2025年山東省“數(shù)字化賦能教師專業(yè)發(fā)展”工程優(yōu)課

《功與能的工程之旅》集體磨課記錄

一、優(yōu)課選擇背景及主題定位

本次優(yōu)課選擇的背景是基于山東省“數(shù)字化賦能教師專業(yè)發(fā)展”工程的要求，選取魯科版（2024）八年級下冊物理第十章《功與能》這一單元主題。選擇這一主題的原因如下：

1.契合政策導向，落實數(shù)字化賦能要求

山東省“數(shù)字化賦能教師專業(yè)發(fā)展”工程旨在推動信息技術與教育教學深度融合，提升教師專業(yè)素養(yǎng)與教學質量。《功與能》這一單元涉及功、功率、機械效率、動能、勢能和機械能等抽象概念，知識體系邏輯性強，存在諸多抽象且復雜的物理原理。如投石機在古代戰(zhàn)爭中發(fā)揮重要作用，從制作到發(fā)射石塊的過程蘊含著復雜的物理原理，從杠桿原理到能量轉化，學生僅靠文字描述難以理解。借助數(shù)字化技術，如3D建模展示投石機的構造與運作過程，利用動畫精準演示投石機將彈性勢能轉化為石塊動能的過程，能把抽象的物理過程直觀呈現(xiàn)。同時，數(shù)字化教學工具還能實現(xiàn)教學資源的高效整合與共享，教師可以圍繞投石機情境創(chuàng)建線上學習，分享拓展資料，根據(jù)學生在情境學習中的反饋進行個性化教學，充分落實“數(shù)字化賦能教師專業(yè)發(fā)展”工程的要求，推動教師在數(shù)字化教學實踐中提升專業(yè)能力。

2.聚焦核心內(nèi)容，凸顯單元教學價值

《功與能》單元是初中物理知識體系的重要組成部分，是后續(xù)學習電功、電功率等內(nèi)容的基礎，在整個初中物理課程中起到承上啟下的關鍵作用。以“穿越助曹”為大情境貫穿單元教學，能將抽象知識與具體歷史場景緊密結合。例如，分析投石機的工作過程，可幫助學生理解“力做功”時力與距離的關系，通過計算投石機發(fā)射石塊時的功率，能加深對功率概念的認識；探究投石機機械能的轉化，建立起“做功的過程就是能量轉化或轉移的過程”這一核心物理觀念。從投石機的搭建原理到發(fā)射過程的能量變化，學生能在情境中運用物理知識分析和解決實際問題，提升科學思維與科學探究素養(yǎng)，充分體現(xiàn)物理學科的育人價值。

3.優(yōu)化教學實踐，探索創(chuàng)新教學模式

在傳統(tǒng)教學中，《功與能》單元的教學往往存在實驗操作受限、抽象概念講解不透徹等問題。而引入投石機大情境，并借助數(shù)字化賦能，能夠探索創(chuàng)新教學模式。例如，采用線上線下混合式教學，線上利用3D虛擬仿真平臺讓學生親手“操作”投石機，調整投石機的結構參數(shù)，觀察不同參數(shù)下石塊的發(fā)射角度和能量變化，收集數(shù)據(jù)并進行分析；線下課堂則結合實物模型講解投石機的力學原理。同時，教師借助數(shù)字化教學工具收集學生在投石機情境學習中的數(shù)據(jù)，分析學生的學習難點和興趣點，及時調整教學策略，提高教學的針對性和有效性，為物理教學實踐提供新的思路和方法。

4.教學創(chuàng)新與趣味性

為使教學更具趣味性與時代感，我們引入“穿越助曹”的創(chuàng)意理念，以“幫助曹操改進投石機”作為貫穿整個單元的大情境。通過創(chuàng)建情境式主題授課模式，將功、功率、動能、勢能的概念、機械能及其轉化等內(nèi)容融入到幫曹操改機投石機故事中。借助數(shù)字技術手段，如通過三維動畫模擬投石機投擲過程、利用虛擬實驗平臺探究不同投石機結構對做功的影響，真實操作投石機投石的過程，幫助學生更直觀地理解功與能的知識，提升知識應用能力。這種創(chuàng)新的教學設計旨在打破傳統(tǒng)教學的局限，讓學生在輕松愉快的氛圍中學習物理知識。

