摘 要：本文以苏科版物理“速度”的概念教学为例，对物理教学五步法进行探讨.五步法教学融学科课程和活动课程于一体，融品格教育与“STEM”教育[1]于一体.前三步（启发、探寻、反思）立足于课内，第四步（设计）横跨于课内外，第五步（实践）着眼于课外.其教育宗旨是：为了提升学生适应终身发展和社会发展需要所具备的品格和关键能力[2]，为了科技创新型人才能够脱颖而出.其概念教学的策略是：在“启发”中引入概念，开发学生智力，在“探寻”中建立概念，激发学生学习动力，从“反思”中巩固概念，内化为学生品格，在“设计”中深化概念，提升学生动手操作能力，在“实践”中创新概念，升华为学生的创造品质.

关键词：初中物理;概念教学;五步法

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）02-0029-04

基金项目：南通市教育科学“十三五”规划课题“指向科学素养的初中实验教学转型研究”（项目编号：GH2018081）;江苏省“十三五”教育科学研重点资助课题“生本理念下的初中课堂问题链设计研究”（项目编号：E-a/2018/02）.

作者简介：陆建忠（1970-），男，江苏海门人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理课堂教育、实验教育实践研究.

习近平总书记最新指出：我国要在科技创新方面走在世界前列，必须大力培养造就规模宏大、结构合理、素质优良的创新型科技人才[3].

物理学作为一门以实验为基础的学科，以其自身特点，在培养学生的创新意识、探索精神以及创造性思维等方面都具有其他学科无法比拟的独特魅力.因此，物理教学对科技创新人才的早期培养责无旁贷.而“速度“是苏科版物理教材中第一个以公式呈现的核心概念[4]，它对科技创新人才的早期培养起到首轮效应的作用.本文以速度的概念教学为例，对融学科课程和活动课程于一体的物理教学五步法（启发、探寻、反思、设计、实践）进行探讨.

1 启发——引入概念

1.1 设计意图

教师应当在启发引导的过程中培养学生观察、记忆、思维和想象等思维过程，在引入概念中开发学生智力.

1.2 教学片段

教师：同学们能否各用一个字说出“雷厉风行”和“慢条斯理”的含义？（启发思维）

生1：雷厉风行隐含“快”，慢条斯理表示“慢”，可进行快慢比较.

教师：说得好.这两个成语分别表达不同个体性格特征的不同，其关键词就是快慢.其实，快慢比较在日常生活中屡见不鲜，请同学们举一些具体实例加以说明.

生2：在上星期的校运动会上，第三跑道的原百米冠军王强却跑在其他人后面，跑在后面显然说明他跑得比别人慢.（观察法）[在观察中发现]

生3：从猎豹追赶鹿的图片中，可以想象出猎豹能追上鹿，说明猎豹在相同的时间里比鹿跑的路程多，因此，猎豹比鹿跑得快. [在想象中思维]

生4：刘翔在雅典奥运会上打破110米跨栏的世界纪录，为中国人争光.刘翔在相同的路程里，跑的时间短，说明刘翔比其他运动员跑得快.[从记忆中提炼]

教师：同学们是否能从上述例子中归纳出比较运动快慢的方法？[在思维中归纳]

生5：观众采用相同时间比路程的方法，判断跑在前面的运动员跑得快;裁判是用相同路程比时间的方法，判断跑到终点用时少的运动员跑得快.（控制变量法）

教师：这是相同地点不同物体之间进行的比较.那么不同地点不同物体之间又该如何比较？（在激疑中进入五步法教学的第二步）

2 探寻——建立概念

2.1 设计意图

教师从激发学生的动机、兴趣、情感中探寻，在建立概念中力图使学生将所学知识内化为学习动力.

2.2 教学设计

教师可以让同学列举一些不同地点不同物体的具体实例加于说明.（激发动机——求知欲）

2.2.1 探寻方案

方案一：创设动物运动会的情境（激发学生学习兴趣）：来自于海陆空三军代表队冠军之战.海军代表队的旗鱼、陆军代表队的猎豹和空军代表队的褐海燕，比賽成绩见表1.

控制时间相同，采取路程比时间的方法.用表1数据的比值进行比较，由比值的计算可知：旗鱼、猎豹和褐海燕的比值分别为30、40和83.3.其比较的本质就是相同时间内比较三者通过的路程，显然比值大的运动快，褐海燕飞得快，旗鱼游得慢.

