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摘要：平抛运动作为学生学习的第一类曲线运动，是学生对“匀速直线运动模型”“自由落体运动模型”“牛顿运动定律”“运动的合成与分解”的一次综合运用.通过学习平抛运动这一模型建构的过程，对于学生模型建构能力向更高水平层级发展有着积极的作用.旨在对《平抛运动》一课进行教学设计，并從发展学生模型建构能力的角度对该课教学进行了思考和改进.
关键词：模型建构；平抛运动；教学改进
作者简介：金晨（1993-），男，山西人，硕士研究生，研究方向：物理教育与心理发展；
李春密（1966-），男，北京人，博士，教授，研究方向：物理教育与心理发展.
美国科学建模教学理论的创立者海斯特斯（He-stenes）认为，物理研究（或学习）的过程即对自然世界建模的过程.从这个意义上讲，物理学科教学的重要育人价值之一即培养学生的模型建构能力.2017年版普通高中物理课程标准指出：物理学科核心素养的重要组成部分“科学思维”包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素.明确要求学生应当具有“基于经验事实建构物理模型的意识和能力”，并依据情境的复杂程度和陌生程度将模型建构能力划分为五级水平.本文通过引导学生从实际情境出发体验平抛运动模型的建构过程，对于学生的模型建构能力向更高层级发展有着积极的作用.
1教学背景分析
1.1教材分析
本节内容选自人教版高中物理必修二第五章第2节平抛运动.
从知识结构上来看，平抛运动是学生学习的第一类曲线运动，但区别于对圆周运动的研究，平抛运动采用的是直线运动的研究方法，巧妙地利用运动的合成与分解将其转化成了学生熟悉的匀速直线和自由落体这两种直线运动，体现了将复杂运动分解为简单运动的物理思想.同时平抛运动模型也是之后机械能守恒问题以及匀强电场中带点粒子运动问题中常用的物理模型.
从教材设计思路来看，首先给出了抛体运动和平抛运动的特征，然后通过理论推导，分别得出了平抛运动的速度和位移的表达式，最后将结论推广到一般的抛体运动中.
1.2学情分析
在学生方面，选定的授课对象是高一普通班的学生，基于文献分析和实践经验，从知识背景，能力基础和认知困难三个方面进行分析.
从知识层面来讲，学生已经熟练掌握了牛顿运动定律、匀速直线运动和自由落体运动，知道曲线运动可以分解为两个方向上的直线运动.
从能力层面上讲，学生具备一定的模型构建能力、抽象思维能力和实验探究能力，但对于高一的学生来说，这些能力仍需进行进一步的培养.
从认知困难上讲，对于学生来说很难熟练地将高度抽象的物理模型与实际问题相联系，这就要求教师特别注重情景的创设，引导学生体验从实际情境出发建构物理模型的过程；同时，虽然已经知道可以使用运动的合成与分解分析曲线运动，但却无法熟练掌握.
2重难点分析
2.1教学重点
基于匀速直线运动模型和自由落体运动模型，运用运动的合成与分解构建平抛运动模型，并通过实验探究对模型进行验证.
2.2教学难点
如何合理设置问题，搭设概念进阶的台阶，引导学生将平抛运动分解为水平和竖直两个方向上的直线运动进行分析，并设计实验进行探究.
3教学目标
3.1物理观念
通过体验平抛运动模型建构的过程，发展运动与相互作用观；掌握并运用平抛运动模型发现和解释生活中的平抛运动.
3.2科学思维
引导学生体验基于经验事实构建平抛运动模型的抽象概括过程；引导学生体验并掌握运动的合成与分解等物理方法在分析曲线运动时的具体运用.
3.3科学探究
通过构建平抛运动模型的过程，引导学生体验科学探究的方法，在面对问题时，能运用科学的方式搜集证据，并作出合理解释，与他人进行交流.
3.4科学态度与责任
培养学生处理问题时的证据意识；培养学生运用物理视角解决真实问题的意识.