綜上所述，本次優(yōu)課選擇《功與能》主題，旨在通過“數(shù)字賦能”和情境式教學，提升教學質量，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，同時為農(nóng)村學校提供一種創(chuàng)新的教學模式。

二、第一輪磨課：啟智拓新，擘畫藍圖

（一）初步大單元整體規(guī)劃

（二）錨定航標：解構目標維度，校準育人坐標；權衡利弊得失，重塑教學靶向

在本次魯科版八年級下冊物理《功與能》單元集體磨課的第一輪研討中，團隊成員深刻認識到明確教學目標對整個單元教學設計的關鍵意義。起初，我們仔細研讀新課程標準和教材內(nèi)容，課程標準中對本單元的目標要求：

1.知道機械功和功率。用生活中的實例說明機械功和功率的含義。

2.知道機械效率。了解提高機械效率的意義和途徑。

3.知道動能、勢能和機械能。通過實驗，了解動能和勢能的相互轉化。舉例說明機械能和其他形式能量的相互轉化。

4.結合實例，認識功的概念。知道做功的過程就是能量轉化或轉移的過程。

5.知道能量守恒定律。列舉日常生活中能量守恒的實例。有用能量轉化與守恒的觀點分析問題的意識。

6.了解我國古代的技術應用案例，體會我國古代科技對人類發(fā)展的促進作用。

（三）重構肌理：拆解知識架構，重塑內(nèi)容脈絡；深挖教材內(nèi)核，打磨教學筋骨

對于教學內(nèi)容，團隊成員起初打算按照教材順序依次講解功、功率、機械效率、動能與勢能、機械能及其轉化、制作龍骨水機共七個課時內(nèi)容。但在磨課過程中，大家發(fā)現(xiàn)這樣的安排較為傳統(tǒng)，缺乏創(chuàng)新性，難以充分調動學生的學習積極性。于是，我們提出可以對教學內(nèi)容進行重構，以項目式情景式主題授課模式貫穿整個單元。

我們設想以“功與能的工程之旅——從投石機設計到能量轉化實戰(zhàn)”為主題，將《功與能》的內(nèi)容融入到投石機改進的情境中，主要分為五個課時：

投石機“結構——功能”初探索——認識功——1課時

投石機動力系統(tǒng)設計——探究功率——1課時

投石機投擲性能優(yōu)化——機械效率、研究動能和勢能——2課時

投石機能量利用率提升——機械能及其轉化——1課時

自制“投石機”展示會——1課時

（四）勾勒雛形：搭建情境框架，鋪展課堂圖景；綴連意象元素，充盈教學氣韻

在本次教學設計研討中，團隊成員達成共識，“穿越助曹”的創(chuàng)意情境與數(shù)字技術融合是一大創(chuàng)新點，不過具體實施細節(jié)仍有待完善。起初設想在課堂導入階段播放現(xiàn)成的投石機古代戰(zhàn)爭動畫視頻，經(jīng)深入討論發(fā)現(xiàn)，這類視頻與教學內(nèi)容契合度欠佳，難以有效激發(fā)學生學習興趣、引導其快速進入學習狀態(tài)。

為此，團隊創(chuàng)新提出利用人工智能技術生成定制化“曹操請你來幫忙”導入視頻。視頻中，曹操向學生發(fā)出求助，希望設計一款瞄的準、投得遠的投石機，以任務驅動的形式引發(fā)學生思考，成功將學生帶入教學情境。此外，課堂還將增設“穿越時空對話——瓦特”互動環(huán)節(jié)，借助創(chuàng)建的瓦特智能體，實時解答學生在學習過程中遇到的各類問題。這些互動活動旨在通過沉浸式學習體驗，助力學生在實踐操作中深化知識理解，鞏固學習成果。

（五）探路革新：廣納教學之長，思辨施教策略；突破固有范式，探尋創(chuàng)新路徑

在教學方法的設計初期，團隊成員主要采用了講授法與練習法相結合的方式。但在磨課過程中，我們逐漸意識到這種單一的教學模式可能難以充分調動學生的學習主動性。因此，我們進一步融入了小組合作學習法與探究式學習法，以豐富教學形態(tài)。