方案二：创设国际奥运会的情境（激发学生情感）：来自中国的110米跨栏、400米自由泳和10000米长跑这三个项目的金牌得主之赛.刘翔的成绩为12秒9，孙杨的成绩为3分43秒68，王军霞的成绩为30分49秒30.控制路程相同，采取时间比路程的方法.用三位世界冠军破记录成绩的比值进行比较.可得刘翔、孙杨和王军霞的比值分别为0.11、0.56和0.18，其本质是相同路程比时间.显然比值小的运动快，刘翔跑得快，孙杨游得慢.

2.2.2 科学比较

方案一得出的结论为：比值越大，运动越快，方案二得出的结论为：比值越小，运动越快.与方案二相比，方案一比较符合人们常规的思维习惯，由此建立速度的概念（对比法）.

2.2.3 建立概念

定义方法：速度是通过科学比较后得到的新发现，生成的一个新概念，它用单位时间内通过的路程加以定义.采用的是比值定义法[5]，就是用两个已知物理量相比的方式来定义一个新的物理量的方法（比值法）.

统一标准：在使用公式v=s/t的计算过程中，v、s、t这三个物理量的单位应统一.速度的国际单位是m/s，常用单位是km/h，二者之间换算关系为1m/s=3.6km/h（公式法）.

物理意义：速度是描述物体运动快慢的物理量，是路程随时间的变化率.轿车在高速公路上的运动可视为是速度不变的匀速直线运动（模型法），若其速度为120km/h，则表示小轿车在1h内通过的路程为120km.

实验测量：让二位学生（一男一女）相向站立在讲台前地面上铺有皮尺的0和5米的刻度处（实验法），六位学生（代号分别为A、B、C、D、E、F）的左右手各持一个秒表，分别侧向站立在皮尺的0、1、2、3、4和5米的刻度处，教师发出命令的同时六位学生开始调零，二位学生相向出发，做缓慢的运动，即匀速直线运动，六位学生左、右手所持的秒表分别记录男、女同学经过该处的时间，还有2位学生分别将测量数据记录在黑板上已经设计好的表格中，见表2（表格法）.

数据处理：让学生用方格纸将表中的数据画成路程随时间变化的图像，如图1所示.两图像的交点为两同学相向运动的相遇处.这是用图像的方法来描述速度，图像为直线，表示速度不变，两位同学做匀速直线运动 （图像法）.

3 反思——巩固概念

3.1 设计意图

教师在知识、方法、思想、观念的教育过程中使得学生有所反思，在巩固概念中内化为自身品格.

3.2 教学设计

知识教育：由速度的定义—公式—单位—意义—测量—应用，致力于帮助学生形成系统的知识体系.

方法教育：从观察法（通过观察得出结论）—控制变量法（同中求异、异中求同）—对比法（科学比较二种探寻方案）—比值法（定义速度）—公式法（定量描述运动物体的时空关系）—模型法（匀速直线运动）—实验法（实验探究运动物体的时空关系）—表格法（用表格数据研究运动物体的时空关系）—图像法（用图像研究运动物体的时空关系），帮助学生形成方法线.

思想教育：将方法线浓缩，提升为由比较思想（控制变量法、比值法、对比法）—数学思想（表格法、公式法、图像法）—理想化思想（模型法），引导学生形成思想线.

观念教育：将思想线浓缩，锤炼为时空观（比较思想、数学思想、理想化思想）.函数图像的建立过程就是对时空观教育的最好时机.直角坐标系描述的是最简单的时空关系，其中横轴描述时间，纵轴描述空间（路程），图像描述的就是运动物体时空的定量关系（速度），是路程随时间的变化率.

4 设计——深化概念

4.1 设计意图

教师从渗透人文、科学、艺术等核心素养的理念中设计教学流程，学生在深化概念的过程中内化为综合能力.

4.2 教学设计

4.2.1 速度的应用（课内计算）

（1）情境：引导学生在如图2所示的国画情境中，感悟艺术的魅力.体验李白诗句“朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还，两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”中的物理意境.

（2）创新：李白早晨乘船从白帝城出发，傍晚到达千里外的江陵，船速为多少？（渗透人文素养，内化為学生的创新能力）

（3）概括：已知s=500km（千里），t=12h（一日），求v.（渗透数学素养，内化为学生的概括能力）

（4）计算：v=s/t=500km/12h=41.7km/h.

4.2.2 速度的测量（可延伸至课外）

（1）器材：两端开口、壁上标有刻度、长度为80cm的玻璃管，两个塞子可将玻璃管的两端密封，内部装满水，并恰好留下一个小气泡.如图3所示.

（2）测量：充水玻璃管中气泡上升的速度.

（3）探究：充水玻璃管中气泡的运动速度v与玻璃管水平倾角θ的关系.（渗透学科核心素养，内化为学生的探究能力）

（4）结论：塞子可调节气泡的大小，玻璃管的水平倾角可调节气泡的速度，水平倾角θ越小，气泡运动的速度就越小，气泡的运动越接近于匀速直线运动.

