基于学科大单元的高中物理抛体运动的进阶式研究

摘    要：在教学过程中，物理知识的教学碎片化导致部分学生学习情况不佳。基于学科大单元的高中物理进阶式教学模式能够站在较高的层次统筹规划知识系统，使知识体系具有结构化的特点。通过抛体运动的大单元教学方法的研究，能够从本质上掌握抛体运动的本质，从而对教学内容的探究起到举一反三、温故知新的作用，解决真实情境下的问题。

关键词：学科大单元教学；抛体运动；进阶式；知识构架

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）1-0012-5

在现今的教学实践过程中，多数教师主要按照课时进行教学设计，往往不重视课时之间的联系，导致知识呈现碎片化的状态，部分学生的知识结构不够完整，一旦出现创新型的情境，学生往往束手无策。这是由于课堂内的问题情境往往是具体的“小”情境，但现实的真实问题往往是较为复杂的“大”问题，而学科“大单元”教学，需要教师直面真实情境，以更高的视角从整体上对物理知识进行有序设计，突破单课时设计的局限性，有效解决现实中的真实问题［１］。

１    学科大单元教学的内涵

学科大单元教学是指以一个单元学习内容为整体，站在较高的层次统筹规划知识系统，把大概念统领下的大量概念、规律、原理等物理知识按照一定的逻辑关系由简单到复杂地进行层级化重构，有利于减少课堂上学生的无关认知加工，使学习内容避免重复，教学环节更加紧凑，课堂内容容量增大，是一种结构化的主题教学模式［２］。

学科大单元的内涵不是范围“大”，而是“核心”，即强调知识的系统性和统筹性，将相关知识融合共通，提炼核心知识，有效构建学生的物理知识体系。

２    学科大单元教学的作用

２．１    强调融合，明确认知层级

物理学科本身就是由现象、概念、原理、实验、规律构成的，具有结构化的知识理论体系，物理知识相互关联，具有显著的逻辑性与关联性。因此，采取自上而下的大单元教学模式，强调知识点的融合，能有效将碎片化的知识点通过系列任务进阶式地呈现。

学科大单元教学在内容组织上具有由浅入深、由简单到复杂的特点，具有一定的认知层级，而非机械的知识点堆积，有效培养了学生的创新精神与逻辑推理能力。

２．２    深化改革，落实核心素养

现今的教学呼唤融合教学的方式，教师在教学过程中要从“大学习”“大概念”的视角来整体性地看待教学过程。

基于大单元教学的高中物理教学超越了孤立而散乱的知识点，将核心知识问题化、关键问题情境化、真实情境体验化、深度体验系列化，使教学内容展现出物理学科图景，呈现学科结构的主干部分。这种教学方式改变了原先按章节教学的模式，将知识点解构重组，这就需要教师“居高临下”，具有广阔的学科视野与把控全局的教学能力，重新规划教学程序，减少重复性的教学内容，达到简洁高效的教学效果。

大单元视角下的高中物理教学是落实立德树人、发展核心素养、深化课程改革的必然要求，也是落实物理学科核心素养的关键途径。同时，大单元教学也对教师提出了更高的要求，促进了教师教学理念的更新迭代与专业能力的全面提升。

２．３    评测反馈，促进思维建构

在大单元学习之中，需要用形成性评测来对学生和教师的学习情况进行及时反馈，从而根据当前的学习情况帮助学生进一步学习。

大单元学习的反馈需要用综合性的问题进行检测，更加强调解决真实问题的高阶复合性思维，能够培养学生解决“大”范围的问题，而不仅仅是用于考试与解题。因此，推进学生的大单元学习，强调对于普遍性的真实情境的有效应用，能够培养学生核心素养与创新能力，促进学生思维结构的构建，这比给出判断性的分数或等级更加有效。

３    学科大单元教学的实践应用

高中物理新课程应基于新课程标准，指导学生学习结构化、组织化的基础物理知识和模型，构建物理学科的认知结构，提升学生的物理学科核心素养［３］。学科大单元教学将教学内容划分为几个模块，通过知识统筹规划，将知识点提高到具有普适性的分析探讨，突破了知识点的散乱繁复，将知识点通过有序架构，使之更具结构化，有利于学生知识结构的组织与架构。

抛体运动是高考中的重要题型，针对高中物理教学过程中的上抛、下抛、平抛、斜抛等问题设计的题目灵活多样，而大单元设计可以对抛体运动的知识点统筹规划，这些知识点是按照一定的逻辑关系组织起来的，是相互关联的（图１、图２）。因此，我们在学习这一章内容时要认清知识结构，掌握解题方法。

对于物理知识的大单元教学，以教学目标为导向，通过提取大概念设计核心问题，再将核心问题以任务驱动的方式进行深度剖析、概括抽象、拓展延伸，以实现学生对物理概念和规律的进阶式学习。大单元教学在思维上更强调科学本质的理解，在此基础上，总结出具有整合作用并能广泛迁移的概念与规律。

３．１    提出问题

对于抛体运动，我们要先定义什么是抛体运动。抛体运动是以一定的初速度抛出后，物体仅在重力作用下所做的运动。因此，抛体运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做匀变速直线运动。那么，抛体运动的运动规律是怎样的呢？这就需要我们通过模型建构进行进阶式探讨。

３．２    模型建构

首先，我们构建这样一个模型，在地面上斜抛一个物体，速度为ｖ０，速度与水平方向的夹角为θ，根据斜抛运动的特征，水平方向是匀速直线运动，竖直方向是初速度向上的匀减速直线运动。因此有

