摘 要：基于学习进阶理论，在教学过程中教师应根据学生的认知和思维水平，结合学科的逻辑特点，设计“五层进阶式”教学模式的问题链模型，从原始问题到物理模型构建，从单一知识到大单元知识，从知识传授到能力和思维培养，最后达成情境的迁移能力，让学生真正达成课程标准要求的学业质量5级水平.

关键词：学习进阶;问题链;平抛运动;教学模式

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）13-0028-04

基金项目：2020年浙江省桐乡市教育科学规划立项课题“‘牛顿运动定律中核心概念支撑及学习进阶的探查与转变”（项目编号：2020tb015）.

作者简介：黄文俊（1981-），男，湖北荆州人，本科，中学高级教师，研究方向：新教材教学及浙江省新高考命题.

在高中物理学习中，重要的不是会做多少难题，而是学会提出问题——提出饱含科学思维水平的高质量问题.学习进阶理论将科学解释分为“初锚”“终锚”以及反映不同认知水平，通过“初锚、终锚”的中间水平的“阶”，一步一个台阶地“进阶”去解决问题，各个“阶”以问题的形式呈现，与学生的浅层次与深层次的思维活动连接起来，搭建出符合学生认知水平的“最近发展区”，从而精准地、有效地促进学生科学思维水平的发展.本文以“平抛运动”的新课教学为例，探讨基于学习进阶理论的“五层进阶式”教学模式的高中物理问题链的设计.

1 “平抛运动”学习进阶的目标与路径规划

1.1 平抛运动学习的进阶起点——初锚

1.1.1 平抛运动学习进阶的“初锚”

依照课程标准（2020年修订）学业质量1级水平要求，学生能初步了解所学的物理概念和规律，知道得出结论需要科学推理，知道质疑和创新的重要性.在“平抛运动”的教学过程中，不同水平的问题链设计起点可以从“扔飞镖”或者“扔沙包”这样的简单又有趣的生活情境出发，这样既可以让学生感受物理并不遥远，抹平物理与学生心理上的鸿沟，又能理解原始问题所需的物理知识，贴近学生初始的理解水平，从而让教师能够设计各个“阶”需要的物理知识.

1.1.2 平抛运动学习的进阶终点——终锚

学业质量5级水平是要求学生能综合应用所学的物理知识灵活解决实际问题;能从多个视角审视检验结论，解决物理问题具有一定的新颖性.在平抛运动的教学过程中，问题链的最高层次应该是能够培养学生不仅可以将新情境中综合性物理问题拆解、推理和重构，并对结论提出解释或质疑的能力.例如，在体育赛事中关于平抛运动问题的讨论，或者是斜抛运动模型等，侧重于考查学生对综合性物理问题全面的思考及对证据合理性的判断能力.

1.2 “平抛运动”学习进阶层级的设计与规划

平抛运动是人教版2019年版新教材“第五章抛体运动”的核心内容，是曲线运动的一个重要运动模型.研究平抛运动需要掌握曲线运动的条件及会判断曲线运动物体的速度方向，掌握利用运动的合成与分解的规律来研究平抛运动的规律.其中间的进阶层级跨度比较大，对中间水平或现有知识储备的高中学生而言是有一定难度的.

因此，平抛运动的问题链设计需要确定合适的层级，层级之间的跨度要遵守“最近发展区”的相关理论.问题链的“阶”的梯度设置要适当：梯度高了，违背学生的认知规律，这样的“阶”毫无意义;而梯度太小，又失去了“阶”的作用，不能构成有效的问题链.参照课程标准中学业质量水平5个等级的划分，本课例的问题链设计中，其每一个层级大致对应着课程标准中的每一个水平等级.

1.3 基于学习进阶的“平抛运动”问题链设计模型

基于进阶理论的“五层进阶式”教学模式的问题链设计如图1所示，依据以上对平抛运动的学习进阶目标分析与重难点的层级规划，问题链的层级、进阶水平、表现期望的设计见表1.

