基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“圓周運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)為例

余冬冬

(江蘇省宜興市丁蜀高級(jí)中學(xué) 214221)

所謂的單元教學(xué)，即一種基于大概念和大思路的角度，并以實(shí)現(xiàn)課程與課時(shí)雙目標(biāo)為核心，繼而在促使學(xué)生掌握學(xué)科內(nèi)容及特點(diǎn)同時(shí)也致力于發(fā)展他們學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)方式.而相較于傳統(tǒng)教學(xué)，因單元設(shè)計(jì)能有效將不同的知識(shí)點(diǎn)按照由淺入深、由簡單到復(fù)雜的方式組織起來，這不僅對(duì)學(xué)生知識(shí)體系的系統(tǒng)化構(gòu)建大有助益，更能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)思維得到有效鍛煉.對(duì)此，本文將以“圓周運(yùn)動(dòng)”為例，就單元設(shè)計(jì)教學(xué)的具體運(yùn)用方法做出闡述.

一、單元教學(xué)內(nèi)容選擇

“圓周運(yùn)動(dòng)”是人教版“曲線運(yùn)動(dòng)”中7個(gè)組成章節(jié)的內(nèi)容之一，而除了“圓周運(yùn)動(dòng)”.前2節(jié)內(nèi)容分別為“平拋運(yùn)動(dòng)”和“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”.屬于后4章節(jié)的“圓周運(yùn)動(dòng)”，其核心教學(xué)內(nèi)容當(dāng)時(shí)讓學(xué)生理解并懂得該如何運(yùn)用動(dòng)力學(xué)問題.而此類問題正是日后研究天體運(yùn)動(dòng)、帶電粒子及電磁場運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容的必備基礎(chǔ).

二、單元教學(xué)目標(biāo)制定

隨著新課程改革的逐步深入，新的課程標(biāo)準(zhǔn)也明確了高中物理教學(xué)需對(duì)實(shí)驗(yàn)探究給予高度重視.至于實(shí)驗(yàn)探究的主要目的便是要讓學(xué)生理解諸多的物理含義，如向心加速度、各種量.除此之外，對(duì)各名詞之間的關(guān)系也是高中物理的教學(xué)重點(diǎn)，諸如勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力與半徑、角速度、質(zhì)量方面有何關(guān)聯(lián).而鑒于上述部分內(nèi)容具有極強(qiáng)的抽象性，故具體的教學(xué)過程也需采取適宜的教學(xué)方法，尤其要注重將相關(guān)的思路和方法滲透其中以及將牛頓第二定律的向心力知識(shí)融入其中，如此方能完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使其對(duì)向心力等內(nèi)容及其規(guī)律產(chǎn)生直觀化的理解.除此之外，在新課程改革標(biāo)準(zhǔn)中還對(duì)本單元學(xué)習(xí)提出了以下要求：一是要借助實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生了解各物理名詞的具體含義、意義及定義式，包括線速度、角度蘇、轉(zhuǎn)速、周期等.以此讓學(xué)生的科學(xué)論證能力得到一定程度的發(fā)展；二是借助實(shí)驗(yàn)探究來理解向心加速度的方向及表達(dá)式，而后根據(jù)不同的問題情境懂得該運(yùn)用怎樣的向心加速度表達(dá)式來加以運(yùn)算.如此做的目的便是要讓學(xué)生初步構(gòu)建起抽象概括模型的能力；三是基于對(duì)向心力概念的理解來掌握其相關(guān)的表達(dá)式，繼而懂得運(yùn)用相關(guān)表達(dá)式去解決相應(yīng)的問題，諸如在解決勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題時(shí)采用牛頓運(yùn)動(dòng)定律；四是能從學(xué)習(xí)中釋放出來以了解生活中的圓周運(yùn)動(dòng).這將有助于強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)解釋能力，而后促使他們逐步樹立起正確的科學(xué)態(tài)度.

三、學(xué)習(xí)進(jìn)階路徑規(guī)劃

就本章節(jié)所包含的觀念而言，其目的是讓學(xué)生了解曲線運(yùn)動(dòng)，而后便幫助學(xué)生建立起初步的力與運(yùn)動(dòng)觀.而從科學(xué)思維的角度上來看，基于本章節(jié)還涉及到其他重要知識(shí)點(diǎn)，包括比值定義法以及構(gòu)建模型的思想等.故而在實(shí)際教學(xué)過程中，為加深學(xué)生的學(xué)習(xí)印象，教師需讓學(xué)生親身經(jīng)歷科學(xué)的產(chǎn)生、推理及論證這一系列過程，如此一來，學(xué)生方能知曉生活中的哪些問題，實(shí)則包含了物理的思想，有了此方面的認(rèn)知，方能讓學(xué)生將課堂所學(xué)帶入生活，進(jìn)而通過在生活中實(shí)際運(yùn)用知識(shí)來促使其學(xué)科思維與實(shí)踐意識(shí)的發(fā)展.除此之外，在實(shí)際教學(xué)之時(shí)，教學(xué)也應(yīng)有意識(shí)地提升，以此讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力在解釋交流過程中得到提升.至于學(xué)生科學(xué)論證能力的發(fā)展，教師便需由科學(xué)態(tài)度與責(zé)任入手，通過對(duì)兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)快慢加以比較，從而發(fā)展學(xué)生的科學(xué)論證能力.再次，就本單元包含的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)探究而言，其核心目的均是致力于發(fā)展學(xué)生的抽象概括及模型構(gòu)建能力以及促使學(xué)生形成求真務(wù)實(shí)的精神，對(duì)此，教師可再度將生活引進(jìn)教學(xué)，一來可切實(shí)發(fā)展學(xué)生的問題發(fā)現(xiàn)與解決能力，二來則能讓學(xué)生逐步養(yǎng)成站在物理角度思考與發(fā)現(xiàn)問題的能力，這對(duì)學(xué)生接下來的學(xué)習(xí)與生活均有莫大助益.最后，基于物理各知識(shí)點(diǎn)之間均有著極強(qiáng)的聯(lián)系，故而提升教學(xué)的效率及效果，有關(guān)“圓周運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)過程，教師還可劃分學(xué)習(xí)層級(jí)，至于層級(jí)的具體劃分標(biāo)準(zhǔn)則可參照下表：

