关于“运动的描述”的教学逻辑优化建议

摘    要：比较新、旧教材中“运动的描述”的变化，从落实物理核心素养视角审视这些变化所体现的教学逻辑，可以发现，新教材仍然可以在术语表述、实验教学内容等方面进一步优化.另外，从教学实际来看，“运动的描述”这一章的教学还可以在引发深度学习、促进意义建构和铺设次级进阶等方面进行教学逻辑优化.

关键词：教材比较;教学逻辑;“运动的描述”

一、新、旧教材的变化比较

《普通高中物理课程标准（2017年版）》指出，教学内容在教材中出现的顺序与方式，每项内容所用的篇幅等，都应体现现代教育思想和教学理念，内容编排皆应有利于教和学[1]70.2019年出版的人教版普通高中教科书《物理（必修第一册）》（以下简称“新教材”）的编排体现了这一思想，其与2003年出版的普通高中课程标准实验教科书《物理（必修1）》（以下简称“旧教材”）相比，在内容上有较大的调整.以下笔者就新、旧教材的第一章“运动的描述”进行比较.

在“运动的描述”这一章，新、旧教材的内容编排和课时建议详见表1.

章小结示例（？） 注：旧教材的课时建议依据《浙江省普通高中学科教学指导意见：物理》[2]一书，其中的“复习评估”是该书中课时建议所设，非教材内容;新教材的课时建议依据《人教版〈第一章 运动的描述〉编写说明》[3]一文，该文对“章小结示例”没有给出课时建议. ]

“运动的描述”一章，新、旧教材在教学内容上基本保持不变，略有微调，变化主要是在内容分布的调整上.新教材对旧教材第4节的实验进行扩容，并将内容分散于第2节和第3节中，这样，旧教材的5节变为新教材的4节.新教材第2节比旧教材第2节增加了测量位移和时间的实验，集结了旧教材第1节的内容“位置与坐标系”和旧教材第二章第3节的“位移时间图像”，删掉了对矢量相加法则的初步认识.新教材的第3节相比旧教材的第3节，增加了速度的测量实验.此外，表述术语也有变化.例如，第3节的标题由“运动快慢的描述”调整为“位置变化快慢的描述”，在“位移时间图像”模块中指出了“位置时间图像”等.另有栏目上的变化，本文不做赘述.

物理教师应根据课程标准的基本理念、课程目标和物理学科核心素养的要求，结合教学的实际情况，创造性地开展教学工作，将物理学科核心素养的培养贯穿于物理教学活动的全过程[1]50.笔者认为，新教材的教学内容编排顺序和术语虽然做了调整，但所体现的教学逻辑，仍然可以进一步优化.

二、对新教材教学逻辑的优化建议

（一）优化表述术语

1.厘清“位置的变化”和“位置的变化量”

位移是表示“位置的变化”的物理量，这是一个逻辑含混的说法.机械运动是物体的空间位置随时间的变化，运动的核心特征是“位置的变化”，而“位置的变化”包括：位置的变化量，位置的变化率，位置的变化规律.揭示位置的变化规律主要有三种方式：位置与时间的关系式，位置时间图像，轨迹方程.可见，“位置的变化”是一个上位概念，“位置的变化量”是下位概念，而教材用上位概念代替下位概念，是不妥的.建议将“位移是表示‘位置的变化的物理量”优化为“位移是表示‘位置的变化量的物理量”.

教材上说“某人从北京去重庆，可以选择不同的交通方式，所经过的线路不同，位置的变化是相同的”，这一结论缺乏充分的说服力，多数学生在学习位移概念之前是不认同“位置的变化”是相同的.因为例子中人的位置的变化过程有许多不同之处，只有位置的变化量相同，学生的潜意识可能指向位置的变化的其他层次，难以聚焦于“位置的变化量”.

2.建议将“位移时间图像”优化为“位置时间图像”

新教材虽然新增了“位置时间图像”术语，但最终还是用“位移时间图像”代之.笔者建议，应舍弃“位移时间图像”术语，以“位置时间图像”代之.首先，正本清源，從图像本质上看，图像上一“点”的纵横坐标意义表达了“某一时刻质点的位置坐标”，因此，这些点构成的图线当然反映了位置随时间的变化规律，所以，把图线称作“位置时间图像”恰如其分.其次，如果采用“位移时间图像”术语，对于不过坐标原点的图像，需要建立一个“相对位置坐标原点的位移”概念，比如研究振动，有个振动位移，即相对平衡位置的位移，这个加了定语的“位移”，大大增加了学生理解的难度.再次，机械运动的本质内涵，应该是位置的变化，我们建立了许多概念，包括位移在内，根本的目的是为了搞清楚位置怎样变化、为什么这样变化，而并不是为了研究位移的变化，不能本末倒置.而研究位置的变化规律重要的方法是图像法和数学公式法，因此，把研究位置的变化规律的图像称作“位置时间图像”更为贴切.