4教学过程
2.是否可以根据平抛运动的特征，利用运动的合成与分解，将其分解之后进行研究？
展示抛体运动轨迹实拍图，明确抛体运动轨迹，并指出抛体运动开始时的速度叫做初速度，按照初速度的方向不同，可以将抛体运动分类
观察、思考并认真记录进一步观察抛体运动轨迹实拍图，让学生认识抛体运动的轨迹，明确抛体运动的分类
基于抛体运动的特征，总结归纳出平抛运动的特征：
水平方向：vx=v0
竖直方向：vy=gt思考并回答问题：利用运动的分解将平抛运动分解在水平、竖直两个方向进行研究总结平抛运动特征，通过问题引导学生利用运动的合成与分解研究平抛运动
由此提出定性的平抛运动模型的猜想：平抛运动可以分解为水平方向上的匀速直线运动与竖直方向上的自由落体运动思考并认真记录提出定性的平抛运动模型的猜想
模型验证
1.如何通过实验证明平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动？
2.如何设计实验证明两个小球任意时刻在竖直方向上到达的位置都是一样的？
利用平抛竖落仪，通过演示实验探究平抛运动在竖直方向上的运动与自由落体运动之间的关系
1.提出问题，引导学生思考并回答
2.展示平抛竖落仪并讲解实验
认真思考、回答问题并观察实验，明确实验原理、实验操作和实验现象，并得出结论
实验原理：做平抛运动和自由落体运动的两个小球在任意时刻处在同一高度
实验操作：利用平抛竖落仪，在同一时间，同一高度，将两个小球分别以平抛和自由落体抛出.然后改变高度，重复实验
实验现象：改变高度，两个小球都能同时落地
通过教师演示实验和学生分组实验验证定性的平抛运动模型猜想.在此过程中采用预测、观察、解释等教学策略，通过一系列问题搭设脚手架，引导学
5教学反思
1996年Halloun将基于模型的问题解决和教学过程分为5个阶段：模型选择、模型建立、模型验证、模型分析和模型拓展（图5）.Halloun认为在教学中可以通过互动与辩证的历程，帮助学生在建模历程中发展其模型的有效性和迁移性，不过他也强调这5个阶段并没有等级的关系，甚至步骤会重叠.
本文基于Halloun的建模教学过程，设计了创设情境、建立定性模型、模型验证、建立数学模型、模型分析与拓展5个教学环节.引导学生从真实情境出发，基于自由落体运动模型和匀速直线运动模型提出定性平抛运动模型的猜想，通过实验搜集证据验证猜想，最终完成平抛运动数学模型的建构.最后利用该模型分析平抛运动相关问题，并拓展到斜抛运动中，力求发展学生基于经验事实建构物理模型的能力.
参考文献：
[1]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]李春密.中学物理实验教学研究[M].北京：北京师范大学出版社，2018.
[3]郭玉英，姚建欣.基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J].课程·教材·教法，2016（11）：64-70.
[4]王硕，赵莹，李春密.核心素养视角下《互感和自感》的教学设计[J].中学物理，2017，35（11）：31-34.
[5]Halloun I. Schematic modeling for meaningful learning of physics[J]. Journal of Research in Science Teaching， 1996， 33（9）：1019–1041.
[6]Hestenes D. Toward a modeling theory of physics instruction[J]. American Journal of Physics， 1987， 55（5）：440-454.
关键词：模型建构；平抛运动；教学改进
作者简介：金晨（1993-），男，山西人，硕士研究生，研究方向：物理教育与心理发展；
李春密（1966-），男，北京人，博士，教授，研究方向：物理教育与心理发展.
美国科学建模教学理论的创立者海斯特斯（He-stenes）认为，物理研究（或学习）的过程即对自然世界建模的过程.从这个意义上讲，物理学科教学的重要育人价值之一即培养学生的模型建构能力.2017年版普通高中物理课程标准指出：物理学科核心素养的重要组成部分“科学思维”包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素.明确要求学生应当具有“基于经验事实建构物理模型的意识和能力”，并依据情境的复杂程度和陌生程度将模型建构能力划分为五级水平.本文通过引导学生从实际情境出发体验平抛运动模型的建构过程，对于学生的模型建构能力向更高层级发展有着积极的作用.
1教学背景分析
1.1教材分析
本节内容选自人教版高中物理必修二第五章第2节平抛运动.
从知识结构上来看，平抛运动是学生学习的第一类曲线运动，但区别于对圆周运动的研究，平抛运动采用的是直线运动的研究方法，巧妙地利用运动的合成与分解将其转化成了学生熟悉的匀速直线和自由落体这两种直线运动，体现了将复杂运动分解为简单运动的物理思想.同时平抛运动模型也是之后机械能守恒问题以及匀强电场中带点粒子运动问题中常用的物理模型.
从教材设计思路来看，首先给出了抛体运动和平抛运动的特征，然后通过理论推导，分别得出了平抛运动的速度和位移的表达式，最后将结论推广到一般的抛体运动中.
1.2学情分析
在学生方面，选定的授课对象是高一普通班的学生，基于文献分析和实践经验，从知识背景，能力基础和认知困难三个方面进行分析.
从知识层面来讲，学生已经熟练掌握了牛顿运动定律、匀速直线运动和自由落体运动，知道曲线运动可以分解为两个方向上的直线运动.
从能力层面上讲，学生具备一定的模型构建能力、抽象思维能力和实验探究能力，但对于高一的学生来说，这些能力仍需进行进一步的培养.
