落實(shí)深度教學(xué) 提升核心素養(yǎng)
——以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”為例

戎 杰 梁 旭

(1. 浙江省慈溪中學(xué)，浙江 寧波 315300； 2. 浙江省教育廳教研室，浙江 杭州 310012)

深度教學(xué)，是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義學(xué)習(xí)過(guò)程.在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生掌握學(xué)科的核心知識(shí)，理解學(xué)習(xí)的過(guò)程，把握學(xué)科的本質(zhì)和思想方法，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，高級(jí)的社會(huì)情感，科學(xué)的態(tài)度和價(jià)值觀，成為既具有獨(dú)立性、批判性，又擁有創(chuàng)造性、合作性的優(yōu)秀學(xué)習(xí)者.深度教學(xué)的根本目的，是促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維水平的發(fā)展.深度教學(xué)有如下特征.

(1) 學(xué)科角度.體現(xiàn)和反映物理學(xué)科本質(zhì)的教學(xué).

(2) 知識(shí)角度.超越知識(shí)表層結(jié)構(gòu)而進(jìn)入深層結(jié)構(gòu)的教學(xué)，表層結(jié)構(gòu)揭示的是知識(shí)的表層意義，即知識(shí)本身的描述性、解釋性意義.它反映了物理世界的基本情境和概念.深層結(jié)構(gòu)是蘊(yùn)含在知識(shí)中的思維方式和價(jià)值取向，它揭示了知識(shí)的深層意義.

(3) 教師角度.對(duì)教材鉆得深、研得透，不僅僅是教學(xué)內(nèi)容的深度和難度，更是學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的深度和高度.

(4) 學(xué)生角度.深度思維，注重引導(dǎo)學(xué)生深入知識(shí)的背后，獲取知識(shí)背后豐富的思維價(jià)值，形成“物理觀念”，培養(yǎng)“科學(xué)思維”，學(xué)會(huì)“科學(xué)探究”，養(yǎng)成“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”.

1 觀察現(xiàn)象，提出問(wèn)題

生活是物理課堂的源泉，也是物理教學(xué)的根基和落腳點(diǎn).物理知識(shí)往往在生活現(xiàn)象中生成和顯現(xiàn).很多學(xué)生在學(xué)習(xí)新課之前，對(duì)許多物理現(xiàn)象已經(jīng)有了一定的感受和體驗(yàn)，這些體驗(yàn)往往來(lái)源于生活經(jīng)驗(yàn).教師在課堂教學(xué)中要充分利用學(xué)生這一前概念，把課堂教學(xué)和生活實(shí)際密切聯(lián)系起來(lái)，充分挖掘聯(lián)系生活的素材，豐富教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程.通過(guò)提問(wèn)題、看圖片(視頻)、做實(shí)驗(yàn)等方式引入課題，不僅可以使枯燥乏味的知識(shí)產(chǎn)生豐富的附著點(diǎn)和切實(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，也可以增加學(xué)習(xí)活動(dòng)的生動(dòng)性和趣味性.這是活化物理教學(xué)，提高知識(shí)建構(gòu)的有效途徑，能使學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解由生活經(jīng)驗(yàn)上升到科學(xué)認(rèn)知.

教學(xué)環(huán)節(jié)：課題引入，播放“學(xué)生跑彎道”航拍視頻(如圖1)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自身經(jīng)歷談體會(huì).播放采訪視頻，聆聽(tīng)跑彎道的學(xué)生談感受.播放“汽車(chē)轉(zhuǎn)彎”航拍視頻(如圖2)，提問(wèn)學(xué)生把“學(xué)生跑彎道”和“汽車(chē)轉(zhuǎn)彎”抽象為什么運(yùn)動(dòng)？

圖1 學(xué)生跑彎道

圖2 汽車(chē)轉(zhuǎn)彎

2 模型建構(gòu)，理論分析

生活中的圓周運(yùn)動(dòng)通常是復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，為把抽象的物理概念形象化，把復(fù)雜的物理問(wèn)題簡(jiǎn)單化，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力和理解力.教學(xué)過(guò)程中通常把實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行理論構(gòu)想，簡(jiǎn)化、抽象為理想化的物理模型.