由此可得，从斜面上斜抛物体，落到斜面时速度与水平方向夹角与斜面倾角和抛出时速度倾角有关。即当物体在同一斜面上以相同的速度方向斜抛时，落到斜面时速度方向相同。如果在同一斜面上平抛物体，物体落到斜面上时，速度方向相同，且满足tanφ=2k，即速度夹角的正切值是斜面夹角正切值的２倍。

３．５    实践应用

学科大单元教学强调教学的融通性，强调教学内容的普适性，适合情境演绎结合实践应用，因此，需要从根本上抓住教学的主线，更加强调自上而下的思维结构以及发散型的教学模式，从更高的维度上进行知识点的概括与融合。

因此，在教学过程中，大单元教学能充分利用学生的原有知识与经验，尊重学生的主体意识。学生在问题解决过程中逻辑结构更加清晰，抓住问题关键后，能够举一反三，温故知新，通过推导拓展可以得出更深层次的结论。

例１ 在游戏“愤怒的小鸟”中，通过调节发射小鸟的力度和角度去轰击肥猪的堡垒，现将其简化为图３的模型，小鸟从离地高度为ｈ处被弹射出去，初速度大小为v０，方向与水平方向成θ角斜向上，处于地面上的肥猪的堡垒到抛出点的水平距离为Ｌ，不考虑其他作用，取地面为零势面，将小鸟和堡垒均视为质点，选出下面正确的选项。

这道题其中两个选项为：Ａ．当ｖ０一定时，θ角越大，小鸟在空中运动时间越短；Ｂ．当θ 角一定时，ｖ０越小，其水平射程越长。

通过对抛体运动的大单元化研究，我们已经得出了ｖ０与θ角的函数关系，利用Sａｇｅｍａｔｈ软件画出t-θ图像，如图４所示。

根据t-θ图像可以得出：当ｖ０一定时，随着θ角增大，小鸟在空中运动时间有可能增大、可能减小、可能先增大后减小等多种情况。

拓展延伸：如图５所示，当θ角一定时，v0增大，小鸟在空中运动时间一定增大。

利用Sａｇｅｍａｔｈ软件画出ｘ－ｖ０图像，如图６所示。

根据ｘ－ｖ０图像可以迅速得出：当θ角一定时，ｖ０越小，其水平射程越小。

拓展延伸：如图７所示，根据ｘ－θ图像可以得出：当ｖ０一定时，随着θ角增大，其水平射程可能增大、可能减小、可能先增大后减小。当θ>π/2时，即向左上方抛出物体，则物体落在抛出点左方。

例２  图8甲为滑雪大跳台的滑道示意图，在助滑道与跳台之间用一段弯曲滑道衔接，助滑道与着落坡均可以视为倾斜直道。运动员由起点滑下，从跳台上同一位置沿同一方向飞出后，在空中完成系列动作，最后落至着落坡。运动员离开跳台至落到着落坡阶段的轨迹如图８乙所示，不计空气阻力，运动员可视为质点。关于运动员在空中的运动，选出正确的选项。

这道题的其中一个选项是“落到着落坡时的速度方向与飞出时速度的大小无关”，从上面的推导可得，当运动员从水平跳台上飞出时，有

落到着落坡时的速度方向的正切值与斜面倾角的正切值ｋ、抛出时速度的大小和方向、斜面截距ｂ都有关系，因此这个选项是错误的。

只有在b=0时，即运动员从同一斜面沿同一方向飞出时，速度与水平方向夹角的正切值为：dy/dx=2k-tanθ，此时落到着落坡时的速度方向与飞出时速度的大小无关。

在实际的教学过程中，由于物理课程的知识点数量多而繁复，学生对知识点的认识往往较为片面，学科大单元教学通过系统化的教学过程以及对抛体运动的全面深度研究使得学生从整体上掌握知识“大”概念，抓住主要因素，对问题有统筹性的论证与分析，物理知识更加具备结构化特征。因此，学生能够从已有知识推广到新的知识，对产生的实际问题，因其对新科学持开放性的态度，所以可以快速而有效地解决。因此，大概念、大单元教学不仅可以用于课内的知识学习，也可以运用于超出所研究事件和现象的范围。

４    结  语

学科大单元教学着眼于大视野、大构架，视野从单个知识点放大到了大概念，时时关注所学知识与其他知识的联系，体现了物理思维对整个学习过程的主导与引领作用，符合实际教学中知识体系的构建。在教学过程中对物理知识的认知是螺旋式的渐进过程，通过层层深入最终形成整个知识构架，体现了“大学习”的观念。

实际上，体系细化的物理知识系统的知识构架仍然是物理大概念与大单元在主导与引领，下位概念与上位的大概念相互映射、互为补充。学科大单元教学更能够把握物理知识的本质特征，通过由上而下、由内到外的逐级推演、不断深化，最终形成了物理学科的总体建构与认知层级，也更加符合学生的思维梯度与创新发展，能够促进学生学科素养的有效提升。

参考文献：

［１］张玉峰．以大概念、大思路、大情境和大问题统领物理单元教学设计［Ｊ］．中学物理，２０２０，38（5）：２－7．

［２］邓靖武．大概念统摄下物理单元知识结构构建及教学探讨［Ｊ］．课程·教材·教法，２０２１，41（１）：１１８－１２４．

［３］王志芳．大概念统领下高中概念物理课程大单元教学设计探索［Ｊ］．中学物理，２０２２，40（５）：６－９．

［４］温·哈伦.以大概念理念进行科学教育［Ｍ］．韦钰，译．北京：科学普及出版社，２０１６．

（栏目编辑    赵保钢）

收稿日期：2023-05-29

基金项目：全国教育科学“十四五”规划教育部重点课题“‘五育融合’视阈下普通高中综合育人模式的创新研究”（DHA210381）。

作者简介：肖敏（1981-），女，中学正高级教师，主要从事高中物理教学工作与研究。