2 学习进阶视域下的教学实践与对策

2.1 进阶1（经验层级）——基于实际情境的原始问题

原始问题：把物体抛出去后，其运动轨迹是什么样的？它的速度如何变化？物体在运动过程中其受力与速度的关系是怎样的？

设计意图：这是一个包含很多干扰因素的生活化场景的问题，问题本身具有开放性.每个同学的生活经历不同，得出的答案就会不同.将生活场景中的物体的运动与曲线运动知识建立联系，将进阶的“初锚”与解决问题的先行知识起点统一起来，这对降低进阶起点的难度是有益的.

2.2 进阶2（映射层级）——从原始的问题向物理问题的进阶

将一个包含很多干扰因素的开放性问题纯化为物理问题，需要一定的物理起始条件，学生将物理现象向物理问题转化的过程中，就是排除干扰因素、提炼物理模型的过程.

物理问题：如图2所示，在塑料瓶的底部插一根水平放置的细管，然后瓶中装满水，打开瓶口，水会从管口水平射出，在空中形成弯曲的细水柱，研究细水柱的轨迹.如果要调节细水柱射出点到落地点的距离，可以有哪些措施？

设计意图：依据学业质量2级水平的要求，利用学生生活经验，在熟悉的问题情境中构建简单的物理模型，并解决问题.相比之下，构造的理想模型更直接指向平抛运动的特征.本问题中，调节水柱落地点远近的问题的回答相对固定.

2.3 进阶3（关联层级）——从单一知识向单元知识进阶

依据学业质量 3 级水平的要求，对综合性问题进行分析和推理，获取结论并作出解释.平抛运动的教学中，我们可以利用运动的合成和分解知识，通过实验探究寻觅水平位移与竖直位移的关系、水平速度与竖直速度的关系，探究速度与位移之间的关联，将来还要结合多种运动、涉及功能关系并利用数学函数进行讨论等，做到从单一知识向单元知识进阶（考慮主要是新授课，下面进阶问题暂不涉及功能关系等比较复杂的情形），其设计的进阶问题如下.

进阶问题1：如图3所示，在摩托车赛道上，水平路面的前方有一个壕沟，壕沟两侧高度差为0.8m，水平间距为5m.若忽略空气阻力，取重力加速度g=10m/s2，摩托车水平飞出的速度至少要多大才能越过这个壕沟？摩托车刚好越过壕沟时速度方向与水平方向的夹角是多大？

设计意图：层层推进，拾级而上.教师通过进阶问题1，利用运动的独立性去理解平抛运动在互相垂直的两个方向上的运动规律，从数学推理的角度上构建平抛运动模型，从而使学生建立完善的平抛运动模型.使得学生对平抛运动的理解更加理性，知识体系趋于完善.

进阶问题2：2022年北京将迎来中国历史上的第一次冬季奥运会.跳台滑雪是冬奥会的传统项目，其运动过程可以简化成如图4所示的模型.运动员从雪坡斜面顶端A点以不同的初速度水平飞出，分别落在斜面上B、C点，AB=BC，落到B、C点对应的起跳初速度分别为v1、v2，下落的时间分别为t1、t2，不计空气阻力.

问题1：求两次下落的时间之比.

问题2：求两次落在斜面上时速度方向与斜面的夹角之比.

问题3：求两次落在斜面上时速度的大小之比.

设计意图：在进阶问题2中，初步建立起的科学模型放置到复杂的问题情境中，寻找速度方向与位移方向之间的联系，进而实现对知识的整合验证与运用，有助于学生提高对复杂的平抛运动的判断、分析和推理能力，進而建立起平抛运动的完整模型，进阶实现能级提升.

2.4 进阶4（系统层级）——从传授知识转向高阶思维的进阶

系统层级设计要求教师除了针对知识设计的问题链以外，还应具备知识转向智慧的意识，教师对问题链的设计更应具备培养学生解决未知问题的关键能力和训练学生的未来改造自然的高阶思维的意识.