（六）筑基評鑒：搭建評估框架，擬定衡量標尺；叩問教學價值，錨定評價基準

我們高度重視教學評價的系統(tǒng)性，堅持過程性評價與終結性評價并重的原則。除傳統(tǒng)的課堂提問、作業(yè)批改等評價方式外，還借助在線學習平臺動態(tài)記錄學生的實驗操作過程、小組合作討論表現(xiàn)及功與能相關問題的探究思路，通過及時反饋與針對性指導，全面評估學生對功與能知識的掌握水平及綜合能力發(fā)展狀況。

三、第二輪磨課：精研細琢，臻于至美

（一）精研目標：抽絲剝繭，細化育人層級；精益求精，打磨目標精髓

本輪磨課聚焦教學目標的精準化與層次化。結合“穿越助曹”大情境和投石機設計的實踐需求，要深入探究核心素養(yǎng)四個維度目標，即物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任，我們察覺到目標設定需更精準且富有層次。

1.物理觀念：通過分析生活中做功的情景，認識功的概念，提升學生對概念的理解能力。

結合實例知道描述做功快慢的方法，類比速度，能用比值定義的方法得出功率的概念，提升學生概念理解能力。

通過實驗分析，建構有用功、額外功、總功和機械效率的概念，并且知道它們之間的關系。了解機械效率總是小于1，會計算簡單機械的機械效率。培養(yǎng)學生建構物理概念的能力。

通過實例，從做功的角度描述能量，能說出能量與做功的關系，知道什么是動能、重力勢能和彈性勢能，了解影響彈性勢能大小的因素。

知道機械能的概念，通過實驗和生活實例了解動能和勢能的相互轉化、機械能與其他形式能量的相互轉化，初步建立能量轉化和守恒的物理觀念。

2.科學思維：通過學習知道功這一物理量及其單位和計算公式，根據(jù)做功的兩個必要因素，能運用功的計算公式進行簡單計算，提升科學思維能力。

通過學習知道功率的公式、單位，能用功率公式進行簡單計算，提升科學思維能力。

通過研究“使用動滑輪能否省功”，分析得出使用任何機械都不省功。體會實驗研究方法，培養(yǎng)學生尊重實驗事實的科學態(tài)度。

通過分析生活實例，了解機械能轉化在生活中的具體應用，培養(yǎng)學生利用物理觀念分析解決實際問題的能力和科學思維能力。

3.科學探究：通過生活不做功的實例，理解做功的兩個必要因素，并通過做功的兩個必要因素來區(qū)分生活中做功和不做功的情況，提升學生分析歸納和解決問題的能力。

通過用生活中比較做功快慢的實例說明功率的物理意義，并能利用功率的概念設計測量生活中的功率，提高實驗探究能力。

通過“測量滑輪組的機械效率”實驗，能分析影響機械效率的因素。培養(yǎng)學生分析數(shù)據(jù)、歸納概括的能力。

通過實驗，能得出“動能的大小與什么因素有關”“重力勢能的大小與什么因素有關”的結論，并能解釋簡單的物理現(xiàn)象。

4.科學態(tài)度與責任：結合功的單位的命名，了解物理學家焦耳，培養(yǎng)學生有實現(xiàn)中國夢的使命感與責任感。

了解功率在實際中的應用，有科學服務于人類的意識。

通過實驗分析，知道提高機械效率的途徑和實際意義，有合理改進機械、提高效率的意識，進一步增強將科學服務于人類的責任感。

通過學習水能和風能，了解人類如何利用機械能解決實際問題，形成節(jié)能環(huán)保、促進社會可持續(xù)發(fā)展的意識，培養(yǎng)學生科技強國的責任感和使命感。

（二）深耕內(nèi)容：躬身實踐重構，雕琢知識體系；精耕細作優(yōu)化，鍛造教學精品

團隊對《功與能》教學內(nèi)容進行深度重構，以投石機設計為主線，整合為“投石機中的力學基礎”、“能量賦能投石機”、“投石機優(yōu)化與實戰(zhàn)”三大模塊。在“投石機中的力學基礎”模塊，將功的概念、做功的兩個必要因素與投石機杠桿原理相結合，通過分析投石機的力臂、作用力，讓學生理解功在機械運作中的體現(xiàn)；“能量賦能投石機”模塊重點探究投石機發(fā)射過程中彈性勢能轉化為動能、動能再轉化為重力勢能的路徑，結合彈簧、皮筋等彈性元件的應用，加深學生對能量轉化的理解；“投石機優(yōu)化與實戰(zhàn)”模塊引導學生運用功與能的知識，優(yōu)化投石機設計，如調整配重、改變發(fā)射角度，提升投石機的性能。

