構(gòu)建重“經(jīng)歷”物理課堂的教學(xué)嘗試

趙宏峰　陳麗娜

1 問題提出

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》明確指出：使學(xué)生“經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗(yàn)證物理規(guī)律.”.旨在要求教師改變教學(xué)方式，注重對學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng).要求教師在教學(xué)活動中，關(guān)注人教版教材的特點(diǎn)，即以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，讓學(xué)生獲得感性認(rèn)識的前提下，再通過科學(xué)探究，分析總結(jié)規(guī)律，逐步獲得理性思維的能力.

2 兩種教學(xué)設(shè)計(jì)的對比研究

“圓周運(yùn)動”是人教版必修2第五章第四節(jié)的內(nèi)容，包括什么是圓周運(yùn)動和勻速圓周運(yùn)動，理解線速度、角速度的概念和周期、轉(zhuǎn)速的概念，以及推導(dǎo)物理量間的關(guān)系，會運(yùn)用其進(jìn)行計(jì)算.四個概念的引入和理解是本節(jié)課教學(xué)重點(diǎn).本節(jié)內(nèi)容是為學(xué)生學(xué)習(xí)向心加速度和向心力做知識準(zhǔn)備，為建立圓周運(yùn)動物理模型奠定基礎(chǔ).筆者在實(shí)際教學(xué)過程中，前后采用了以下兩種教學(xué)設(shè)計(jì)，充分感受到重“經(jīng)歷” 教學(xué)活動帶給物理課堂的活力.

2.1 教學(xué)過程和教學(xué)設(shè)計(jì)

【教學(xué)設(shè)計(jì)一】

一、課題引入

情景引入：轉(zhuǎn)動自行車腳踏，觀察并比較大、小齒輪和后輪的轉(zhuǎn)動快慢.

PPT動畫演示：兩個不同的圓周運(yùn)動，如何比較運(yùn)動快慢.

二、引導(dǎo)探究

從四個方面比較質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動快慢

（1）相同時間內(nèi)通過弧長的長短

（2）相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過圓心角的大小

（3）轉(zhuǎn)過一周所用時間的長短

（4）單位時間內(nèi)通過完整圓周的圈數(shù)

學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，提出比較圓周運(yùn)動快慢的方案.

三、結(jié)論表達(dá)

線速度：v=ΔsΔt，

角速度：ω=ΔθΔt，體會物理學(xué)中比值定義方法.

周期：T 轉(zhuǎn)速：n

四、關(guān)系推導(dǎo)

線速度和角速度的關(guān)系：v=ωr

線速度與周期的關(guān)系：v=2πrT

角速度與周期的關(guān)系：a=2πT

周期與轉(zhuǎn)速的關(guān)系：T=1n

五、練習(xí)鞏固

1.鐘表里的時針、分針、秒針的角速度之比________________________________________若秒針長0.2 m，則它的針尖的線速度大小________________________________________.

【教學(xué)設(shè)計(jì)二】

一、課題引入

情景引入：學(xué)生對生活中的圓周運(yùn)動進(jìn)行舉例；播放游樂場中圓周運(yùn)動視頻.

問題提出：如何比較圓周運(yùn)動的快慢呢？

二、引導(dǎo)探究

演示實(shí)驗(yàn)：將對圓周運(yùn)動的研究轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的研究.

圖片展示：提供吊扇上某一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動圖片證據(jù).

實(shí)驗(yàn)探究：引入角速度的必要性和角速度一定時，線速度與半徑成正比的研究，進(jìn)而得到同軸問題質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動的特點(diǎn)，即角速度相同.

演示實(shí)驗(yàn)：同帶問題，輪盤邊緣點(diǎn)的線速度大小相等.

三、結(jié)論表達(dá)

描述質(zhì)點(diǎn)通過弧長的快慢：v=ΔsΔt滲透極限的思想，理解速度的瞬時性.