进阶问题3：如图5所示，一长木板倾斜固定放置，其倾角为53°.一弹性小球A，从与木板上端等高的位置处自由释放（h=8m），小球落到木板上反弹时速度大小不变，碰撞后小球沿水平方向飞出，小球恰好落在木板的底端，不计空气阻力，取g=10m/s2.

问题1：小球与木板碰撞后的飞行时间.

问题2：碰撞点到木板底端的距离.

设计意图：通过几何图形寻找平抛运动的位移或速度的约束关系，从而找到问题的突破口.设计本问题的出发点是锻炼学生结合数学知识解决问题的能力，对学生高阶思维的训练起到一定的积极作用.

进阶问题4：图6为两个棒球均以20m/s的初速度大小被击出后的轨迹示意图（每一条轨迹都可视为以相等速度向相反方向做平抛运动的轨迹拼接而成），其中A、B轨迹分别对应初速度方向与水平面成60°角和30°角.假定空气阻力不计，g=10m/s2.

问题1：两个棒球的飞行时间之比.

问题2：轨迹A、B最高点距离地面的高度之比.

问题3：轨迹A、B对应棒球的水平射程之比.

设计意图：在知识上使学生对平抛运动的模型理解更为深邃，能力上不仅学会处理平抛模型，还了解斜抛运动的处理思路，达到知识能力的进阶，这个构建过程不仅是知识的拓展，更是学生科学思维能力和核心素养水平的提升.

2.5 进阶5（整合层级）——从解决物理问题向实际情境迁移

经历了水平1到水平4的问题链，学生从经验出发，经历去情境化、搭建理想模型、使知识大单元化、逐渐指向关键能力和高阶思维培养等层层进阶问题.但仅仅这样，思维水平或核心素养的能力仍未达到进阶问题链设计的“终锚”.学生利用之前系列问题习得的方法与策略，将解决问题的能力在未知的新的实际情境中展现，这样学业质量水平才能达到学业水平5.

知识体系整合：垒球练习机是一个很好的辅助练习者练球的工具.图7为练球机的实物图，图8为图7的简化示意图.设球桌面ABCD的AB边长为L1，BC边长为L2，球网JK位于桌面的正中间，网高为h.发球机简化为EF，其中E点固定在AB边的中点，F点为垒球发射点，EF 始终保持竖直于AB，高度为H（可调）.垒球看成质点，每次均从F点水平发射，发射方向可以在水平面内任意调整.不计空气阻力和周围环境对垒球运动的影响，若球擦网而过时不计球和网之间的相互作用，不考虑垒球的旋转.

问题1：要让垒球能越过球网，求最小发射速率.

问题2：垒球的发射速率超过多少时，垒球一定会落在边界CD之外.

问题3：调整H和h的高度，若球以垂直于AB边的方向发射能够擦网而过后直接落到CD边上，是否能适当调整发射方向，只要是落在CD边界上的球一定是擦网而过.

设计意图：新情境问题侧重于考查从具体的情境剥离干扰因素，建构平抛运动模型，并综合考虑各种约束因素的综合分析问题的能力.高中生很多都有在游乐场游戏中获取经验的类似经历.解决这个问题的核心思维方式和策略与平抛运动模型，并没有什么区别，但实际上，垒球机还涉及游戏规则和部分空间几何知识.完成这样对科学思维水平有很高要求的新情境问题，才能表明学生达到学业水平5，到达预期进阶的终点.

3 进阶难点的突破与核心素养的发展

问题链设计的中心工作，应该是时时刻刻指向知识的重难点，真真切切地立足于方法策略的持续生成，全力为解决学生存在的思维障碍设计“真问题”.