新教材在第二章第3节“匀变速直线运动的位移与时间的关系”中以脚注的方式，介绍了“位置与时间的关系式”.笔者建议，应当将“位置与时间的关系式”编写于正文，以此兼容“位移与时间的关系式”，并将节标题改为“匀变速直线运动的位置随时间的变化规律”.

我国的高中物理教材，多处表现出以“位移”取代“位置”的情况，有悖概念内在的逻辑地位，加之上、下位概念逻辑含混的表述术语等，对学生而言，会阻碍物理大概念的进阶，不利于机械运动观念的形成.

（二）重整实验教学内容

建议将新教材第2节中的“位移和时间的测量”“位移时间图像”和实验“练习使用打点计时器”三部分内容与第3节中的实验“测量纸带的平均速度和瞬时速度”和“速度时间图像”两部分内容整合为一节实验课，标题为“实验：用打点计时器测量研究运动”，置于第3节之后，用2课时完成.

若按照新教材的章节划分和课时建议，第2节“时间位移”的2课时教学任务划分为：第1课时完成概念教学，第2课时完成“位置时间图像”教学和实验测量.第2课时会很紧张，毕竟要认识和使用一个新的测量仪器，了解其结构和功能，掌握操作要领，获取清晰打点纸带，需要花费较长的时间，这样，从纸带上进一步采集记录数据、对数据进行处理、获得结论等就缺乏时间的支持了.而按照整合建议，有利于集中时间，合理分配，上好科学探究素养落实课.第1课时，重点落实对打点计时器结构和功能的了解，通过练习掌握操作要领，获取清晰打点纸带等目标;第2课时，重点落实对打点纸带的分析，包括采集记录数据，运用图像法对数据进行分析处理，解释图像，获得结论等.

新教材把“位置时间图像”编写在“位移和时间的测量”以及实验“练习使用打点计时器”之前，这样逻辑顺序不妥.建议将“位置时间图像”编排在“实验的数据处理方法”部分，这样的逻辑顺序，体现了科学探究的要素逻辑顺序，符合知识的内在逻辑，有利于学生核心素养的发展.

三、对实际教学逻辑的优化建议

以下优化建议，基于相关学习理论，不必拘泥于教材.

（一）引发深度学习

引发学生的深度学习，教师要做几件事：第一，确定学生自觉发展的“最近发展区”;第二，确定通过什么样的内容来提升、发展学生，即转化教学内容，提供恰当的“教学材料”;第三，帮助学生“亲身”经历知识的发现与建构过程，使学生真正成为教学的主体[4].下面以“质点模型建构”的教学为例进行阐述.

笔者发现，大多数学生在学习质点之前，具有根据问题性质判断是否能把物体看作一点的潜能.基于此认识，笔者设计了“质点模型建构”的教学逻辑层次：

（1）要求学生认真观察老师的运动（从讲台左侧出发，沿课桌间过道按U字形路径走到讲台右侧）.

（2）请学生在纸上画出老师的运动路线示意图，把纸面当作地面（绝大多数学生都画出U字形图线）.

（3）请一学生把图画到黑板上.提问：“他画得对不对？在画老师的运动路线示意图时，你用什么表示老师？”

（4）提问：“请同学们比较一下，各自用的笔芯粗细都是一样的吗？笔芯粗细和粉笔的粗细比较一下，相同吗？不同粗细的笔点出的点的大小一样吗？大家想一想，在描述老师的运动路线这个问题中，表示老师的点的大小有必要考虑吗？”

（5）引导：“以后大家会明白，老师的质量是不可忽略的，但在刚才的问题中，老师的大小和形状是不必考虑的.这样，在刚才的问题中，可以把老师看作是一个有质量但没有大小和形状的点，这样的点叫作质点.

（6）提问：“老师跳舞是不是运动？如果让你评价老师舞跳得好不好，能否把老师看作质点？同学们刚才都表现出具有把物体能否看作质点的判断能力.”

（7）引导并提问：“请观察，教师拿起讲台上的一个粉笔盒和一只遥控鼠标，并把它们靠在一起.请问它们的距离是多少？”（学生回答“0呗，这还用问！”）

（8）引导并提问：“生活中这是一个简单的问题，没错，答案是零！但每个同学都来推敲一下，这样的答案是否无懈可击，你能否发现它不够严谨的地方？”

（9）总结：“这两个物体的各部分距离不是0，回答是‘0，显然不够严谨科学，科学地回答这两物体的距离应该是：最近部位距离是零，不同部位之间有无数组距离值.”

（10）引导学生观察教师的行为——把粉笔盒置于门口，把鼠标置于教室后面某一位置，然后再问：“这时，两者之间的最近距离、最远距离以及任意两个部位之间的距离差别大不大？这时，如果让你科学测量两者之间的距离，你会测量许多组数据吗？”

（11）引导学生再观察教师的行为——推动可移动黑板（平动），提问：“如何用刻度尺测量黑板移动的距离？”

学生的最近发展区为：从潜能“根据问题判断能否用一点表示物体”到“根据问题判断能否把物体看作质点”的模型建构能力.教师提供的“教学材料”为三个结构化事实情境：教师按U字形运动和跳舞、摆放好的粉笔盒和鼠标、黑板平移.这是以“问题”为手段，帮助学生“亲身”经历知识的发现与建构过程.