針對各模塊，優(yōu)化教學重難點。在“投石機的能量轉化分析”教學中，通過動態(tài)模擬視頻、實物演示等方式，幫助學生突破能量轉化過程分析的難點；在“投石機結構設計計算”環(huán)節(jié)，增加分步計算指導和案例分析，逐步提升學生的工程計算能力。

（三）交融情境：打破學科界限，促成情境共生；深化內(nèi)容耦合，繪就沉浸畫卷

為強化情境與教學內(nèi)容的深度融合，豐富“穿越助曹” 情境細節(jié)。在課堂導入環(huán)節(jié)，播放古代戰(zhàn)爭中投石機作戰(zhàn)的影視片段，營造緊張氛圍，引出設計任務；在知識講解過程中，設置“曹操軍情急報”等任務卡，提出如“敵軍營地距離我方50米，如何調整投石機參數(shù)實現(xiàn)精準投射”等問題，驅動學生運用知識解決實際問題。

打破學科壁壘，融入歷史學科中古代投石機的發(fā)展演變知識，增強情境的文化底蘊；結合數(shù)學學科的幾何知識，指導學生計算投石機各部件的尺寸比例；引入美術學科元素，鼓勵學生設計美觀且實用的投石機外觀，實現(xiàn)多學科知識的交融共生。

（四）淬煉教法：精準靶向施策，激活課堂效能；動態(tài)靈活調適，優(yōu)化教學生態(tài)

依據(jù)教學內(nèi)容和情境任務，靈活選用教學方法。在投石機原理講解時，運用多媒體演示法，通過3D動畫拆解投石機工作過程，直觀展示力與能量的傳遞；在投石機設計實踐中，采用項目式學習法，以小組為單位，讓學生經(jīng)歷方案設計、材料選擇、制作調試等完整流程，培養(yǎng)學生的實踐能力與團隊協(xié)作能力；對于復雜的能量轉化分析，采用小組討論法，引導學生交流觀點、碰撞思維。

關注課堂動態(tài)反饋，及時調整教學策略。若學生在投石機調試過程中遇到投射距離不穩(wěn)定的問題，教師適時引導學生回顧功與能的知識，從能量損耗、機械效率等角度分析原因，提供針對性指導。

（五）精進評價：完善評估維度，細化衡量標準；優(yōu)化評價流程，提升鑒審精度

構建多元化評價體系，涵蓋過程性評價與成果性評價。過程性評價從投石機設計方案的科學性、小組協(xié)作的默契度、課堂參與的積極性、問題解決的創(chuàng)新性等維度，制定詳細評價量表，如設計方案的合理性占30分、團隊協(xié)作表現(xiàn)占20分等。在投石機制作過程中，教師隨時記錄學生表現(xiàn)，及時給予反饋與指導。

成果性評價通過投石機競賽進行，以投射距離（40分）、精準度（30分）、結構穩(wěn)定性（20分）、創(chuàng)新性（10分）為評分標準；同時增加學生自評、互評環(huán)節(jié)，讓學生從設計思路、制作過程、改進方向等方面進行自我評價與相互評價，最后結合教師評價，形成全面客觀的評價結果。

四、第三輪磨課：統(tǒng)籌帷幄，終成典范

（一）大單元整體規(guī)劃

（二）定鼎目標：凝煉核心要義，敲定終極表述；字字千鈞落墨，彰顯育人宗旨

前面兩輪的磨課對于單元目標的設計，沒有依據(jù)大單元的大情境進行設計，這次磨課對教學目標進行最終凝練與升華，確保目標表述精準、層次分明，突出大單元教學的育人價值。在課前導入環(huán)節(jié)，我們計劃利用人工智能生成三國時期的動畫場景，呈現(xiàn)曹操軍隊因投石機效能不佳而陷入困境的情節(jié)，吸引學生注意力，激發(fā)他們幫助曹操改進投石機的學習興趣。經(jīng)過團隊深入討論，教學目標要圍繞核心素養(yǎng)，以“穿越助曹”大情境為依托，融合數(shù)字技術與趣味元素，重新調整了單元目標，并設計了項目目標，使其更契合學生實際需求與發(fā)展方向，著重提升學生的科學思維、科學探究與解決實際問題的能力。