描述質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)過弧長的快慢：ω=ΔθΔt體會比值定義的方法.

周期：T 轉(zhuǎn)速：n

四、關(guān)系推導(dǎo)

線速度和角速度的關(guān)系：v=ωr

線速度與周期的關(guān)系：v=2πrT

角速度與周期的關(guān)系：ω=2πT

周期與轉(zhuǎn)速的關(guān)系：T=1n.

師生互動交流得出.

五、練習(xí)鞏固

鐘表里的時針、分針、秒針的角速度之比________________________________________，若秒針長0.2 m，則它的針尖的線速度大小________________________________________.

問題探究：如何估算你騎自行車的正常速度？

在教師的引導(dǎo)下，進(jìn)一步探究，完成估算.

2.2 對比分析

以上是筆者對“圓周運(yùn)動”的兩種教學(xué)設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)一使課堂內(nèi)容緊湊有條理，學(xué)生可以練習(xí)大量習(xí)題；而設(shè)計(jì)二更好地體現(xiàn)了重“經(jīng)歷”的教學(xué)過程，提供較多探究素材通過感知材料形成表象，讓學(xué)生體驗(yàn)物理概念的形成過程，較好地突破了教學(xué)難點(diǎn).

2.2.1 通過弧長的快慢探究

教學(xué)設(shè)計(jì)二，構(gòu)造矛盾沖突，激發(fā)探究欲望，效果更好.讓學(xué)生觀察、比較沿圓弧運(yùn)動小球1、2若同時從A點(diǎn)出發(fā)，同時到達(dá)B點(diǎn)，那么兩小球沿圓周運(yùn)動的快慢如何？

這里學(xué)生很容易感知1球運(yùn)動的要快，但是由直線運(yùn)動求解速度公式v=ΔxΔt，卻得到速度相等，即v1=v2，馬上會產(chǎn)生疑問，引發(fā)探究興趣.

怎樣描述圓周運(yùn)動的快慢？教師出示圖片繼續(xù)引導(dǎo)，有什么啟示？給學(xué)生一些觀察思考的時間.較容易得出通過研究直線運(yùn)動的速度大小來得到物體沿圓弧運(yùn)動的快慢的研究思路.

觀察演示實(shí)驗(yàn)：裝置介紹，如圖2同一根繩子上的兩點(diǎn)A、B，運(yùn)動的速度大小應(yīng)該是相同的.小球A上升，做直線運(yùn)動；B點(diǎn)沿圓盤邊緣做圓周運(yùn)動，具有相同的速度大小，即vA=vB.

由vA=ΔhΔt，且Δs=Δh，那么vB=ΔsΔt，得出描述做圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)通過弧長快慢的物理量，即速度v=ΔsΔt，讓學(xué)生體會比值定義的物理學(xué)研究方法.

教師繼續(xù)提出問題，“速度這個物理量能夠定義一段時間的運(yùn)動快慢，可以描述圓周運(yùn)動在某一時刻或某一位置的運(yùn)動快慢嗎？”.學(xué)生意見并不統(tǒng)一.教師講解，當(dāng)時間趨近于零時，弧長等于位移，位移方向即這一點(diǎn)的切線方向，此時的速度大小就是瞬時值，方向就是該點(diǎn)的切線方向.滲透極限的思想，理解速度的瞬時性和統(tǒng)一性.

為了幫助學(xué)生加深對線速度的理解，教師可提出問題：電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動穩(wěn)定時，它上面的某一點(diǎn)所做的運(yùn)動有什么特點(diǎn)？給學(xué)生提供素材，說明圖片是利用頻閃照相的方法得到的，在相等的時間里，電風(fēng)扇上的某一點(diǎn)運(yùn)動的弧長總是相等的.幫助學(xué)生理解只有在任意相等的時間里通過的圓弧長度都相等，這種運(yùn)動才稱做“勻速圓周運(yùn)動”.

