大单元视角下高三物理题组群教学探讨①——以“多体平衡”为例

焦彦平

(江苏省南京市六合区程桥高级中学，江苏 南京 211504)

1 问题的提出

“双减”背景下的中学物理教学肩负着减负增效的使命，而要真正实现减负增效，必须解决学生在物理学习中普遍存在的以下问题：一是碎片化，知识庞杂零散；二是站位低，下位知识居多；三是认知浅，表层化理解多。[1]这三个问题的存在导致学生难以在更大范围和更高层次迁移运用自己所学知识，也制约着减负增效目标的达成。如果在强调知识系统化、突出上位知识提炼、注重思维加深拓宽的高三物理复习阶段，仍不能很好地解决此类问题，不仅“双减”将举步维艰，也难以切实提高学生的物理学科核心素养。

2 问题的解决

大单元教学是指以学科大概念为核心进行整合性单元建构的教学模式，它以学科大概念为引领，依据课程标准和教材，对教学内容进行系统性单元建构、进阶式教学设计与目标达成评价，通过结构化、情境化、项目化的学习方式开展教学。[2]崔允漷教授认为：单纯知识和技能的掌握不能直接转化为学生的价值观念、必备品格和关键能力。核心素养的培养目标倒逼教学设计的变革，教学设计要从设计一个知识点或课时转变为设计一个大单元，学科核心素养呼唤大单元教学设计。[3]

题组群教学是实施大单元教学、提升学生解决问题能力的一个重要抓手，是指将围绕同一知识单元、针对不同物理模型的多个题组并列设置进行的教学。每一个题组由基础题、提高题、拓展题组成，有原型、有变式、有拓宽，按梯度层进式排列，纵向加深提高。多个题组之间相对独立、并列设置，互相补充完善，横向加强拓宽。

在“多体平衡”大单元教学中，按多体的组合方式可分为：推、夹、弹、叠、挂、连6种模型。针对每个模型设置一个题组，由此形成并列推进的6个题组，构成题组群。本文以推、夹、叠三个题组为例，阐述题组群教学的途径。

2.1 推(拉)

(1)基础题：如图1所示，质量为m的物体置于倾角为θ的固定斜面上，物体与斜面之间的动摩擦因数为μ，先用平行于斜面的推力F1作用于物体上使其能沿斜面匀速上滑，若改用水平推力F2作用于物体上，也能使物体沿斜面匀速上滑，则两次的推力之比为多少？

图1

(2)提高题：如图2所示，两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上。关于斜面体A和B的受力情况，下列说法中正确的是( )。

图2

A.A一定受到4个力

B.B可能受到4个力

C.B与墙壁间一定有弹力和摩擦力

D.A与B之间可能不存在摩擦力

(3)拓展题：如图3所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O点为球心，一质量为m的小滑块在水平力F作用下静止于P点，设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ，下列关系中正确的是( )。

图3

A.F=mgtanθ

针对多体平衡的推(拉)模型，先是选择接触面为斜面，由水平推动到倾斜推动、再竖直向上推动，后是选择接触面为弧面的题目，创设演化情境链，构建纵深问题串，形成从基础到提高、再到拓展的层进式题组。

2.2 夹

(1)基础题：图4甲所示为某公司研制的“双动力智能型救援机器人”(又被称为“麻辣小龙虾”)，其长长的手臂前端有两个对称安装的“铁夹”。在某次救援活动中，“麻辣小龙虾”用铁夹恰好能竖直抓取到重力为G的长方体水泥制品，水泥制品在空中处于静止状态，如图4乙所示，则下列说法中正确的是( )。

图4

A.水泥制品受到的摩擦力大小一定等于G

B.水泥制品受到的摩擦力方向可能竖直向下

C.若铁夹的位置稍向上移，水泥制品受到的摩擦力会变大

D.若增大铁夹对水泥制品挤压，水泥制品受到的摩擦力变大

(2)提高题：如图5所示，内壁光滑的“V”形容器AOB放在水平地面上，∠AOB为锐角，贴着内壁放置一个铁球，现将容器以O点为轴在竖直平面内逆时针缓慢旋转90°，则在转动过程中( )。

图5

A.球对OA的压力逐渐增大

B.球对OA的压力先增大后减小

C.球对OB的压力逐渐增大

D.球对OB的压力先增大后减小

(3)拓展题：如图6所示，某同学参加“用筷子夹玻璃珠”游戏，夹起玻璃珠后，左侧筷子与竖直方向的夹角θ为锐角，右侧筷子竖直，且两筷子始终在同一竖直平面内使玻璃珠静止，忽略筷子与玻璃珠间的摩擦。下列说法中正确的是( )。

图6

A.两侧筷子对玻璃珠的合力比重力大

B.两侧筷子对玻璃珠的合力比重力小

C.左侧筷子对玻璃珠的弹力一定比玻璃珠的重力大

D.右侧筷子对玻璃珠的弹力一定比玻璃球的重力大

针对多体平衡的“夹”模型，先是对称式左右夹，接着是上下夹，而后是紧密结合生活实际的非对称式左右夹，创设演化情境链、构建纵深问题串，形成从基础到提高、再到拓展的层进式题组。

2.3 叠

(1)基础题：如图7所示，是热狗叠放的简化模型：一根热狗静止在两根水平放置的平行圆柱上，将热狗视为质量为m的匀质圆柱体，若热狗和圆柱截面的半径均为R，两柱轴心的间距为2.4R，不计摩擦，热狗对每根圆柱的压力大小为( )。

图7

图8

① 未拉A时，C受到B作用力的大小F；

② 动摩擦因数的最小值μmin。

(3)拓展题：如图9所示，叠放在水平地面上的4个完全相同的排球质量均为m，相互接触，球与地面间的动摩擦因数均为μ，则( )。

图9

A.上方球与下方三个球间均没有弹力

B.下方三个球与水平地面间均没有摩擦力

C.水平地面对下方三个球的支持力均为mg

D.水平地面对下方三个球的摩擦力均为μmg

针对多体平衡的“叠”模型，分成一般重叠、对称重叠两类。对于对称重叠，从三体到四体，平衡力从竖直平面变化到立体空间，创设演化情境链，构建纵深问题串，形成从基础到提高、到拓展的层进式题组。

针对推、夹、弹、叠、挂、连6种模型分别设计6个题组，并列构成题组群，开展“多体平衡”大单元的题组群教学。在大单元视角下运用题组群教学，每个题组内纵向加深提高，多个题组间横向加强拓宽，通过精心创设情境链、构建问题串、搭建进阶点，使学生关键能力从单线向平面铺开、从平面向空间扩展，促进深度学习，培养学生的高阶思维，提高解题能力(图10)。

图10

3 结语

从以上大单元视角下高三物理题组群的教学设计案例中我们不难看出：大单元视角下的题组群教学有利于整合物理观念。从整体进行教学设计，突出学科知识间的联系，减少知识碎片化现象。有利于学生加深学科大概念的理解，形成以大概念为统摄的学科结构化知识，并转化为解决问题的关键能力。它是解决当前学生在学习物理知识时普遍存在的问题的有效途径，也是促成物理教学减负增效、提高学生的物理学科核心素养的重要手段。