3.1 克服经验思维，促进科学思维发展

平抛运动是学生们接触的第一个曲线运动模型，与直线运动的处理方法有很大的不同，因此平抛运动的教学重难点是克服直线运动教学的经验思维，帮助学生们在心理上接受并运用运动的独立性和等时性来学习处理平抛运动问题.

在面对二维的平抛运动问题时，学生们往往会依据生活经验作出判断，为了打破学生的经验思维，可以通过“观察传统实验进行猜想并作出假设—通过实验主动探究、分析实验中存在的误差—得出规律”，利用科学探究过程培养学生的观察能力，进而提升学生的逻辑思维能力，让学生在探究中逐渐形成实事求是的科学态度，最终促进学生的物理科学思维水平的提升.

3.2 关键概念理解，促进迷思概念转变

在平抛运动的教学中，各个不同的进阶层级中都有对应的学生普遍表现出来的迷思概念，教师通过多角度考虑设计进阶变量，帮助学生扭转迷思概念.

例如，将物体水平抛出，根据其规律可以推导物体运动的速度方向与位移的方向之间是有关系的，不过很多同学在学习时，往往没有意识到这一点.为此，教师可以设计以下场景：第一，不同速度平抛的物体都落在水平面上;第二，不同速度平抛的物体都落在斜面上;第三，不同的物体一个落在斜面上，一个落在水平面上.

能回答出问题1的同学，一定会认为“初速度不同的平抛物体，其终点速度肯定不同”这个观点的正确性;继续看问题2，他会继续按照问题1的规律来判断，这时就会出现错误的答案.这就说明该学生的关键概念出现了偏差，这时再讲授位移的方向和速度方向之间的关系，效果就会好很多.然后，再抛出问题3，这时学生就会考虑位移的方向是否一样，从而去找速度的方向关系.至此，顺利突破关键概念，促进学生迷思概念的转变.

教师预设的问题、学生学习过程中随时可能产生的新问题（生成性问题）都应该是问题链中的一环，这样持续用力推动新老问题的联系，有效地推进学生自主构建物理模型，最终形成物理观念.进阶目标应是围绕关键能力和核心思维设置的，问题链的设计要多层次地设计进阶变量，而不仅仅是为了达到上级部门学业考核的知识维度的进阶要求.

3.3 科学思维构建，促进核心素养形成

通过逐级进阶的学习，学生构建了平抛运动模型实现了物理观念的提升，能够运用运动分解的方法，处理一般的平抛运动问题.教师可以通过创设不同的实际情境，通过逐级进阶帮助学生更好地整合科学概念，促进学生物理观念和科学思维的形成.通过贴近生活的体育比赛，如排球、网球等，排除干扰背景因素，提炼物理模型，结合比赛规则建立处理问题的思路，论证计算结果是否合理，甚至在将来学习能量、动量之后需要综合考虑的复杂局面.

4 结束语

在整个平抛运动的学习过程中，从学生已有的知识经验出发，运用进阶理论设计“五层进阶式”教学模式的问题链，形成环环相扣的问题，达成对概念逐“阶”的建构，在解决问题链的过程中学生的科学思维能力得到逐渐提升.通过构建学习进阶，较好地呈现概念的发展进程，这样既符合学生的认知发展规律，也可以促进科学素养的发展.实践证明，通过学习进阶下的问题链教学，深化了学生的运动观念、科学思维及科学探究能力，促进了学生的物理学科核心素养发展.

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2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2021.

[2]姚建欣，何春生.基于学习进阶的中学物理教学改进研究：机械运动与力[M].北京：北京师范大学出版社，2020.

[3]郭玉英，姚建欣.基于核心素養学习进阶的科学教学设计[J].课程·教材·教法，2016，36（11）：64-70.

[4]李兴，陆妍.进阶理论视域下高中物理问题链的设计——“牛顿运动定律综合应用”教学的探索[J].教学月刊·中学版（教学参考），2021（Z1）：84-87.

（收稿日期：2021-05-05）