“冬奥”素材转化为物理教学资源的价值追寻与实践探微

王宇琪 荆 鹏 于海波

（东北师范大学物理学院，吉林 长春 130024）

2022年北京冬奥会成功向世界呈现了一场冰雪运动盛宴，吸引了广大青少年的关注.冬奥会赛场内外的冰雪项目、前沿科技、传统文化和疫情防控中都蕴含着诸多物理现象和物理规律，深入发掘并将其有机转化为教学素材引入物理课堂教学，既能让学生在新颖情境中利用所学知识解决真实问题，发展其核心素养，又能引导学生体悟冬奥会顺利举办的背后彰显的是大国担当和大国力量，激发其民族自豪感.本文将从发掘“冬奥”资源，整合转化为教学素材的现实意义和实施路径进行探微，并给出了素材转化案例，以期为挖掘“冬奥”素材转化为物理教学资源带来启发.

1 “冬奥”素材转化的价值追寻

1.1 创新素材呈现方式，实现冰雪竞技与物理教学的跨育融合

中共中央、国务院发布的《中国教育现代化2035》提出“更加注重学生全面发展，大力发展素质教育，促进德育、智育、体育、美育和劳动教育的有机融合”，［1］在物理学科的知识视域下去追问探析冰雪运动背后隐蔽的物理元素，在冰雪竞技的视觉盛宴中激趣引致回应“三亿人上冰雪”的体育号召.五育融合的育人理念，需要学科间的跨育融合，跨育融合是最接近真实情境的育人模式，它以问题解决为核心，完全打破学科知识壁垒，在实践中整体融合“五育”要素.［2］北京冬奥会运动项目繁多，为物理教学素材提供了更多优质的选择，也为实现冰雪竞技与物理教学的跨育融合创造了舞台，这对于促进学生基于真实情境下学科和跨学科问题解决能力的发展，促进学生素养的发展［3］具有重要推动作用.

1.2 突出情境真实禀性，指向必备知识和关键能力的落实培养

核心素养作为情境性的知识运用能力，蕴含着强烈的情境属性.［4］《中国高考评价体系说明》指出“情境”即“问题情境”，指的是真实的问题背景，是以问题或任务为中心构成的活动场域.［5］教师结合教学内容融通转化“冬奥”素材，将赛场内外的“冬奥+物理”融入教学实践，呈现学生所关注、教学相关联、内容有启发的真实问题情境，引导学生将所学知识学习迁移到新场域中运用新方法、解决新问题、获得新结论，在真实问题解决中掌握必备知识、培养关键能力、激活科学思维、提高科学探究意识.

1.3 厚植学生家国情怀，嵌入思政元素促成物理学科育人价值

中国向世界奉献了一届简约、安全、精彩的奥运盛会，为奥林匹克运动写下崭新篇章.［6］数万名志愿者在赛场内外传递爱和温暖，选手间相互切磋交流留下了许多动人时刻.正如奥组委主席巴赫所言：“奥林匹克精神之所以如此闪耀，得益于中国人民出色地搭建了安全的奥运舞台.本届冬奥会奥运村独具匠心，场馆令人叹为观止，组织工作非凡卓越.”搭建安全奥运舞台的背后是大国担当的体现，组织工作细致和场地设施完备是大国力量的彰显，“冬奥”素材转化为物理教学资源，创设情境优化教学，具有现实意义和价值引领作用，不应局限于让学生学以致用与融会贯通，通过教师的价值引导，可使其可以转变为一场“盐溶于水”式的爱国主义教育，是融合物理学科特色的思政育人.

2 “冬奥”素材转化的实践探微

2.1 冰雪项目的竞技赛场，蕴含着物理的“运动美”

《普通高中物理课程标准（2017年版2020 年修订）》强调不论是教学设计、教学实施还是学习评价中都应重视情境的创设.［7］以物理习题教学为例，将“冬奥”情境素材进行融通转化，构建了“冬奥”素材融入物理习题教学的路径图，［7］如图1所示.学生由冰雪运动情境建构相应的物理模型生成物理问题，最终转化为数学问题推导出结论.通过冬奥冰雪运动的情境再现激发学生对物理学习的兴趣，引导学生在真实的背景下运用必备知识和关键能力去解决实际问题，问题解决过程中我国奥运健儿的拼搏精神与取得的成绩，也是对学生进行民族自信心的浸染培养.

图1 “冬奥”素材融入物理教学的路径图

北京2022年冬奥会共设7个大项，15个分项和109 个小项，纷繁多样的运动项目背后蕴藏着多种物理规律，冰壶是集技巧和智慧于一体的体育运动，同时涉及动量、摩擦力以及物态变化等多种物理知识，也可将其转化为物理教学资源进行教学.

题目1.第24 届冬奥会于北京成功举办，具有“冰上象棋”之称的冰壶是比赛项目之一，如图2所示，蓝冰壶静止在大本营B点，红冰壶从A点径直推出，途径Q点，滑行一段时间之后，运动员在红冰壶前不断刷冰，直至两个冰壶发生碰撞.已知红冰壶在Q点的速度v=3 m/s，Q、B两点之间的距离L为24 m.从冰壶进入刷冰区域某时刻开始，冰壶碰撞前后的v t图像如图3所示.（两个冰壶均可视为质点，假设未刷冰区域两个冰壶与冰面之间的动摩擦因数恒定且相同，红冰壶在刷冰区域与冰面的动摩擦因数减小且恒定）

图2

图3

（1）请计算碰撞后蓝冰壶是否会滑出大本营；

（2）求红冰壶在刷冰区域滑行的距离.