从认知困难上讲，对于学生来说很难熟练地将高度抽象的物理模型与实际问题相联系，这就要求教师特别注重情景的创设，引导学生体验从实际情境出发建构物理模型的过程；同时，虽然已经知道可以使用运动的合成与分解分析曲线运动，但却无法熟练掌握.
2重难点分析
2.1教学重点
基于匀速直线运动模型和自由落体运动模型，运用运动的合成与分解构建平抛运动模型，并通过实验探究对模型进行验证.
2.2教学难点
如何合理设置问题，搭设概念进阶的台阶，引导学生将平抛运动分解为水平和竖直两个方向上的直线运动进行分析，并设计实验进行探究.
3教学目标
3.1物理观念
通过体验平抛运动模型建构的过程，发展运动与相互作用观；掌握并运用平抛运动模型发现和解释生活中的平抛运动.
3.2科学思维
引导学生体验基于经验事实构建平抛运动模型的抽象概括过程；引导学生体验并掌握运动的合成与分解等物理方法在分析曲线运动时的具体运用.
3.3科学探究
通过构建平抛运动模型的过程，引导学生体验科学探究的方法，在面对问题时，能运用科学的方式搜集证据，并作出合理解释，与他人进行交流.
3.4科学态度与责任
培养学生处理问题时的证据意识；培养学生运用物理视角解决真实问题的意识.
4教学过程
2.是否可以根据平抛运动的特征，利用运动的合成与分解，将其分解之后进行研究？
展示抛体运动轨迹实拍图，明确抛体运动轨迹，并指出抛体运动开始时的速度叫做初速度，按照初速度的方向不同，可以将抛体运动分类
观察、思考并认真记录进一步观察抛体运动轨迹实拍图，让学生认识抛体运动的轨迹，明确抛体运动的分类
基于抛体运动的特征，总结归纳出平抛运动的特征：
水平方向：vx=v0
竖直方向：vy=gt思考并回答问题：利用运动的分解将平抛运动分解在水平、竖直两个方向进行研究总结平抛运动特征，通过问题引导学生利用运动的合成与分解研究平抛运动
由此提出定性的平抛运动模型的猜想：平抛运动可以分解为水平方向上的匀速直线运动与竖直方向上的自由落体运动思考并认真记录提出定性的平抛运动模型的猜想
模型验证
1.如何通过实验证明平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动？
2.如何设计实验证明两个小球任意时刻在竖直方向上到达的位置都是一样的？
利用平抛竖落仪，通过演示实验探究平抛运动在竖直方向上的运动与自由落体运动之间的关系
1.提出问题，引导学生思考并回答
2.展示平抛竖落仪并讲解实验
认真思考、回答问题并观察实验，明确实验原理、实验操作和实验现象，并得出结论
实验原理：做平抛运动和自由落体运动的两个小球在任意时刻处在同一高度
实验操作：利用平抛竖落仪，在同一时间，同一高度，将两个小球分别以平抛和自由落体抛出.然后改变高度，重复实验
实验现象：改变高度，两个小球都能同时落地
通过教师演示实验和学生分组实验验证定性的平抛运动模型猜想.在此过程中采用预测、观察、解释等教学策略，通过一系列问题搭设脚手架，引导学
5教学反思
1996年Halloun将基于模型的问题解决和教学过程分为5个阶段：模型选择、模型建立、模型验证、模型分析和模型拓展（图5）.Halloun认为在教学中可以通过互动与辩证的历程，帮助学生在建模历程中发展其模型的有效性和迁移性，不过他也强调这5个阶段并没有等级的关系，甚至步骤会重叠.
本文基于Halloun的建模教学过程，设计了创设情境、建立定性模型、模型验证、建立数学模型、模型分析与拓展5个教学环节.引导学生从真实情境出发，基于自由落体运动模型和匀速直线运动模型提出定性平抛运动模型的猜想，通过实验搜集证据验证猜想，最终完成平抛运动数学模型的建构.最后利用该模型分析平抛运动相关问题，并拓展到斜抛运动中，力求发展学生基于经验事实建构物理模型的能力.
参考文献：
[1]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]李春密.中学物理实验教学研究[M].北京：北京师范大学出版社，2018.
[3]郭玉英，姚建欣.基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J].课程·教材·教法，2016（11）：64-70.
[4]王硕，赵莹，李春密.核心素养视角下《互感和自感》的教学设计[J].中学物理，2017，35（11）：31-34.
[5]Halloun I. Schematic modeling for meaningful learning of physics[J]. Journal of Research in Science Teaching， 1996， 33（9）：1019–1041.
[6]Hestenes D. Toward a modeling theory of physics instruction[J]. American Journal of Physics， 1987， 55（5）：440-454.