基于轉(zhuǎn)識(shí)成智理念的教學(xué)案例分析
——以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”為例

劉學(xué)娟

(江蘇省靖江高級中學(xué)，江蘇 靖江 214500)

基于轉(zhuǎn)識(shí)成智理念的教學(xué)案例分析
——以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”為例

劉學(xué)娟

(江蘇省靖江高級中學(xué)，江蘇 靖江 214500)

轉(zhuǎn)識(shí)成智作為素質(zhì)教育的核心價(jià)值追求,就是要將學(xué)生從“知識(shí)受體”轉(zhuǎn)為“智慧主體”,將知識(shí)傳承轉(zhuǎn)為智慧生長?；谵D(zhuǎn)識(shí)成智理念,筆者設(shè)計(jì)了“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”這節(jié)課,在整個(gè)教學(xué)過程中,將生活中的圓周運(yùn)動(dòng)從問題路徑、體悟路徑和想象路徑展開。

轉(zhuǎn)識(shí)成智;圓周運(yùn)動(dòng)；問題路徑；體悟路徑；想象路徑

1 引言

“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”是人教版必修2第五章“曲線運(yùn)動(dòng)”中第七節(jié)的內(nèi)容，它是基于學(xué)生的生活而設(shè)計(jì)的一節(jié)內(nèi)容，應(yīng)用牛頓第二定律，以提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力為目標(biāo)。對于這樣貼近實(shí)際、貼近生活的素材，上好了能提升學(xué)生的實(shí)踐智慧，上不好會(huì)讓學(xué)生索然無味，喪失對物理原本不大的興趣，使物理教學(xué)陷入僵局。

筆者基于轉(zhuǎn)識(shí)成智的教學(xué)理念對這節(jié)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)研究過程中，特級教師陳斌提出了“問題·體悟·想象”的三維立體實(shí)施路徑，即：快樂作舟、問題作帆，激活好奇心；實(shí)踐引路、體悟架橋，提升探究性；自由當(dāng)風(fēng)、想象為翼，騰飛創(chuàng)造力。本課循著這三條知行結(jié)合的路徑，并在預(yù)設(shè)和生成中尋求變化，著力培養(yǎng)學(xué)生的求知欲望、探究能力和創(chuàng)新潛質(zhì)。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)與技能

(1) 化知識(shí)為問題，通過層層深入的問題激活學(xué)生的好奇心和求知欲;

(2) 重探究和體悟，讓學(xué)生在實(shí)踐體悟中學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)例處理;

(3) 展開科學(xué)想象，借助拱形橋到宇宙飛船、牛頓炮的聯(lián)想，讓學(xué)生借著想象的羽翼飛翔。

2.2 過程與方法

(1) 以問題為載體，借問題激趣、助思、建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力;

(2) 以探究為手段，用科學(xué)探究提升實(shí)踐智慧，培養(yǎng)學(xué)生猜想假設(shè)、分析論證和邏輯推理能力;

(3) 以思維為核心，在科學(xué)想象中培養(yǎng)學(xué)生的形象和靈感思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀

(1) 引導(dǎo)學(xué)生親歷科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生求真的科學(xué)態(tài)度;

(2) 啟迪學(xué)生開展科學(xué)想象，培養(yǎng)學(xué)生想象中的美學(xué)思維;

(3) 面向?qū)W生進(jìn)行STSE教育，培養(yǎng)學(xué)生尚善的科學(xué)倫理和社會(huì)責(zé)任感。

3 教學(xué)過程

在整個(gè)教學(xué)過程中，筆者將生活中的圓周運(yùn)動(dòng)分為三條路徑展開，即：問題路徑、體悟路徑和想象路徑，三條路徑有機(jī)結(jié)合，融為一體，在潛移默化中讓學(xué)生興趣盎然、能力提升、智慧生長。

3.1 問題路徑

問題是學(xué)習(xí)的原動(dòng)力、出發(fā)點(diǎn)，也是歸宿點(diǎn)。在課堂上創(chuàng)設(shè)良好的問題情境，將傳授式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閷υ捠浇虒W(xué)，用問題點(diǎn)化知識(shí)要點(diǎn)、破解知識(shí)難點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生心智水平的提高與創(chuàng)新能力的發(fā)展。在本環(huán)節(jié)中，教師創(chuàng)設(shè)情境，引出問題，學(xué)生經(jīng)過自主思考，小組合作，嘗試回答問題，最后師生共同探討、解決問題。

師：本章我們學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)，本節(jié)課我們將學(xué)以致用，針對生活中常見的圓周運(yùn)動(dòng)，研究它的力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。生活中的圓周運(yùn)動(dòng)很多，同學(xué)們能列舉一些嗎？

生：水流星、火車的轉(zhuǎn)彎、汽車過拱橋、衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)等等。

