛”调动学练的积极性。教学全过程中采用多种形式的评价方式促进学生综合能力的提升。

5.放松整理与讲评：（结束部分）

放松整理：学生成二列横队，在教师语言提示下，采用肌肉放松调节情绪的方法，使学生的身心得到放松，为下一节课的学习做好准备。

总结本课的学习情况，强化要点、评价学习情况，清整场地器材。

四、教学评析

跨学科主题学习教学活动体现了教师综合能力，尤其是教学中如何体现跨学科素养是一个难点，也是亮点，双师型授课是一个有效的途径。物理教师参与到体育备课、授课的过程中为体育课堂教学提供新样态。巧妙地利用电子体重秤结合物理学知识对俯卧撑推起自身体重进行测量，实践探究得出实验结果，验证提出的假设。教学中围绕教学内容的选择以及教材重难点的突破，教法与学法的选择遵循了教学原则和学生生理、心理特点使各项教学任务顺利完成。通过设置“学、练、赛、评”四环节激发学生练习兴趣，逐步递进的方式满足学生获取知识与提高技能的需求。在竞赛环节学生能利用已有知识指导自己的练习，学生的练习密度接近50%，课的平均脉搏处于140～150次/分之间，学生能将物理知识灵活的运用探究实践中，初步掌握力量锻炼原理，综合能力得到提升，达到教学预期目标。

五、跨学科主题学习实施路径

提高跨学科主题学习设计实施水平应关注以下几点。首先，开展跨学科教研活动。跨学科主题学习体现教师综合能力，双师型授课是一个有效的途径。以本课为例，教学设计之初邀请物理教师参与备课，物理教师从主题选择、知识展开、过程优化提出建议，弥补体育教师物理学科知识的不足。其次，聚焦核心素养。培育核心素养是课程教学的出发点与归宿，跨学科主题学习的关键在于发现不同学科知识点内在联系，聚焦核心素养共同切入点。例如，体育的运动能力素养之一是“运动认知”维度[3]，而物理学科的物理观念素养是“关于运动的总体认识，并能从物理学视角解释自然和解决实际问题”[4]。聚焦核心素养事关教学设计方向性问题，是教学顺利实施的根本保障。第三，关注学科知识体系。体育与物理学科都有自身的知识结构和内容体系，跨学科强调学科间的相互关联，目的在于融通其他学科内容以促进学生对相关学科内容的深入理解[2]。体育与物理学科有着密切的联系，例如，初中二年级体育学科中田径跑跳投是重要学习内容，物理学科的“运动和相互作用”也是一级学习主题。因此体育与物理在此阶段学习中学科知识的交叉点非常多，为单学科学习提供提升与拓展的机会。第四，主题内容的选择。学科核心素养属于方向性指引，跨学科学习一定要考虑学科素养和知识体系。例如，本次课设置“俯卧撑究竟能推起多少自身的重量”问题导向，结合物理杠杆原理计算完成不同姿态的俯卧撑能推起多少自身的体重，掌握体能学练方法。最后，选择适宜的教学方法。确定跨学科主题学习内容后，还需要结合学生的情况选择适宜的教学方法。教学中突出“以学定教”针对不同的学情选择可以采用体验、设疑、再体验、解惑的递进形式促进知识的掌握。

总之，跨学科主题学习是本次课改的一个难点，也是亮点，跨学科主题学习是提高学生综合素质的重要方式和途径，打破学科之间壁垒，开展多门课程融合教学活动， 充分发挥课程育人功能，促进学生全面发展。

课时设计

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]董艳，夏亮亮，王良辉.新课标背景下的跨学科学习：内涵、设置逻辑、实践原则与基础[J].现代教育技术，2023，33（02）.

[3]中华人民共和国教育部.义务教育体育与健康课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[4]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[基金项目：本文系全国教育科学规划教育部重点课题《国防教育进中小学体育课程一体化教学实施策略的研究》，课题批准号DLA220461，阶段研究成果]

（1.天津市第八十二中学 300170）

（2.天津市教育科学研究院 300191）

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