2.2.2 轉(zhuǎn)過角度的快慢探究

教學(xué)設(shè)計(jì)二中，筆者制作演示儀器，用直流電動機(jī)帶動改造后的石英鐘表芯模擬兩個質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動的情景，收到比較好的效果.

教師介紹實(shí)驗(yàn)器材，請學(xué)生比較做圓周運(yùn)動的A、B兩點(diǎn)的運(yùn)動快慢.學(xué)生觀察到B質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)動兩圈的時候，A質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)過四分之一圈都不到.從轉(zhuǎn)過的角度分析，覺得應(yīng)該是B點(diǎn)轉(zhuǎn)動的要快.

但教師用事先準(zhǔn)備好的紅色帶子，長度等于B點(diǎn)做圓周運(yùn)動周長的二倍，即半徑是2 cm，帶子長度為25.12 cm.將帶子貼在A點(diǎn)所通過的圓周上，比較發(fā)現(xiàn)A點(diǎn)通過的弧長更長，由剛學(xué)到的速度定義式，A點(diǎn)速度值要大.結(jié)論和學(xué)生的感覺完全不一樣，再次引發(fā)矛盾，迫使思考更深入.

只有描述物體沿圓弧轉(zhuǎn)動快慢的物理量——速度是不夠的，還需要可以描述物體轉(zhuǎn)過角度快慢的物理量.可再重復(fù)一下實(shí)驗(yàn)，便于學(xué)生觀察在一段時間里，B點(diǎn)轉(zhuǎn)過的圓心角要大.得出：相同時間轉(zhuǎn)過的角度來定義圓周運(yùn)動快慢，即速度ω=ΔθΔt.讓學(xué)生親身經(jīng)歷，體悟、感受，再一次體會比值定義法在物理學(xué)上的應(yīng)用.

進(jìn)而區(qū)分兩個速度，把一個稱為線速度，另一個稱為角速度，可以幫助學(xué)生更好的理解引入兩個物理量的必要性.學(xué)生從中更深刻體會到圓周運(yùn)動的獨(dú)特性，即研究的角度不同，運(yùn)動快慢描述不同.

2.2.3 自行車正常行駛速度的探究

在本節(jié)內(nèi)容的最后，教學(xué)設(shè)計(jì)二中，筆者同樣采用“如何估算你騎自行車的正常速度？”的問題， 但是做了些改進(jìn)，以增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用的體驗(yàn).

設(shè)大齒輪：44齒，小齒輪：11齒，后輪（26寸）的直徑：26×2.54=66.04 cm，踏板轉(zhuǎn)速n：60 r/min.

給學(xué)生適當(dāng)?shù)臅r間，可以讓他們相互討論交流，合作探究.學(xué)生便可以發(fā)現(xiàn)，踩踏一圈，車輪和地面不打滑，車子就可以前進(jìn)8.3米，每秒大約前進(jìn)8.3米，那么速度就知道了.

3 實(shí)踐的策略

3.1 注重讓學(xué)生通過“親身”經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)獲得體驗(yàn)

在物理教學(xué)中實(shí)驗(yàn)有著特別重要的作用和地位，也是物理教學(xué)中不可或缺的課程資源.在演示實(shí)驗(yàn)時，學(xué)生不僅可以了解實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理，還可以通過實(shí)驗(yàn)觀察，理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后更為深層的問題，如實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象想要說明什么問題，又是怎樣說明這個問題的.教師安排學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時，讓學(xué)生在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解?shí)驗(yàn)原理的前提下，相互合作、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn).在模仿科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)時，通過數(shù)據(jù)處理和模擬驗(yàn)證，學(xué)生能夠獲得具體的物理事實(shí)，為理解概念和規(guī)律作必要的準(zhǔn)備.