4.2.3 定义新概念（课外拓展）

（1）灵感：源于国际青少年创新设计大赛对南极科考站的结构设计，原创性地利用比值法定义结构模型并设计两个指标——承载率和容积率，本文只定义其中的承载率.

（2）定义：结构模型能承载压物的最大质量M与其自身质量m的比值（具有原创性）.

（3）公式：P=M/m，其单位为千（k）.

（4）意义：承载率是描述结构模型在承载测试情况下的压力效应.就南极科考站结构模型的设计而言，其实际意义是对南极科察站抵抗屋顶积雪和其他设施自重能力的效益评价.其设计目的是为了追求设计效益的最大化，凸显的是用最少投入获取最大效益的设计理念.

5 实践——创新概念

5.1 设计意图

教师在科学、技术、工程和数学（STEM）等教育理念的渗透中设计实践活动，并将其内化为学生的创造力.

5.2 教学设计

结构模型承载率的实验探究.

猜想：承载率可能与结构模型底面正多边形的边数、边长、柱体的高度、制作的材料、结构等因素有关.

器材：如图4所示，为学生设计制作的A、B、C、D、E五组结构模型;如图5所示，为测试器的设计图，安全支撑物是为防止结构模型发生较大形变时被承重板压坏而设计.安全圆柱是为保证逐渐增加的杠铃片始终位于被测试结构模型的中心，用杠铃片作为压物的优势在于直接读出压物的质量;如图6所示，为测试器实物图及其操作步骤.

测量：加载至模型变形、承重板落在安全支撑物上为止，数出杠铃片有效片数和承重板质量，计算出压物的总质量.再用电子秤测结构模型的质量，最后按公式P=M/m计算得出承载率，见表3.

结论：分析表3中的数据，可得出如下结论：（1）结构模型的承载率随着正多棱柱棱数的增加而增大;（2）圆柱体可以看成是棱数无限多的正多棱柱，所以，圆柱体结构模型的承载率最大，三棱柱结构模型的承载率最小;（3）四棱柱、五棱柱、六棱柱结构模型的承载率变化差距不大;（4）用承压力大、密度小的材料制作的结构模型，其承载率大;（5）高度低、边长小、整体性好的结构模型，其承载率也大.

应用：根据上述探究结论，再对照实际，发现：（1）现实中基本不存在三棱柱结构的建筑物或构筑物;（2）四棱柱结构的民居较为普遍，如住宅小区的建筑基本上是四棱柱结构;（3）五棱柱和六棱柱结构在亭、台、楼、阁中较为常见，如扬州瘦西湖中的五亭桥;（4）高层建筑和大型建筑大多采取整体性好的框架结构和具有强度高、密度小的新型材料;（5）在恶劣环境条件下施工的建筑，如高山上的庙宇或南极的科考站，通常采用梁柱结构，但为了确保其具有较高的“承载率”，其外形通常接近于圆柱形，如南极的泰山科考站的主楼.

物理教学五步法是为科技创新人才早期培养而设计的教学策略，它融学科课程和活动课程于一体，融品格教育与“STEM”教育于一体.其中的“启发”为概念的引入环节，通过启发学生的观察、记忆、思维和想象等思维以提高学生的智力水平;“探寻”为概念的建立环节，通过激发学生的动机、兴趣、情感来提升学生的动力水平;“反思”为概念的巩固环节，教师从知识、方法、思想、观念等教育入手引导学生进行反思，内化为学生的必备品格;“设计”为概念的深化环节，是课堂教学的延伸;从人文、科学、艺术等核心素养的渗透中内化为学生的综合能力;“实践”为创新概念环节，是对课堂教学的拓展，在科学、技术、工程和数学等相关学科的渗透中内化为学生的创造力.

参考文献：

[1]沈燕，刘世军.“五化策略”在初中物理概念教学中的应用——以“功”的教学为例[J].中学物理，2020，38（18）：54-56.

[2]陈志坚，杨巨英.高中物理概念教学的五步教学法[J].中学物理教学参考，2019，48（22）：2-3.

[3]张玉峰，郭玉英.围绕学科核心概念建构物理概念的若干思考[J].课程·教材·教法，2015，35（05）：99-102+75.

[4]王俊.基于比值定义法的教学逻辑建构物理概念——以“电场强度”为例[J].中学物理教学参考，2015，44（Z1）：42-44.

[5]余胜.高中物理概念教学“五步法”的尝试[J].中国教育技术装备，2009（05）：63-64.

（收稿日期：2020-09-16）