巧用“小情景”變式，活化“大單元”復(fù)習(xí)實(shí)踐初探

譚亞秀

【摘要】從“小情景”變式，創(chuàng)設(shè)進(jìn)階式問題鏈;用話語策略，顯化科學(xué)思維;將碎片化的知識(shí)糅合，生成結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系;用“大單元”設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)課促進(jìn)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】大單元;進(jìn)階式問題鏈;變式

在復(fù)習(xí)“豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)”這個(gè)內(nèi)容時(shí)，習(xí)慣分成下圖的5種情景、3個(gè)物理模型，結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)、機(jī)械能守恒定恒去分步開展教學(xué)。

小情景多、知識(shí)多，容易停留在碎片化知識(shí)層面，學(xué)生難以形成結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系，對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)不利。下面以“豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)”的復(fù)習(xí)為例，從單一情景出發(fā)，創(chuàng)設(shè)進(jìn)階式問題鏈;用話語策略，顯化科學(xué)思維;將碎片化的知識(shí)糅合，生成結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系;用“大單元”設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)課促進(jìn)核心素養(yǎng)的發(fā)展和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。

一、理論支撐

1.“大單元”設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)，應(yīng)該以大概念為落腳點(diǎn)

物理大概念最高層應(yīng)該是物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)和相互作用、功和能三大概念。從這三大概念出發(fā)，可以建立物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)和相互作用觀和能量觀。本單元從豎直面的圓周運(yùn)動(dòng)出發(fā)，過渡到平拋運(yùn)動(dòng)，回歸到曲線運(yùn)動(dòng)的概念、牛頓運(yùn)動(dòng)定律在曲線運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用以及機(jī)械能守恒定律，建立運(yùn)動(dòng)和相互作用觀及能量觀。

2.對(duì)情景變式，有利于模型建構(gòu)，發(fā)展科學(xué)思維

模型建構(gòu)是科學(xué)思維內(nèi)容的一部分，高中物理的理想模型有兩種：一是研究對(duì)象、裝置或條件理想模型，如，質(zhì)點(diǎn)和勻強(qiáng)電場等;二是運(yùn)動(dòng)過程的理想模型，如，自由落體運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)等。教學(xué)中，學(xué)生對(duì)理想模型的認(rèn)識(shí)是隨著理想對(duì)象和理想過程不斷呈現(xiàn)而逐步加深的。運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題能力的高低，往往取決于學(xué)生將情境與知識(shí)聯(lián)系的水平。本文從單一“小情景”出發(fā)，通過變式使情景的條件、裝置等發(fā)生改變，產(chǎn)生相互聯(lián)系但又各有區(qū)別的“小情景”，讓學(xué)生在模型建構(gòu)中，抓住關(guān)鍵點(diǎn)。

二、情景變式思路示意圖

三、對(duì)情景設(shè)置進(jìn)階式問題鏈展開教學(xué)實(shí)踐

情景：炎炎夏日，汽車輪胎在高溫環(huán)境下使用，爆胎事故時(shí)有發(fā)生，如圖所示，若汽車在炎熱的夏天沿起伏不平的路面保持速率不變的行駛，其中最容易發(fā)生爆胎的點(diǎn)是哪個(gè)？

問題1：汽車做什么運(yùn)動(dòng)？能不能處理成我們所學(xué)過的運(yùn)動(dòng)模型？如何處理？

問題2：b和d可以處理成凹形橋模型，設(shè)質(zhì)量為m的汽車以速度v通過半徑為R的凹形橋。它經(jīng)橋的最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力為多大？比汽車的重量大還是小？速度增大壓力如何變？

問題3：a和c可以處理成凸形橋模型，將問題2變?yōu)橥剐蜆?，重新分析。速度過大會(huì)如何？（脫離地面，平拋運(yùn)動(dòng)）。

問題4：車能不能在拱形底這樣運(yùn)動(dòng)？生活中有沒有類似情景（過山車）。能安全通過最高點(diǎn)對(duì)速度有什么要求？

問題5：結(jié)合問題3和問題4，設(shè)計(jì)一個(gè)汽車在最高點(diǎn)無論速度大小如何變化都不會(huì)脫軌道的模型。請(qǐng)說出你的理由。

問題6：尋找生活中情景中的問題4和問題5模型。（問題4：水流星、繩拉物;問題5：管道模型和桿物模型）

到此，豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)3種模型已建立，綜合情景如下：

原始情景：如圖所示，光滑圓管形軌道AB部分平直，BC部分是處于豎直平面內(nèi)半徑為R的半圓，圓管截面半徑r<<R，有一質(zhì)量為m，半徑比r略小的光滑小球以水平初速度v0射入圓管。

（1）若要小球剛好能從C端出來，則小球的初速度v0多大？

（2）若小球從C端出來的瞬間對(duì)管壁無壓力，則小球的初速度v0多大？

（3）小球過C點(diǎn)時(shí)，對(duì)軌道的壓力大小為0.5mg時(shí)，小球的初速度v0多大？

變式1：保留AB水平，改動(dòng)題干由“管道”變?yōu)椤皢芜厛A軌道”， 如圖所示，光滑圓形軌道AB部分平直，BC部分是處于豎直平面內(nèi)半徑為R的半圓，半徑r<<R、質(zhì)量為m的光滑小球以水平初速度v0射入軌道。若要小球剛好能從C端出來，則小球的初速度v0多大？

變式2：若AB部分為傾角為37°軌道，且認(rèn)為與BC部分光滑連接，（1）小球要從何處靜止釋放，才能從C端出來？（2）要使小球過C點(diǎn)時(shí)對(duì)離心軌道的壓力不超過7mg，則小球要從何處靜止釋放？（3）若h=2R，小車能否通過最高點(diǎn)？若不能，則在什么位置分離？

目的：小幅度、小階梯變式，在感受成功喜悅的同時(shí)，與原題及變式1產(chǎn)生對(duì)比和沖擊。經(jīng)過原情景、變式1和變式2，學(xué)生把豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)模型及臨界問題重新系統(tǒng)梳理了一遍，并運(yùn)用能量觀點(diǎn)解決問題。

變式3：在變式2題干的基礎(chǔ)上，加入平拋的問題。若AB部分為傾角為37°軌道，小球剛好能從C點(diǎn)出來，問小球第一次打上AB的速度大??？

分析如圖：x=vct，

求出t，便可以求出打在AB上的速度大小。

目的：加入平拋內(nèi)容，使運(yùn)動(dòng)類型更加完整，利于內(nèi)化生成運(yùn)動(dòng)與相互作用的大概念。從復(fù)習(xí)的角度來說，將各章之間融匯，有利于建立良好的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

總而言之，從“小情景”出發(fā)，通過進(jìn)階式問題鏈創(chuàng)設(shè)出新的情景，在相似又相異的情景中學(xué)會(huì)分析問題和解決問題，并構(gòu)建物理模型發(fā)展科學(xué)思維。在“大單元”設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)，將圓周運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，用牛頓運(yùn)動(dòng)知識(shí)和能量知識(shí)解決，生成結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系，形成大概念。

參考文獻(xiàn)：

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