开展创新备课，实现学习进阶——以人教版高中物理“速度”教学为例

王欣竹，张 勇

(吉林师范大学物理学院，吉林 四平 136000)

学习进阶是当前国际教育领域其中一个比较热门的研究话题，所谓学习进阶，其实质就是学生在不同学段，学习同一主题知识时所遵循的学习路径的连贯的、循序渐进的描述，一般表现为一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列围绕一核心概念展开。[1]而关于学习进阶的实质，大多数学者认为可以用“逐渐复杂”来表述。基于此，联想到“速度”教学在初高中均有涉及，呈现出一个“逐渐复杂”的状态。故而依据学习进阶去进行创新备课，以便开展更好地教学。

2.1 教学内容进阶

速度这一物理概念，在初、高中学段均有涉及。人教版初中物理教材关于速度这一概念的描述是在运动的快慢这一节课中提出的。主要包括速度的概念、速度的公式、速度的单位及匀速直线运动。而人教版高中物理教材速度部分的内容主要包括：速度、平均速度与瞬时速度、速度时间图像。对比初高中教材内容并结合当前的教学现状，发现初高中内容有一定重合，可以进行教学内容上的进阶设计。对比发现,高中教材中有较多内容与初中教材有重合,且无论是初中还是高中对速度这一概念的提出都过于简单直接（见表1）。尽管速度这一概念并不特别抽象，但也需要去让学生去理解概念，而不是死记硬背。基于此，教师可以运用不同的概念引入方法，将学生从初中认知逐渐提升到高中认知，使学生在经过高中阶段的学习之后,能建立一个贯通、完整的速度概念，实现概念上的学习进阶。从教学内容上看高中的三个版块应是是紧密相连的。然而，书中并没有将三者赋予适当联系，而是分成零散的三大块知识点，也就是说整体脉络不够清晰。应加强三者之间的联系，使其逻辑清晰，让学生更好地理解这一概念，学习好本节课程。[2]

表1 初中和高中教材关于速度这一章节内容描述的区别

2.2 学生认知水平进阶

据了解，在初中阶段学生主要需掌握速度的物理意义、对速度的简单测量及计算。而在高中阶段则要求学生掌握更深层次地内容，即：了解速度的矢量性，体会研究物理极限问题的方法等。

根据皮亚杰认知发展理论来看，初中和高中物理“速度”这节课的授课对象均处在形式运算阶段。该阶段思维上的特点是具有抽象性，也就是说从初中到高中的教学，可以逐渐复杂，更加抽象。

根据上述特点，可以进行如下“速度”教学的学习进阶设计：（见表2）。

表2 “速度”学习进阶

基于上述分析,“速度”这节课符合条件，可以运用学习进阶理论开展创新备课，设计内容如下:

3.1 创设不同问题情境，进行认知进阶

3.1.1 从生活情境入手

根据皮亚杰认知发展理论，初、高中学生对于知识的掌握仍来源于生活，为实现认知进阶，我们可以从创设生活情境入手，如：可以播放一段生活中常见的游泳比赛的视频，向学生提问在比赛过程中，要想知道哪位运动员游得快，应该用什么样的方法？而学生基于对日常生活经验的积累和所学的知识，会得出相同时间比位移，和相同位移比时间的两种方法。初中时，学生对于速度的认知就到这里。为实现认知进阶，在高中教学时，教师可基于此引导学生去比较单位时间内位移的方法，如：在上述情境中增加200米与400米这样不同的比赛。

3.1.2 用类比方法创设

高中阶段较初中阶段的学生从认知水平层面来说，已经具备了一定的抽象力。基于此，教师可采用类比方法引入。此时的高中生已经熟练掌握类比方法，并具备了类比能力。故而，教师可以这样进行设计：通过例举商品单价，即价钱与重量的比，让学生受到启示，对于解决“比较不同运动时间和位移的运动快慢”问题，自然会想到就要选取相同的标准，即比较单位时间的位移（或单位位移所用的时间），要计算出位移与所用时间的比值，进而引入速度的概念。

3.2 突出速度的矢量性，实现概念进阶

通过初中的学习，学生头脑中已经初步建立了速度的概念：路程与时间之比叫做速度。这属于初中阶段学生对速度的一个认知。而高中速度的学习要在初中的基础上进一步理解速度的概念,构建更全面的速度概念。因此，一定要注意初中与高中这两个阶段对速度定义的微小区别。在高中阶段对速度的定义是位移与发生这段位移所用时间之比。不难发现，路程变成了位移，而时间也被具体化。基于此可以得出，初中和高中对速度的认知最大的不同就是速度的矢量性。那么，如何让学生更好地掌握速度是矢量这一内容呢？教师可以利用生活中的实例让学生发现位移的矢量性，进而发现速度的矢量性。如：日常生活中，在我们需要向别人问路时，又或者是为他人指路时可以发现我们既需要说明那个位置距现在位置的长短，又需要说明具体方向。这样既能让学生感悟位移的矢量性，巩固之前所学的知识，又能为后续速度的学习提供帮助。教师也可以直接运用生活中常用的实例指出速度的矢量性。如：当我们开车行驶到某一位置时，指示牌既要说明速度的大小，又要说明向东还是向西，也就是方向。这样一来，学生就能更好地区别初高中速度概念上的细微差距，更好地向高中所需的方向发展，实现概念进阶。