本题再现了投掷冰壶的情境，在题干中呈现冰壶运动速度、运动距离等信息，据此设问，考查学生对动能定理、动量守恒、匀变速直线运动以及滑动摩擦力的理解，在解决习题的过程中，学生首先需要抓取题干信息，再依据信息分析运动过程，并结合所学运动学以及力学的知识，进一步运算出答案.既能让学生了解冰壶运动的相关知识，也考查了学生在真实情境中应用必备知识和关键能力去解决真实问题意识.

2.2 前沿科技的人工智能，凸显着物理的“技术范”

精彩的冰雪运动不仅是运动员之间的较量，同样是国家科技创新硬实力的展示.赛场内外的前沿科技应用提高了赛事水准，便捷了生活出行，此次北京冬奥会实现了多项技术首次使用.这些科技的进步离不开物理学的理论支持，教师可通过多元化渠道了解、发掘、转化奥运科技蕴含的物理元素，凸显物理学科在推动科技创新方面的独特价值，例如冰面变化小于0.1mm 的冰壶赛场、百米级气象预报技术、场馆全覆盖的5G、-40 ℃不熄灭的冬奥火炬、用航天材料打造的国产高性能雪车、体感-30 ℃仍可正常训练的冬奥战服等.

自动驾驶的“冬奥”复兴号动车组，在京张高铁上飞驰而过，强大的控制系统给乘客舒适的乘坐体验，经过一个个桥梁和隧道时，列车需要不断降速与提速.其中动车行驶过程涉及功率、动能定理和牛顿第二定律等物理知识.由此可见，“冬奥”复兴号动车组在运行中暗含着丰富的、可转化的物理教学资源，可将其应用在习题教学的情境创设中.

题目2.新型奥运版复兴号智能动车组依托京张高铁智能“复兴号”运营经验和先进技术，为北京冬奥会量身定制，具有智能、绿色、人文的重要特点.在世界上首次实现350km/h自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果.一列质量为m的动车，初速度为v0，以恒定的功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该功率下的最大速度vm，设动车行驶过程中所受到的阻力F不变，动车在时间t内

（A）做匀加速直线运动.

（B）牵引力的功率P=Fvm.

图4

2.3 传统文化的精神内涵，宣示着物理的“底蕴深”

横跨百年的冬奥谱系蕴含着丰厚的人文底蕴，传统文化与冬奥的融合彰显了华夏精神内涵.奥运会徽、吉祥物、奖牌、火炬以及场馆建设等都无不体现中华优秀传统文化与奥林匹克精神的完美契合.深入发掘“冬奥”中文化符号背后的物理元素，继而转化成物理教学资源既能让学生在感悟传统文化的底蕴中应用学科知识去解决真实问题提升迁移能力，也是培养学生对传统文化、传统思想价值的认同，坚定其文化自信.

2022年北京冬奥会开幕式上每个国家和地区入场时都有一个雪花引导牌，如图5所示，雪花的“花瓣”融入了“中国结”的设计元素，是中国传统文化和冬奥精神有机融合，每个代表团就像奥林匹克大家庭的一片小雪花，为了做到晶莹剔透、精巧不笨重，用LED 灯珠代替雪花和字母部分，其他部分用细钢丝支撑，利用光学原理来隐藏钢丝，为预防因断电导致字母缺失、雪花不亮的情况出现，团队采用五路供电的方式，即使3、4根电线出现问题，同样能正常发光.其中所涉及电路知识、力学规律与光的反射等内容都可以在教学中进行融通转化为素材资源.

图5 2022年北京冬奥会开幕式上的“雪花引导牌”

2.4 疫情防控的精准高效，依附着物理的“保护伞”

防疫是冬奥会工作的“重中之重”，在疫情严峻复杂的全球形势下，北京冬奥疫情防控的精准高效，是冬奥防疫和城市防疫的全面融合、一体推进，是中国防疫成果向世界的经验分享，更是大国担当和制度优势的价值肯定.疫情防控采用的新技术手段和防护原理都与物理学科密切联系.如体温监测、环境消毒、病原体检测等环节，都离不开防疫科技的助力.以“腋下创可贴”体温监测技术为例，其依托皮肤贴或创可贴，在腋下皮肤上固定智能体温计，将该设备绑定到App上，实现体温数据变化在手机页面的实时测量与后台上报.“腋下创可贴”的工作原理是基于一种可变量程的温度传感器，即通过温度传感单元来获取人体温度信息，通过数字换算输出一个数字信号来反馈人体的即时温度，这可以转化为人教版普通高中教科书物理选修2 中传感器一章中的教学资源.创设此传感器为真实情境的物理问题，让学生利用已有的知识图景，迁移分析来解决真实问题，更深层次体悟学科中物质观念和能量观念的重要意义.在条件允许的情况下，教师还可以引导学生进行简单传感器的设计与制作，让这一章的学习变成充满趣味、没有负担的物理课堂.

3 总结与展望

深入挖掘“冬奥”素材转化为物理教学资源，本质上是对学生在新情境下对物理知识迁移应用能力的探查，旨在培养学生关键能力以促成落实物理学科的核心素养.融通转化为优质的物理教学资源是一个需要不断实践、反思与改进的过程.在教学实践中要紧紧围绕“立德树人”的根本任务，指向物理学科育人价值，活用、巧用这些素材，为学生提供学以致用、融会贯通的问题解决情境，促进学生核心素养的提升.本文从“冬奥”会赛场内外竞技运动、科技人文和疫情防控等多维度进行了转化的价值追问和可行性分析，提供了案例参考，以期为广大一线教育工作者带来启发.