高中物理科學思維能力提升策略初探
——以“生活中的圓周運動”教學為例

吳朝霞

(江蘇省南京市寧海中學 210024)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》對物理學科的核心素養(yǎng)進行了水平劃分，其中對科學思維包含的模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素分別劃分了五級水平維度.高中物理核心素養(yǎng)科學思維劃分的各級水平,主要表現(xiàn)為學生在不同復雜情境中運用科學思維解決的關(guān)鍵特征，有由低到高逐漸遞進的關(guān)系.筆者結(jié)合高中物理科學思維劃分的水平維度和學科目標，把物理科學思維分解為情境轉(zhuǎn)換、現(xiàn)象分析、證據(jù)意識、質(zhì)疑創(chuàng)新四個要素，使得物理科學思維培養(yǎng)目標更為清晰和可操作.

要促進學生科學思維能力發(fā)展，就要結(jié)合教學和學生基礎(chǔ)，合理設(shè)計教學目標，優(yōu)化課堂教學環(huán)節(jié),因材施教.“生活中的圓周運動”一節(jié)中火車轉(zhuǎn)彎處外軌為何墊高及墊高后哪個力提供向心力，是本節(jié)的重點也是難點.本文針對物理教材特點和學生的認知規(guī)律，嘗試探討提升學生科學思維能力的有效途徑和策略.

一、體驗情景轉(zhuǎn)換，激發(fā)學習興趣

【思考1】讓學生舉出生活中還有哪些物體做圓周運動.

【設(shè)計思想】前幾節(jié)課已學習了圓周運動，在此基礎(chǔ)上提出這個問題，學生就會不自覺地思考我身邊還有哪些物體是做圓周運動？同時展示實物自行車，讓學生找出自行車中哪些部件是做圓周運動，然后再出示準備好的生活圓周運動的實例視頻，讓學生感知圓周運動伴隨我們的生活，從而引入課題.這樣很好地調(diào)動了學習熱情和學生的學習興趣，為學習本節(jié)課奠定創(chuàng)設(shè)良好的情境.

二、經(jīng)歷現(xiàn)象分析，認清事物本質(zhì)

【思考2】請同學們介紹一下火車車輪的特點以及如何放置在鐵軌上？

【設(shè)計思想】通過學生課題小組研究，介紹火車車輪特點，再用自制火車車輪和圖片展示放大鐵軌及火車輪特點.利用該實驗培養(yǎng)學生自主學習的能力，觀察分析的能力，合作探究的能力，激發(fā)學生學習熱情和互助精神.為思考3作了很好的鋪墊.

【思考3】如果火車轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌無高度差時，誰提供向心力？

生：外軌對車輪緣側(cè)向壓力提供向心力

【設(shè)計思想】先利用已學過的汽車轉(zhuǎn)彎靜摩擦力提供向心力作為鋪墊，學生利用類比方法很容易解決這個問題.

【算算看】如果火車質(zhì)量為m=1500t，轉(zhuǎn)彎半徑為r=300m, 轉(zhuǎn)彎速度為v=20m/s.則外軌對車輪緣側(cè)向壓力為多大？

生：(通過計算后讓學生感知靠外軌對輪緣擠壓提供向心力，會將鐵軌擠斷，后果不敢想象.讓學生討論交流應(yīng)采取什么措施，這樣很自然引入思考4.)

三、樹立證據(jù)意識，大膽表達觀點

【思考4】如果你是一位鐵路設(shè)計師，在火車轉(zhuǎn)彎處應(yīng)采取什么措施才能避免火車車輪對鐵軌擠壓造成危害？

生：讓外軌墊高一點

【設(shè)計思想】學生交流討論，但對于為什么墊高、對于墊高后誰對圓周運動提供向心力，學生心中依然有揮之不去的謎團，這也是本節(jié)學生學習的難點之一.接著播放外軌墊高動畫，通過動畫引導學生分析外軌墊高后哪個力會對火車轉(zhuǎn)彎提供向心力有幫助.

【思考5】外軌墊高后轉(zhuǎn)彎時的運動平面是水平的還是與斜面平行的？

【設(shè)計思想】搞清火車在哪個面內(nèi)做圓周運動是分析外軌墊高后向心力來源的基礎(chǔ).另通過實物“小火車轉(zhuǎn)彎”實驗，讓學生觀察討論，明確火車是在平行于地面的平面內(nèi)做勻速圓周運動，從而突破難點之一.也為分析思考6奠定基礎(chǔ).

四、敢于質(zhì)疑創(chuàng)新，多視角審視檢驗

【思考6】若內(nèi)、外高度差對應(yīng)傾角為α，轉(zhuǎn)彎半徑為R，火車的速度為多大時，恰好無側(cè)壓力？

生：支持力的一個分力提供向心力

【設(shè)計思想】在思考5的基礎(chǔ)上，通過計算讓學生感受火車內(nèi)外的高度差所對應(yīng)的傾角、火車轉(zhuǎn)彎半徑以及轉(zhuǎn)彎速度滿足上述條件時，確實是由支持力的一個分力提供向心力，從而解決思考3中“算算看”中所造成的危害性，同時也真正知道思考4所采取的措施是正確的，從而突破難點之二，解開學生心中的謎團.該處對培養(yǎng)學生思維能力是很有幫助的.

【設(shè)計思想】進一步強化鞏固思考6，接著視頻、圖片展示2008年4月28日膠濟鐵路事故.在轉(zhuǎn)彎處規(guī)定速度為80km/h，事故后專家計算分析當火車在該處轉(zhuǎn)彎速度達到131km/h.從而也看出有些事情可以創(chuàng)新，有些事情必須按章辦事，這個教訓是慘痛的，滲透情感教育.

本節(jié)課以學生為主體，教師為主導，按照科學思維四要素來設(shè)計教學方案.同時通過小組合作、模型展示、實例類比、理論分析等方法從淺入深、從易到難、層層分解來突破難點.有效地對學生進行了思維訓練，也促進了思維由低階到高階的進一步發(fā)展.