教學(xué)環(huán)節(jié)：筆者引導(dǎo)學(xué)生把“跑彎道”和“汽車(chē)轉(zhuǎn)彎”問(wèn)題抽象為“圓周運(yùn)動(dòng)”模型.以“汽車(chē)轉(zhuǎn)彎”問(wèn)題為例，逐步引導(dǎo)學(xué)生思考： ① 什么力提供汽車(chē)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力？② 所需的向心力和速度、半徑有什么關(guān)系？使學(xué)生理解圓周運(yùn)動(dòng)是“供需”平衡關(guān)系.進(jìn)一步提問(wèn)并引導(dǎo)學(xué)生理解：汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)速度太大會(huì)發(fā)生側(cè)滑(如圖3).讓學(xué)生自行討論，歸納降低彎道側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的方案，簡(jiǎn)略分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，展示實(shí)際生活中公路轉(zhuǎn)彎處“外高內(nèi)低”的圖片(如圖4).

圖3 大貨車(chē)轉(zhuǎn)彎處側(cè)滑翻車(chē)

圖4 公路轉(zhuǎn)彎處“外高內(nèi)低”

物理教學(xué)要致力于培養(yǎng)學(xué)生解釋物理現(xiàn)象，分析物理問(wèn)題的能力.在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，牢牢抓住問(wèn)題是學(xué)生思維的引擎，關(guān)鍵是問(wèn)題的質(zhì)量和深度，核心是學(xué)生的思維.給學(xué)生一定的時(shí)間討論、交流、進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，讓學(xué)生形成自己的看法、見(jiàn)解，提出相應(yīng)觀點(diǎn)，同時(shí)也對(duì)他人的觀點(diǎn)形成思考、產(chǎn)生質(zhì)疑.采用“問(wèn)題教學(xué)法”激發(fā)學(xué)生的批判性思維是深度教學(xué)的突出表現(xiàn).

教學(xué)環(huán)節(jié)：以圖4中汽車(chē)轉(zhuǎn)彎為例，創(chuàng)設(shè)理想化情境.質(zhì)量為m的汽車(chē)在外高內(nèi)低的結(jié)冰坡面上轉(zhuǎn)彎，坡面傾角為θ，轉(zhuǎn)彎半徑為r.若安全轉(zhuǎn)彎時(shí)剛好沒(méi)有側(cè)向運(yùn)動(dòng)，則轉(zhuǎn)彎速度v應(yīng)是多少？引導(dǎo)學(xué)生按照表1進(jìn)行合作討論.

表1

筆者引導(dǎo)學(xué)生把實(shí)際問(wèn)題抽象成熟悉的斜面與滑塊的理想化模型(如圖5).沿著解決圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本思路： ① 受力分析，② 確定圓心位置和半徑大小，③ 明確什么力提供向心力，所需要的向心力是多少，④ 列平衡方程求解.教學(xué)難點(diǎn)在于圓心位置的確定(O還是O′).利用小車(chē)在斜面上做圓周運(yùn)動(dòng)的自制教具(如圖6)，用呼啦圈對(duì)齊小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡，可幫助學(xué)生確定圓心位置O.

圖5

圖6 汽車(chē)斜面上圓周運(yùn)動(dòng)

在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，采用自制教具進(jìn)行輔助教學(xué)，有助于學(xué)生親自觀察、親身體會(huì)，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂的參與度，激活學(xué)生形象思維，從而突破難點(diǎn)，強(qiáng)化理解.

圖7 火車(chē)車(chē)輪、軌道模型

教學(xué)環(huán)節(jié)：在研究火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，展示火車(chē)輪子和火車(chē)軌道模型(如圖7).注重學(xué)生觀察和體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察輪緣結(jié)構(gòu)，動(dòng)手讓車(chē)輪在彎軌道上自由滑行，觀察發(fā)現(xiàn)輪緣和外軌道有擠壓.按照汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的研究思路，討論“力和運(yùn)動(dòng)”關(guān)系，“供需平衡”關(guān)系.筆者演示火車(chē)轉(zhuǎn)彎脫軌實(shí)驗(yàn)：玩具火車(chē)從傾斜軌道下滑，運(yùn)動(dòng)到最低處的水平軌道時(shí)火車(chē)發(fā)生脫軌.邀請(qǐng)學(xué)生上講臺(tái)嘗試用木塊墊高外軌，重復(fù)同樣實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)火車(chē)不再脫軌(見(jiàn)圖8).請(qǐng)學(xué)生課后查閱相關(guān)資料，了解火車(chē)軌道間距大小、高度差、圓弧半徑大小等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn).