表1 “圓周運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)層級(jí)與素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)階表

四、單元教學(xué)環(huán)節(jié)落實(shí)

1.認(rèn)識(shí)圓周運(yùn)動(dòng)(1課時(shí))

將生活化的場景引進(jìn)具體教學(xué)，而后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡展開調(diào)查.通過觀察估計(jì)形狀而后思考如下問題：對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)物體的快慢該如何進(jìn)行比較.待學(xué)生思考一定時(shí)間后，再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想，猜想的具體內(nèi)容圍繞學(xué)生已有的生活及學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，諸如進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的物體，多少時(shí)間可轉(zhuǎn)一圈？不同物體在相同時(shí)間所轉(zhuǎn)的圈數(shù).對(duì)于上述猜想，教師可讓學(xué)生將之與此前所學(xué)的直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行對(duì)比，以此幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移.而后再通過對(duì)比曲線運(yùn)動(dòng)線速度、角速度定義與直線運(yùn)動(dòng)定義的差異，以此讓學(xué)生了解解答上述問題需獲知圓弧長短以及轉(zhuǎn)過角度大小等重點(diǎn)，繼而達(dá)到突破教學(xué)難點(diǎn)的目的.之后，為鞏固學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，教師又可開展相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)，諸如用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行現(xiàn)場測量，讓學(xué)生思考該如何測，具體需要哪些工具以及各類工具又該如何使用等.

2.向心加速度(1課時(shí))

眾所周知，物體在不受力的情況下將保持勻速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，而此時(shí)的加速度則為零，但勻速圓周運(yùn)動(dòng)卻并不等同于勻速直線運(yùn)動(dòng)，這便意味著其合力以及加速度也必然不為零.那么又該如何判斷該加速度的大小及方向呢？

對(duì)于上述問題，教師同樣可通過實(shí)驗(yàn)的方式來引導(dǎo)學(xué)生展開探究，諸如利用手機(jī)APP傳感器，此傳感器可基于手機(jī)本身內(nèi)置的陀螺儀及角速度傳感器來獲知手機(jī)本身當(dāng)下的角速度及向心加速度，且該向心加速度還會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化.在最初階段，即在轉(zhuǎn)盤電機(jī)關(guān)閉時(shí)，可得到加速度接近于零的向心加速度.而當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后，手機(jī)的角速度便開始跟隨轉(zhuǎn)盤速度變動(dòng).此時(shí)角速度不變而將轉(zhuǎn)動(dòng)半徑改變，再將不同轉(zhuǎn)動(dòng)半徑對(duì)應(yīng)的加速度記錄下來，以此便可形成完整的向心加速度與轉(zhuǎn)動(dòng)半徑關(guān)系圖.通過觀察，學(xué)生便能清楚掌握向心加速度、線速度及角速度之間的關(guān)系.

(理論推導(dǎo))基于運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來學(xué)習(xí)向心加速度，由于所謂的向心加速度也便是線速度變化量與時(shí)間的比值，而其中最關(guān)鍵的變化量便是線速度.因此，教師可在實(shí)際教學(xué)開展時(shí)首先由直線運(yùn)動(dòng)的速度變化量開始，通過引進(jìn)相關(guān)概念來對(duì)速度變化量的方向予以再度強(qiáng)調(diào)，由此引伸出曲線運(yùn)動(dòng)中的速度變化量再加以計(jì)算.之后針對(duì)質(zhì)點(diǎn)圓周運(yùn)動(dòng)的求解.可讓速度的變化量與線速度的方向保持垂直并指向圓心.

(理論探究)根據(jù)牛頓第二定律，我們可以用向心加速度的大小和方向推導(dǎo)得到做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的合外力的方向和大小，即向心力的大小和方向.

(實(shí)驗(yàn)探究)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)設(shè)計(jì)可使用機(jī)械鳥，在機(jī)械鳥做圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)通過拉動(dòng)繩子來使其形成圓錐擺，以此來對(duì)向心力的表達(dá)式加以驗(yàn)證.

通過研究機(jī)械鳥學(xué)生很容易獲知以下原理，那便是不同方向的拉力及重力合成方可形成向心力.而后經(jīng)過APP的介紹，學(xué)生又將得知向心力的命名由來，也便是在其他性質(zhì)的力所提供形成了向心力.

總之，高中物理涉及到諸多的物理思想方法、概念、定義、定理及原則.而上述內(nèi)容均是學(xué)生學(xué)習(xí)過程必須掌握之重點(diǎn).因此，教師也不能片面顧忌課本所陳，而是要帶領(lǐng)學(xué)生展開深入挖掘，以此了解更深層次的物理知識(shí)，繼而在幫助學(xué)生完成自身知識(shí)體系的完善構(gòu)建同時(shí)亦讓他們對(duì)科學(xué)本質(zhì)產(chǎn)生深刻的理解，這對(duì)學(xué)生物理學(xué)習(xí)精神的提升勢必大有助益.