（二）促进意义建构

根据建构主义学习理论，笔者认为，教学活动过程是为学生提供已有认知结构（图式）与问题情境发生作用的过程，是运用问题打破已有的认知平衡后，学生主动通过同化和顺应两种方式，建构新的认知结构（图式），从而达到新的认知平衡的过程.下面以“促进‘位移概念的意义建构”教学为例进行阐述.

新、旧教材和实际教学，对学生学习“位移”的前概念认知不足.不少学生潜意识里认为路程能描述位置的变化量，教材的教学逻辑未打破学生的原有认知平衡，因而学生难以主动对“位移”进行意义建构，只是一种被动的机械接受.

首先，要根据顺应机制，通过创设情境和问题导向，使学生认识到路程无法描述位置的变化量，打破其原有认知平衡，激发其探究“描述位置的变化量的概念”的学习动机.其次，运用同化作用，利用学生长期形成的基本观念“根据变化前的量和变化量，能够获得变化后的量”为支点，寻求“描述位置的变化量的概念”具有怎样的本质内涵.这样，通过顺应与同化交互作用，能够实现位移概念的意义建构.在这样的意义建构学习过程中，学生就能发展科学论证、类比、抽象概括、质疑创新等思维素养.具体教学过程如下：

（1）教师提问：“请回顾并表述路程是什么？”学生回答，教师板书.

（2）教师提问：“路程随运动时间变化吗？怎样变化？”学生回答，教师板书.提问：“什么是机械运动？”教师强调：需要描述“位置的变化”.

（3）教师引导：“请同学们观察老师推手的过程，比较‘手的位置变化有什么不同.”教师演示：第一次推手和第二次推手（两次推手的位移不同）.学生观察、回答：“幅度不同;路程不同;末位置不同……”教师统一认识：“‘位置的变化量不同.”教师再演示：第三次推手和第四次推手.学生观察、回答：“手的位置变化快慢不同.”

（4）教师引导：本节学习描述位置的变化量的概念，下一节学习描述位置的变化快慢的概念.教师提问：“路程能不能表示位置的变化量？请举证说明你的观点.”学生发表意见，思考如何举证.教师举证：“一年前老师的体检报告显示体重为78千克.拿到今年的体检报告，老师发现体重减了5千克，请问老师体重变为多少千克？这个事例包含的道理是什么？”学生发表看法.教师点明论据：“如果知道变化前的量和变化量，根据相关知识，应当判断出变化后的量.”教师提出假设——路程能表示位置的变化量，并创设情境，提出问题：“老师从这个已知位置出发，走了15米路程，请问老师到达哪个位置了？”师生得出结论：“路程不能表示位置的变化量.”

（5）教师提问：“能够表示位置的变化量的物理概念究竟具有怎样的本质内涵？”教师结合画图提示：“假如初位置A和末位置B都已知，请思考，我们至少需要哪些必要的信息，才能根据初位置，准确判断末位置呢？”师生概括：“需要初位置和末位置的距离和末位置相对初位置的方向.”教师提问：“请同学们思考，能否把这两个信息集合成一个数学化的表达？”师生概括：“集合成从初位置指向末位置的有方向的线段.可见，初位置指向末位置的有向线段具有表示位置的变化量的功能，它被称作位移.”

（三）铺设次级进阶

笔者尝试借鉴美国科学教育的学习进阶理论，在课堂教学实践中有效落实物理核心素养导向的目标，提出“学习次级进阶”的构想.其教学逻辑设计包括：次级进阶变量;进阶起点;进阶终点;次级进阶的阶层与脚踏点.对此，笔者曾以“速度”概念教学的进阶逻辑设计为例进行示范[5]，也曾探索基于建构主义学习理论的“速度”教学异构[6].其实，无论是促成意义建构，还是铺设次级进阶，都能引发学生的深度学习，因此，我们应当兼收并蓄、取长补短、融会贯通地借鉴各种教育教学理论，不断优化教学逻辑，有效落实物理核心素养的培育.[□][◢]

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]浙江省基础教育课程改革专业指导委员会.浙江省普通高中学科教学指导意见：物理[M].杭州：浙江教育出版社，2014：10.

[3]彭前程.人教版《第一章运动的描述》编写说明[J].中学物理，2019（15）：7-9.

[4]刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养（理论普及读本）[M].北京：教育科学出版社，2018：11.

[5]张惠作.基于学科核心素养和学習进阶的高中物理教学逻辑设计[J].中学物理，2018（7）：8-10.

[6]张惠作.“运动快慢的描述——速度”教学异构[J].物理教师，2009（11）：5-6.