項目目標：

1.通過投石機的3D動畫演示和功與能的學習，了解投石機的構造、原理和工作過程。

2.通過投石機的改進方法和展示，能運用科學探究的方法尋找解決方案，提高動手操作能力，體驗探索的樂趣。

3.通過參與“穿越助曹”設計投石機的情境活動，感受物理知識在古代科技和實際工程中的應用魅力，培養(yǎng)與他人團隊合作的精神和能力。

單元目標：

1.通過投石機的投石情境和生活中的實例，認識功、功率、機械效率、動能、勢能和機械能的概念，深度掌握功與能的核心知識，建立能量觀念，掌握動能、重力勢能、彈性勢能的概念及其影響因素，能清晰分析投石機發(fā)射、投射過程中不同形式能量的相互轉化，提升學生概念理解能力。

2.通過投石機的優(yōu)化改進，培養(yǎng)模型建構能力，能將投石機抽象為杠桿、滑輪等物理模型，分析其工作過程中的力學和能量關系，提升從實際問題中提煉物理模型的思維能力。

3.通過小組合作與競賽，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、創(chuàng)新意識和文化傳承責任感，建立物理知識與實際工程應用的深度聯(lián)系。

（三）定型內(nèi)容：落定知識架構，敲定呈現(xiàn)范式；匠心打磨細節(jié)，煥發(fā)教學華彩

確定以“任務驅動——知識探究——實踐應用——反思優(yōu)化”為核心的教學內(nèi)容呈現(xiàn)范式。在“投石機中的力學基礎”教學中，以“設計滿足投射要求的投石機杠桿結構”任務驅動，引導學生探究功、力臂等知識；在“能量賦能投石機” 環(huán)節(jié)，通過分析投石機能量轉化效率低的問題，驅動學生深入探究能量轉化知識，并應用于實踐優(yōu)化。

打磨教學細節(jié)，如在投石機設計圖紙規(guī)范、材料選擇標準等方面提供詳細指導；增加投石機歷史故事與物理知識融合的趣味講解，提升教學的吸引力與感染力。

（四）驗效情境：回溯創(chuàng)設歷程，核驗教學實效；微調虛實維度，升華課堂意境

全面復盤“穿越助曹”情境的實施效果。通過問卷調查、學生訪談發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學生對情境興趣濃厚，但部分學生反映情境任務指令不夠清晰。針對此問題，優(yōu)化任務卡設計，明確任務目標、要求和評價標準；增加“軍師錦囊”（提示資源），為學生提供知識、技術支持。

進一步強化虛實結合，利用虛擬仿真軟件讓學生在虛擬環(huán)境中模擬投石機發(fā)射，快速測試不同設計方案的效果；在實際競賽環(huán)節(jié)，設置“古代戰(zhàn)場”場景布置，增強學生的代入感與體驗感。

（五）圓融教法：融匯多元策略，達成游刃之境；貫通教學技法，構建高效范式

形成“情境浸潤——探究體驗——協(xié)作創(chuàng)新”的高效教學范式。將情境貫穿教學始終，以探究活動為核心，通過小組協(xié)作實現(xiàn)知識建構與能力提升。例如，在投石機優(yōu)化階段，教師創(chuàng)設“敵軍防御升級，需再次優(yōu)化投石機”的情境，引導學生分組探究改進方案，通過實驗對比不同方案效果，最終達成優(yōu)化目標。

加強信息技術與教學深度融合，利用在線平臺展示優(yōu)秀投石機設計案例、共享學習資源；通過直播技術展示投石機競賽過程，邀請其他班級學生在線觀摩、互動，擴大教學影響力。

（六）踐行評價：落地評估體系，實現(xiàn)知行合一；運用評鑒工具，反哺教學相長

將完善后的評價體系全面應用于教學實踐。在投石機設計、制作、競賽全過程，嚴格按照評價量表進行記錄與評分；組織學生開展成果匯報會，展示設計思路、制作過程與競賽成果，進行多元評價。

基于評價結果，深入分析教學中存在的問題。若發(fā)現(xiàn)學生在能量轉化效率計算方面普遍薄弱，后續(xù)教學中增加專題復習與針對性練習；同時，鼓勵學生根據(jù)評價反饋，撰寫學習反思報告，明確自身優(yōu)勢與不足，制定改進計劃，實現(xiàn)以評促學、以評促教的良性循環(huán)。