案例 傳動裝置中，學(xué)生理解邊緣點(diǎn)線速度大小相等時存在困難.筆者在 “圓周運(yùn)動”教學(xué)設(shè)計(jì)二中，為幫助學(xué)生理解邊緣點(diǎn)線速度大小相等，動手制作了演示裝置，讓學(xué)生通過親身經(jīng)歷獲得體驗(yàn).課堂上，學(xué)生自己動手轉(zhuǎn)動輪盤感受“同帶”問題特點(diǎn)，收到較好的學(xué)習(xí)效果.

3.2 尊重程序性知識的認(rèn)知規(guī)律，經(jīng)歷探究“過程”

現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，可以將知識分為陳述性知識和程序性知識兩大類.兩類知識特點(diǎn)不同，教學(xué)方法也不相同.相對物理概念、規(guī)律這類陳述性知識的教學(xué)而言，物理解題方法、分析思路這些程序性知識的教學(xué)，對于教師的要求更高.程序性知識是對各種不同情況的共性總結(jié)，在物理教學(xué)中， 許多程序性知識需要學(xué)生掌握，例如整體和隔離法、受力分析、動能定理應(yīng)用等. 教師若以講解形式來代替學(xué)生的動手練習(xí)和動腦思考， 結(jié)果往往是一廂情愿，學(xué)生不可能習(xí)得程序性知識.教師在講解此類知識時，要尊重認(rèn)知規(guī)律，精心設(shè)計(jì)科學(xué)探究過程.

筆者認(rèn)為講解本題宜采用切割和判斷磁通量增減結(jié)合的方式，幫助學(xué)生習(xí)得如何判斷感應(yīng)電流的方向.因?yàn)閼?yīng)用楞次定律，開始磁通量減小，后來磁通量增大，由“增反減同”可知感應(yīng)電流方向是d→c→b→a→d.進(jìn)一步探究，絕緣輕桿處于豎直位置時，ab邊和cd邊雖都切割磁感線，但是cd邊切割速度更大，感應(yīng)電流更大.幫助學(xué)生體驗(yàn)應(yīng)用楞次定律的簡潔性.

3.3 運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，“呈現(xiàn)”實(shí)驗(yàn)所蘊(yùn)藏的物理學(xué)規(guī)律

物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)對于知識的理解和規(guī)律的揭示，使得課堂更具“物理味”. 教師可充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)資源，如數(shù)字實(shí)驗(yàn)室等，對物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更為精確的定量研究，為物理課堂中實(shí)驗(yàn)探究的模擬驗(yàn)證提供更多具有說服力的數(shù)據(jù)，更好地揭示實(shí)驗(yàn)所蘊(yùn)藏的物理學(xué)規(guī)律，讓學(xué)生感受到物理規(guī)律得出的復(fù)雜過程.

案例 在“超重和失重”教學(xué)中，學(xué)生對下蹲和站起過程重物所受拉力的變化缺少感知，理解起來有一定的難度.筆者在課堂上，讓一位學(xué)生手持掛有重物的力傳感器，一起下蹲然后站起.過程中，利用DIS數(shù)據(jù)采集軟件收集數(shù)據(jù)，即時繪出拉力大小隨時間變化圖象，并在投影屏幕上顯示出來，將拉力的變化直觀呈現(xiàn)，增強(qiáng)了學(xué)生的探究體驗(yàn).

4 實(shí)踐的反思

新高考制度下，對于高中物理教學(xué)課時減少，內(nèi)容相對增多的實(shí)際情況，需要教師不斷挖掘課堂潛力，構(gòu)建重 “經(jīng)歷”的物理課堂.教師要充分發(fā)揮集體備課資源共享的優(yōu)勢，加強(qiáng)自身教科研能力的提升，從而提高處理教材和進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的能力，把團(tuán)隊(duì)智慧和個人特點(diǎn)完美結(jié)合，站在學(xué)生角度思考、設(shè)計(jì)切實(shí)可行的教學(xué)活動方案.教師要積極改變物理教學(xué)模式，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，搭建師生、生生互動平臺，為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)幫助，解決學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中的實(shí)際困難.