BOPPPS教学模式融入“爱国主义”教育的高中物理教学设计
刘坚辉 黄树清 王素云 黄逸
摘 要：以BOPPPS教学模式为理论框架，以“嫦娥五号”、“北斗导航卫星”为教学案列，设计了以“宇宙航行”为课例的教学设计，并在教学过程中使用了爱国主义教育的“显隐互化”教学方式，对学生进行思想政治教育。
关键词：爱国主义;BOPPPS教学模式;宇宙航行;嫦娥五号;北斗导航卫星
1 BOPPPS教学模式
BOPPPS教学模式根据人的注意力大约只能持续维持 15 min 的自然规律 [ 1 ]，将课堂设计成了6个模块，每个模块用时一般不超过15min，这六个模块分别为：导入环节（Bridge-in）、目标呈现（Objective）、预评价（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、后评价（Postassessment）和总结（Summary）。该教学法常被用于大中小学课堂中进行教学，其主要内涵如表1所示。
2 BOPPPS教学模式融入“爱国主义”教育的教学设计
以嫦娥五号登月、北斗导航卫星运行的案例，以爱国主义的“显隐互化”教学为教学手段，以BOPPPS教学模式为理论框架，设计了以“宇宙航行”为课程内容的教学设计。
2.1 教学准备
2.1.1 教材分析
本节内容主要介绍了宇宙速度、人造地球卫星、万有引力定律的实践以及航天事业的发展成果，同时渗透了模型建构、逻辑推理等物理方法，对培养学生的科学思维，进一步研究天体问题具有较大的促进作用。
2.1.2 學情分析
学生已经学习并掌握了物体做匀速圆周运动的规律，能够使用牛顿第二定律分析匀速圆周运动，能够运用力的“供需关系”分析物体的向心运动和离心运动。
2.2 BOPPPS教学模式融入“爱国主义”教育的教学设计
根据教学实际内容，适当调整模块顺序，将导入环节与前测模块结合在一起，在导入中抛出问题，对学生的先备知识进行前测。教学流程如图1所示。
2.2.1 导入+前测
播放新闻：“嫦娥五号成功登月” （如图2所示）
教师：观看新闻后，嫦娥五号是如何升空的？
学生：点火加速起飞。
教师：没错！速度至少要加到多少才不会掉下来呢？
学生（已阅读教材，但无法做出解释）：7.9 km/s。
教师：通过视频可以知道，嫦娥五号是从多条椭圆形的轨道“绕”到月球上的，它由高轨道到低轨道的速度变化是怎么样的？
学生联系生活实际，主动猜想，但无法做出解释。
学生1：速度不断减小……
学生2：速度不断增大……
教师点评，进行新课教学。
设计意图：以嫦娥五号成功登月作为课程导入，激发学生学习的兴趣，同时前测学生对宇宙速度、变轨运动的了解，检测学生的先备知识;播放新闻视频，进行STSE显化教学，清楚知道我国航天科技水平以及取得的傲人成绩。
2.2.2 学习目标
（1）会计算第一宇宙速度，能够用万有引力与向心力的“供需”关系进行情境分析;
（2）知道第二宇宙速度和第三宇宙速度;
（3）掌握嫦娥五号的变轨运动，会分析其变轨时的速度变化;
（4）掌握北斗导航地球同步卫星的特点;
（5）构建物理模型，分析嫦娥五号变轨运动的过程;
（6）通过“手抛粉笔”的设想，了解“理想实验”的科学推理;
（7）通过对嫦娥五号探月工程的认识，形成民族自豪感，坚定道路自信。
设计意图：该学习目标与新课标中的物理学科核心素养相契合，对应着物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任，其特别之处在于学习目标表述中尽量使用学生通俗易懂的词语进行表达，能够显而易见地展示学生需要知道、了解和掌握的要点。同时，在学习目标中展示本节课所需要学习的新名词，激发学生学习的兴趣。
2.2.3 参与式学习
任务1：嫦娥五号如何发射升空？
教师演示“手抛粉笔”：假设粉笔为嫦娥五号，手持粉笔以不同的初速度水平向前抛出。
学生（观察现象，总结）：初速度越大，粉笔抛得越远。
学生（根据现象，合理推测）：如果速度非常大，会发生什么情况？
教师（使用仿真实验室）：分别使用v=10 m/s、v=20 m/s、v=7.9 km/s、7.9 km/s
学生（观察现象，思考回答）：当v=20 m/s时，粉笔继续飞行，此时落地的距离会比v=10 m/s的陆地距离要远;当v=7.9 km/s，粉笔会贴着地球表面飞行，不会落下;当7.9 km/s
教师提问：速度等于7.9 km/s时，为什么粉笔能够贴着地球表面飞行而不落地？
学生：小组讨论交流（教师引导，粉笔做圆周运动，万有引力和重力均可充当向心力，并提供相应的参数）
小组1：此时万有引力充当向心力：
■=G■？圯v=■≈7.9 km/s
小组2：此时重力充当mg=m■？圯v=■≈7.9 km/s
教师：物体绕地球表面做匀速圆周运动时的速度叫做第一宇宙速度。如果7.9 km/s
教师：但事实上，我们在计算的过程中忽略了高塔的高度，如果高塔的高度不能忽略，则此时发射的速度v>7.9 km/s，因此嫦娥五号的发射速度v必须大于7.9 km/s。
任务2：嫦娥五号的运行及变轨运动
教师要求学生根据课前嫦娥五号登月视频构建从地球飞行到登月过程的物理模型（如图4所示）