師生一起觀看火車轉(zhuǎn)彎視頻，感受火車轉(zhuǎn)彎情形，了解火車車輪的構(gòu)造，理解輪緣、內(nèi)軌、外軌等概念。

由教師或?qū)W生提出問題，師生互動(dòng)討論問題，并解決問題。問題由淺入深、由易及難，連成問題串，以幫助學(xué)生形成良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

問題1：火車在內(nèi)外軌等高的軌道上勻速行駛時(shí)，受到哪些力作用？關(guān)系如何？

生：火車受重力和支持力、牽引力和阻力作用，它們是兩對平衡力。

問題2：火車在內(nèi)外軌等高的軌道上勻速轉(zhuǎn)彎時(shí)，誰提供向心力？

生：由外軌對外側(cè)輪緣的彈力提供向心力。

問題3：一節(jié)車廂凈重40T，鐵軌的抗擠壓能力為3×104N，假設(shè)彎道半徑是300m，火車的速度最大可達(dá)到多少？

圖1

圖2

問題4：用哪些方法可以確?；疖囂崴俸蟀踩旭?？其中最有效的方法是什么？

生：增大轉(zhuǎn)彎半徑、改變軌道的材質(zhì)以增大抗擠壓能力或是采用彎道路面向內(nèi)側(cè)傾斜的方法，其中最有效的方案應(yīng)是第三種。

問題5：內(nèi)外軌傾斜后，火車轉(zhuǎn)彎的軌道平面如何？

生：內(nèi)外軌傾斜后，火車的轉(zhuǎn)彎平面仍是水平面(如圖2)。

問題6：若軌道傾角為θ，軌道半徑為R，火車以速率v0勻速轉(zhuǎn)彎時(shí)，為使輪緣對內(nèi)外軌均無側(cè)壓力，則v0多大？

問題7：討論v>v0、v

生：當(dāng)v>v0時(shí)，外側(cè)輪緣擠壓外軌，外軌提供指向內(nèi)側(cè)的彈力；當(dāng)v

師：同學(xué)們對火車轉(zhuǎn)彎已經(jīng)掌握得很好，也經(jīng)常見到高速公路拐彎處，有“小心路滑，謹(jǐn)慎駕駛”的提示標(biāo)語，那能否將剛才掌握的方法遷移過來，分析一下汽車轉(zhuǎn)彎的問題？

學(xué)生分小組討論交流，各抒己見。

以上通過一個(gè)個(gè)遞進(jìn)的問題將知識(shí)要點(diǎn)貫通起來，在課前預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)上注重課堂生成，這樣，步步為營，環(huán)環(huán)相扣，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生的思維品質(zhì)，也讓學(xué)生收獲了成功的喜悅。

3.2 體悟路徑

體悟即體驗(yàn)感悟，是讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`活動(dòng)，在活動(dòng)中結(jié)合原有的認(rèn)知水平建構(gòu)新知的過程。讓學(xué)生親歷科學(xué)探究的過程，體驗(yàn)科學(xué)探究的方法，享受科學(xué)探究的樂趣，可進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生的智慧生長。在本課教學(xué)設(shè)計(jì)中，為使學(xué)生尋找到向心力的來源，進(jìn)行了如下科學(xué)探究。

(1) 實(shí)驗(yàn)探究1：火車轉(zhuǎn)彎

師生觀察視頻并提出問題：火車在內(nèi)外軌等高的軌道上勻速轉(zhuǎn)彎時(shí)，誰提供了向心力？

學(xué)生進(jìn)行猜想假設(shè)：輪緣與軌道間的側(cè)壓力提供向心力(因?yàn)橹亓Α⒅С至?、摩擦力都不可能提供指向圓心的向心力)。

師生開展實(shí)驗(yàn)探究，自制了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)器材，軌道的寬度略大于車輪的寬度，在軌道內(nèi)外側(cè)用不同顏色的粉筆涂上印記，推動(dòng)車輪在軌道上拐彎，輪緣邊緣會(huì)因接觸而染上顏色，不同的顏色可以說明軌道與輪緣的接觸情況，以此驗(yàn)證猜想的正確性。

圖3

(2) 實(shí)驗(yàn)探究2：汽車過拱橋

教師提出問題：生活中同學(xué)們見過形形色色的橋，同學(xué)們思考過沒有？為什么所見過的橋幾乎都是拱形的嗎？

學(xué)生猜想假設(shè)：① 為了航行的暢通；② 為了美觀；③ 拱形的結(jié)構(gòu)更加牢固；④ 拱形的受力可能更小等等。

師生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究：將“橋”置于臺(tái)秤上，分別觀察小汽車經(jīng)過凹形橋底端和凸形橋頂端時(shí)臺(tái)秤的讀數(shù)，并與小汽車靜止時(shí)的讀數(shù)進(jìn)行對比。