3.3 掌握极限方法，实现方法进阶

高中对“速度”的学习相较初中而言，知识点有一定扩充，如瞬时速度。随之而来的就是新方法的掌握。那么，为使学生快速理解这一内容，教师可以从速度与时间的关系入手。在学习本节课之前已经学习了时间与时刻的区别，那么根据速度的定义，即单位时间的位移，教师可以引导学生，让学生思考如果将时间分为时刻和时段，速度会发生什么变化？结合所学的数学知识，如果是一段时间的话，拿生活实例来说，就是运动员游完全程的平摊下来的速度，即平均速度。而时刻就是一个时间点，它的长短是无限趋近于零的。这里就是极限方法的运用。教师可以逐步引导学生，先给出前3秒的位移，再给出前2秒的位移，逐步递进，引入瞬时速度，建立概念。在进行瞬时速度的教学时，教师需要注意让学生掌握极限方法，即“无限趋于零”这一思想，这样一来就实现了方法上的进阶。

3.4 构建知识体系，实现能力进阶

针对上述分析，通过观察三个板块，不难发现，他们都是速度与时间的联系。因此，教师要想构建知识体系，需从时间，时刻和速度的概念入手。教师可以进行分组实验，让学生运用电磁打点计时器去测量不同的速度，将所学概念进行实际应用。这样即巩固了知识，又将学生的认知水平从掌握概念发展到了应用概念，既有利于学生学习和教师教学，又实现了能力进阶。

3.4.1 运用实验构建不同“速度”的联系

如图1，为平均速度测量的纸带，每隔0.1s(或更短)计算一次平均速度，操作如下：

图1 平均速度纸带

在图1中选取一点为起始点，每5个点取一个计数点，分别用数字标出这些计数点；

测量各计数点到起始点的距离x，记录下来；

(1) 计算两相邻计数点间的位移Δx，同时记录对应的时间Δt；

(2) 根据Δx和Δt计算纸带在相邻计数点间的平均速度。

根据之前测量平均速度的方法，将距离缩小，时间缩短，计算实验中纸带（如图2）上各计数点的瞬时速度，取更小间隔（0.06s）计算一次速度，具体操作如下：

从纸带起始点开始，每3个点取一个计数点；

测量各计数点到起始点的距离Δx，记录下来；

计算两相邻计数点间的位移Δx，同时记录对应的时间Δt；

根据Δx和Δt算出的速度值就可以代表在Δx这一区间内任意一点的瞬时速度。

在这样的分组实验后，学生不仅掌握了速度的概念，明晰了速度与瞬时速度和平均速度的区别与联系，同时学会将所学知识运用到实验当中，不仅培养了学生动手操作的能力，也培养了学生应用知识的能力，实现了从学到用这一过程，实现能力进阶。

3.4.2 构建速度与图像的联系

在了解了速度定义，瞬时速度与平均速度后，结合数学知识及位移时间图像，引导学生自行根据上述实验测量速度，并画出速度时间图像建立二者的联系。在这一环节中学生既巩固了知识，同时进行了思考，并进行知识的整合，进行图像的绘画，可以说再次培养学生应用知识的能力，同时提高了归纳整合的能力，再次实现能力进阶。

3.5 完善教学模式，实现模式进阶

2021年，国家刚出台了双减政策，虽然该政策主要针对于义务教育，但是高中教育或多或少也会受到影响。笔者认为在双减政策下，可以进一步完善课上学习与课后复习的教学模式。这里的课后复习并不是指老师留的作业，而是老师针对当天所学的内容，结合生活实际，去布置一个可以让学生自己观察或动手进而来复习知识的任务。比如，在速度这节课中，老师可以让学生自己去寻找身边某一事物，并测量该物体的速度。这样既可以复习知识点，又可以培养学生的动手能力。将理论应用于实际，提高学生科学素养。

4.1 彰显概念教学本质

物理概念在物理教学中有着及其重要的地位。因此，如何让学生熟练掌握概念尤为重要。在本文中，笔者着重提出两种概念引入的方法，帮助学生更好地理解速度的含义。

4.2 实现初高中知识衔接

基于学习进阶理论框架进行的教学设计，构建了基于学习进阶理论的创新备课。显而易见，按照这样的层次进行教学，不但加深了学生对于速度的认识，并且融汇贯通了初高中物理速度概念，实现了初高中“速度”这一节的知识衔接。

4.3 落实核心素养，培养学生能力

在能力进阶过程中，培养了学生多项能力，其中实验操作能力与归纳整合能力在核心素养中都有体现。故而，该教学设计既让学生掌握了知识，又落实核心素养，满足教学要求。