教师：嫦娥五号到达P点后怎样进入轨道Ⅲ环绕呢？（教师提示：可根据圆周运动中的向心运动进行思考）
各小组进行交流讨论
教师补充：为了能够减少耗能，嫦娥五号在飞行过程中都是无动力飞行，即无需全程点火，只需在变轨时点火加减速即可。
小组1：嫦娥五号需要做向心运动，万有引力需要大于向心力，也就是“供”大于“需”，F万>F向？圯G■>■，则在P点应该逆向点火，减速。
教师：当运行到Q点时，该如何操作呢？
小组2：P点到Q点过程中做向心运动，在Q点“供”大于“需”，应该逆向点火减速。（补充：由于人教版“机械能守恒”在第七章，教师可选择性从能量角度进行教学）
教师：（使用仿真实验室进行检验）
教师：如果从轨道Ⅱ到轨道Ⅰ呢？
……
任务3：北斗导航同步卫星
播放视频：在嫦娥五号登月前，我国在航空领域还有一个举世瞩目的成绩——北斗导航卫星。2020年7月31日上午，北斗三号全球卫星导航系统建成，标志着北斗迈进全球服务新时代。该导航系统是由北斗同步卫星系统构成。
教师：同步卫星中的“同步”一词指的是什么意思？
学生（观看视频，阅读教材，归纳分析）：角速度ω相等，意味着周期T相同
教师：根据其特点，试着分析其可能运行的轨道。
小组讨论，构建物理模型，分析论证（如图5所示）
验证：假设同步卫星在任意轨道上运行，将其受到的指向圆心的万有引力F进行分解，分别受到了指向地轴的分力F1和分力F2，此时F1充当卫星的向心力，而F2没有力可以与之平衡，卫星会一直往下运动到赤道上方，直到万有引力全部充当向心力。因此同步卫星只能在赤道上方运行，并且其运行的高度可计算约为36000 km。
教师：（通过仿真实验室验证）
设计意图：观看视频获取资料，通过小组讨论、展示交流和仿真实验，使学生经历建构模型和检验模型的过程，发展学生建模能力和交流合作能力[ 5 ];通过嫦娥五号登月以及北斗导航卫星升空，从显性层面上体现国之重器背后的物理知识、国家科技的进步与强大、感受科技进步引领时代发展，从隐形层面上感受航天精神，增强中华民族的自信心，增强道路自信。
2.2.4 后测
教师要求各组学生对后测题目分別进行笔纸演算和口头汇报。
（1）试着进行笔纸演算，分析地球同步卫星与赤道上随着地球自转的物体的运行速度v1与第一宇宙速度v2之比、加速度为a1与a2之比。已知卫星离地心距离为r和地球半径R。
（2）如图6所示为卫星发射由低轨道到高轨到的过程。请同学试着分析其变轨过程中在P点、Q点点火时的速度、加速度的变化，并且比较在各轨道之间速度、角速度和周期的大小。
设计意图：联系教学目标，针对课堂学习内容，制定切合教学内容的习题，有效检测学生学习该知识点后的掌握程度。
2.2.5 总结
教师：请同学们简述 “嫦娥五号”登月的全过程。
学生（思考总结，分为三部分进行）：（a）“嫦娥五号”升空。发射速度达到7.2 km/s，在地球表面环绕，然后加速度到11.2 km/s，飞向月球;（b）“嫦娥五号”运行。到达月球附近后进行三次由高到低变轨，最后在月球表面环绕;（c）“嫦娥五号”变轨。由高到低变轨需要逆向点火减速，才能进入下一轨道运行。
教师：同步卫星有何特点？
学生（根据北斗导航卫星、同步卫星，归纳总结）：周期T=24 h，运行轨道在赤道上方。
教师：嫦娥五号的升空以及北斗导航系统的开通都是我国航天事业的重大突破。从嫦娥一号到嫦娥五号，由北斗一号到北斗三号，都承载着中国航天人的心血与辛劳。正是因为航天人拥有着不畏艰辛、艰苦奋斗的精神品质，才使得“逐梦苍穹，可上九天揽月”变成现实。
设计意图：总结概括本节内容的知识点，以嫦娥五号登月和北斗导航卫星升空为研究对象，通过学生自己梳理知识，串联成线，夯实知识基础;引导学生学习航天科技背后所蕴含的航天精神，增强学生的民族自信，鼓励学生发奋图强、立志报国，投身到科学研究的事业中。
3 结语
BOPPPS教学模式将课堂分成了6大模块，其较强的可操作性与逻辑性，将教育心理学理论与实际紧密结合，注重学生的主观能动性，提高学生的自主探究意识，是有效课堂教学的一个范例，能够更好完成教学目标，对于踏上讲台或者刚接触一门新课的教师是一项非常好的选择。
参考文献：
[1] 曹丹平，印兴耀.加拿大BOPPPS教学模式及其对高等教育改革的启示[J].实验室研究与探索，2016，35（2）：196-200，249.
[2]尹庆丰.BOPPPS教学模式在高中物理课堂中的探索与实践——以“导体的电阻”为例[J].物理教师，2018，39（4）：2-7.
[3]郑宇晴，朱灵坤，张轶炳.基于BOPPPS教学模式的“大气压强”教学设计[J].物理教师，2019，40（1）：7-11.
[4]郑泽君，任凤竹.科学性与人文性相统一的高中物理教学探究——以“宇宙航行”为例[J].物理教师，2021，42（2）：30-33.
[5]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准 2017年版[S].北京：人民教育出版社，2018.
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