學(xué)生清楚地看到：當(dāng)小汽車經(jīng)過凹形橋底端時(shí)，臺(tái)秤示數(shù)大于小汽車靜止時(shí)的讀數(shù)；當(dāng)小汽車經(jīng)過拱形橋底端時(shí)，臺(tái)秤示數(shù)小于小汽車靜止時(shí)的讀數(shù)。

(3) 理論探究：汽車過拱橋

理論探究如圖4所示，結(jié)果殊途同歸：當(dāng)汽車經(jīng)過凹形橋頂端時(shí)，F(xiàn)N>mg；當(dāng)汽車經(jīng)過拱形橋頂端時(shí)，F(xiàn)N

FN-mg=m mg-FN=mFN=mg+m FN=mg-m圖4

采用實(shí)驗(yàn)探究和理論探究相結(jié)合的方式，一方面可以增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的觀察、動(dòng)手能力；另一方面亦可增強(qiáng)學(xué)生的理性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的分析論證、邏輯推理能力，兩者交相輝映、相得益彰。

這里科學(xué)探究的過程并不復(fù)雜，學(xué)生可以親歷親為，但是要在學(xué)習(xí)中培育學(xué)生的科學(xué)精神，這些過程就必不可少，探究過程能讓學(xué)生體悟科學(xué)探究方法，享受科學(xué)探究的樂趣，讓學(xué)生受益終生。

3.3 想象路徑

想象基于形象思維，但形象也離不開邏輯思維和靈感思維的聯(lián)合運(yùn)作。想象大量存在于藝術(shù)創(chuàng)作和科學(xué)創(chuàng)造之中。愛因斯坦曾說過：“想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，想象概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉”?？茖W(xué)想象，思接千載，視通萬里，可以開啟和豐富學(xué)生創(chuàng)造的心智，喚醒和開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造的潛能。圍繞科學(xué)想象，從拱形橋出發(fā)，聯(lián)想到宇宙飛船，再到“牛頓炮”這一著名的思想實(shí)驗(yàn)，豐滿了學(xué)生的想象路徑。

想象1：假想地球是一個(gè)巨大的拱形橋(如圖5)，橋面半徑即為地球半徑(約為6400km)時(shí)，其場景如何呢？這時(shí)的汽車是不是就成了宇宙飛船呢？計(jì)算一下它的速度。

圖5

想象2：歷史上有個(gè)著名的“牛頓炮”的思想實(shí)驗(yàn)，在地球的一座高山上架起一只水平大炮，速度越大，炮彈落地點(diǎn)離山腳距離越遠(yuǎn)，當(dāng)射出速度足夠大時(shí)，炮彈將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？如果發(fā)射的炮彈不落回地面，炮彈的速度至少多大？

生：當(dāng)炮彈速度足夠大時(shí)，炮彈將不會(huì)再落回地球表面，臨界情況是恰好由重力提供向心力，炮彈繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)速度也應(yīng)為7.9km/s。

師：如今，牛頓當(dāng)年的想象已變成了現(xiàn)實(shí)，科學(xué)家們已經(jīng)制造并成功發(fā)射了人造地球衛(wèi)星，生活中的很多領(lǐng)域，如通訊、天氣預(yù)報(bào)、軍事、全球定位等都離不開地球人造衛(wèi)星，并且人類已經(jīng)能夠進(jìn)行太空漫步，在太空站內(nèi)生活。

師生一起觀看王亞平“太空課堂”的視頻片段。教師引導(dǎo)學(xué)生想象宇航員在宇宙飛船中的生活狀況，學(xué)生熱議太空生活中的景象……

師：感興趣的同學(xué)也可以在課后收集、了解這方面的資料和視頻。

想象源于生活又超越生活，且為人類創(chuàng)造更好的生活，想象不能完全依賴教師的傳授，它要在自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)建構(gòu)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，想象是“眾里尋他千百度”后的靈感頓悟，是在問題導(dǎo)航、體悟引路后展開的思維翅膀。

4 課后反思

筆者以問題解決、體悟探究、科學(xué)想象架設(shè)三條立體路徑，讓學(xué)生學(xué)到的不僅僅是生活中圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，更在學(xué)習(xí)的過程中激活了好奇心和問題意識(shí)，提升了實(shí)踐和探究能力，放飛了想象和創(chuàng)新夢想。同時(shí)還力圖構(gòu)建一個(gè)唯美的框架，無論是問題的層層深入，探究的環(huán)環(huán)相扣，還是想象的由點(diǎn)及面，都著力培養(yǎng)學(xué)生崇尚自然美、領(lǐng)悟科學(xué)美、追求生活美的情懷，不斷豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)，啟迪學(xué)生的智慧生長。

[1] 陳斌.問題·體悟·想象：轉(zhuǎn)識(shí)成智路徑探幽[J].物理教師，2015，(10)：15-23.

[2] 靖國平.如何“化知為識(shí)，轉(zhuǎn)識(shí)成智”[J].人民教育，2014，(23)：19-21.