圖8 火車(chē)轉(zhuǎn)彎自制教具

通過(guò)展示火車(chē)輪子和軌道模型，讓學(xué)生對(duì)火車(chē)輪緣結(jié)構(gòu)加深印象.鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手摸一摸輪緣部分加深體驗(yàn).學(xué)生上講臺(tái)墊高外軌的教學(xué)活動(dòng)，用教學(xué)情景刺激學(xué)生的身體感知，調(diào)動(dòng)學(xué)生多方位的感受，用口動(dòng)、手動(dòng)、身動(dòng)的具身結(jié)合來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，加深感性認(rèn)知.提升學(xué)生在課堂中的主體地位，收獲實(shí)驗(yàn)成功的喜悅，加深物理規(guī)律的理解.課后查閱資料的學(xué)習(xí)任務(wù)，旨在開(kāi)闊學(xué)生的國(guó)際視野，強(qiáng)化規(guī)則意識(shí).

3 定性推理，定量探究

定性和定量是物理教學(xué)中常用的兩種方法.定性是用物理知識(shí)定性地解釋物理現(xiàn)象，描述物理規(guī)律的過(guò)程.定量是在定性分析的基礎(chǔ)上，將物理模型清晰化，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法求出精確解的過(guò)程.定性側(cè)重于問(wèn)題的整體把握和理解，定量則更利于抓住問(wèn)題的本質(zhì).

教學(xué)環(huán)節(jié)：展示錢(qián)塘江大橋(平橋)、西湖拱橋(凸橋)、景區(qū)鐵索橋(凹橋)圖片.說(shuō)明本課研究汽車(chē)過(guò)凹橋最低點(diǎn)、凸橋最高點(diǎn)時(shí)的受力情況.演示水球模擬汽車(chē)過(guò)凹凸橋的實(shí)驗(yàn)(如圖9)，通過(guò)攝錄視頻、按幀截取圖片的方法，引導(dǎo)學(xué)生觀察水球在不同位置的形變，從而得到定性結(jié)論：水球在凹橋最低點(diǎn)處受到的支持力更大.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論分析(如表2).

圖9 水球模擬汽車(chē)過(guò)凹凸橋?qū)嶒?yàn)

表2

教學(xué)環(huán)節(jié)：先測(cè)得小球的重力為0.69 N.演示凹凸橋?qū)嶒?yàn)(如圖10)，利用力傳感器測(cè)出小球?qū)Π紭蜃畹忘c(diǎn)和凸橋最高點(diǎn)的壓力F.測(cè)出小球通過(guò)凹橋最低點(diǎn)和凸橋最高點(diǎn)時(shí)光電傳感器的擋光時(shí)間t，可求出小球速度v，最后得出壓力與速度的關(guān)系：過(guò)凹橋最低點(diǎn)時(shí)，小球速度越大，對(duì)橋壓力越大；過(guò)凸橋最高點(diǎn)時(shí)，小球速度越大，對(duì)橋壓力越小(如表3).

圖10 凹凸橋?qū)嶒?yàn)裝置

表3

許多物理知識(shí)間存在緊密的聯(lián)系，為使學(xué)生更容易理解和掌握知識(shí)的來(lái)龍去脈，物理教學(xué)要有全局觀念，當(dāng)前知識(shí)的教學(xué)要有利于學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)知識(shí)，合理設(shè)置“接口”.汽車(chē)脫離地面成為人造衛(wèi)星的教學(xué)環(huán)節(jié)，為后面“萬(wàn)有引力”章節(jié)的學(xué)習(xí)做鋪墊，打基礎(chǔ).

教學(xué)環(huán)節(jié)：邀請(qǐng)學(xué)生上講臺(tái)表演“水流星”魔術(shù)，展示另一類(lèi)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng).引導(dǎo)學(xué)生觀察水杯圓周運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，杯中的水并不會(huì)流出來(lái).拋出問(wèn)題留給學(xué)生課后思考.

4 總結(jié)規(guī)律，提煉觀念

(1) 把復(fù)雜問(wèn)題抽象為物理模型；

(2) 受力分析，明確向心力來(lái)源，即“什么力提供向心力”；

(3) 運(yùn)用牛頓第二定律分析圓周運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律：找圓心、定半徑，明確所需向心力與速度半徑的關(guān)系；

(4) 列“供需平衡”表達(dá)式.

教學(xué)過(guò)程中，用物理特有的精神和文化去提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，用物理特有的魅力和美感去激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，這是物理課堂教學(xué)應(yīng)有的深度.