新教學|以核心素養為本的典型案例展示——擺系統能量的轉化

2020-12-19 現代課程網

編者按

新課標、新教學的背景下，什麼是「以學習者為中心、核心素養為本，大單元、大情境、大任務」的教學？真實的新教學課堂是什麼樣的？上海市第三女子中學於豐老師根據《普通高中新課程資源系列 物理學習指南（必修二）》第二單元《擺系統能量的轉化》中《功和能》這一任務開展的課堂教學解析，由新課程觀察整理，供一線教師實踐新教學借鑑參考。

以核心素養為本的物理新教學展示

——擺系統能量的轉化

今天介紹的這堂課的特色，是以情境、任務、問題、活動、評價來作為一個單元的主線的。之所以選擇項鍊、鞦韆，因為這些都是真實的情境，學生在日常生活中都有體驗。在具體的運動分析過程中，不僅體現了運動觀、力和相互作用觀，還有本單元特別突出的能量觀和守恆觀，而守恆觀，學生在高中學習中第一次接觸。

下為於豐老師講座PPT

01

教學任務設計特點

本單元的一個任務設計是研究擺動系統的能量轉化情況。要完成這個任務，就需要以學生為主體，親自動手實踐來探究。這個任務的設計有以下幾個特點：

①研究擺動過程中能量的轉化，任務要非常明確。②揭示能量轉化過程中發現的矛盾。在研究能量的轉化過程中，學生會發現有的實驗現象，顯示出來能量似乎是守恆的，但有的實驗現象，看起來好像又是不守恆的。在變化中蘊含著守恆，這是對學生思維的一個撞擊。③這個任務容易被分解成幾個小任務，便於老師進行操作。④這個任務以核心素養的培養作為目標。本單元的核心知識，包括功和能之間的互相轉化、機械能守恆定律等這些重點難點，都要在學與教的過程中依次落實。學生建構模型、距離探究等其它學科核心素養，也都能落實。⑤這個任務易於轉化成學生的實踐活動。在任務的實施過程中，學生在變化中感受到不變，這就是守恆的魅力。這種實踐思想，會讓學生忘卻所有的物理知識之後，依然具備物理學科分析事物、解決問題的核心素養和關鍵能力，這是非常重要的。

02

教學展示

現在我們來分享一下這堂課。學生們在完成這個任務後，用一堂課（40分鐘）的時間來交流任務完成的情況。大家看這有個關於擺動的視頻。

於豐老師《功與能》示範課片段

第一組的實驗視頻中，大家可以看到學生用手機拍擺球的過程。這是一個鋼球，所以它擺動的時間非常長。學生把這個視頻記錄下來，時長兩分鐘。

這種周而復始的簡單的周期性運動，可以用數學正弦函數、三角函數的圖像關係去描述它。我們用軟體幫學生直接記錄下來小球在哪個位置，由位置可以得到機械能中的勢能。軟體還記錄了小球的速度，由速度就可以知道動能。根據動能和勢能就可以綜合分析出機械能的一個變化。這組學生非常用心。

第二組的實驗中，這一組用的球明顯大了，球是用塑料泡沫做的。可以看到數據馬上就有對比，就有變化，因此學生馬上就可以體會出，導致機械能變化的原因到底是什麼。完成這個任務，學生要完成物理模型的建構，就是將真實的擺動抽象為一個模型，最後變為一個線加小球的最基本最簡單的物理模型。

孩子們在這個過程中，要自己提問自己來回答：有哪些能量？這些能量如何測？測得的結果如何？然後通過這個問題的問和答來設計實驗，評價實驗。

因為時間原因沒有截取這一段，但裡面有一個互相評價的環節。我們組用的是這個方案，你們組用的是那個方案； 你們組有什麼優點，我們組有什麼缺點。學生在互相質疑當中促進了他們的創新。

之後的交流中，他們要用自己的語言來描述現象，要用已有的知識來解釋測得的數據，這就是科學推理和科學認證。

普通高中物理學科核心素養

在實驗的過程中，孩子們的表現不是千篇一律的。有的小組只研究了一個擺球運動，比如這是單擺——最簡單的模型，得到了動能與重力勢能互相轉化，總量不變的結論。有的小組研究了幾個不同的擺動，就像我展示的這個組，然後得到了機械能減少與阻力有關的結論。而有的小組在此基礎上進一步提出了通過研究機械能的變化來測量擺動過程中阻力大小的一個方案。這是對學習內容的更進一步的深入。

還有一些小組，他們因為研究擺動發現了阻力的變化會引起機械能的變化，所以他又用同樣的方式測量了落體運動、拋體運動、下滑等其他的運動形式，來探尋不同運動形式當中的一個共同規律——這也是最基本最簡單的物理規律。

以上就是這節課的任務。學生在完成這個任務的過程中，經歷的是一次探究的過程，完成的是一次深度的學習。他們在這個過程中獲得的體驗、習得的方法對孩子們的終生發展都是有益的。

通過完成任務，學生們的體驗、知識、思維能力同步得到了提升。他們不僅在理論層面上能夠達到學習的目標，同時在實踐過程中也提高了核心素養和關鍵能力，這是綜合能力的提升。

楊向東教授在新課標培訓視頻課程中曾經講過，素養不只是知識與技能，它是在特定情境中通過利用、調動各種心理的、社會的資源，以滿足複雜需要的一種綜合能力。所以在以提高學生學科核心素養為中心的活動過程中，學生的綜合能力就能得以體現，而且不同層次的學生也體現出來了在核心素養方面的差異性，這可以作為大單元學習的一個形成性評價的嘗試。

這節課的最後，通過一份評價量表，老師對學生的表現，同學對同學的表現進互評和自評，最後由老師進行匯總。這節課同學們的學習效果非常不錯，值得全國推廣。

物理學習指南（必修二）樣張

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