運(yùn)用“四化”策略 提升核心素養(yǎng)
——以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例

張東風(fēng) 于文高

(1. 江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué)，江蘇 蘇州 215021；2. 江蘇省淮安市教學(xué)研究室，江蘇 淮安 223000)

在“新課程、新教材、新高考”的背景下，教育部門舉辦了系列培訓(xùn)活動(dòng)，幫助廣大教師領(lǐng)會(huì)新課標(biāo)，用好新教材，應(yīng)對(duì)新高考，提升教師專業(yè)素養(yǎng)，打造優(yōu)秀教師團(tuán)隊(duì)。筆者有幸參加了教學(xué)磨研活動(dòng)，并展示了一節(jié)基于“四化”(情境化、深度化、活動(dòng)化和自主化)策略的多學(xué)科教師參與的研究課，引發(fā)了一定范圍的討論。該教學(xué)設(shè)計(jì)基于課程標(biāo)準(zhǔn)，課堂上選取的視頻、實(shí)驗(yàn)和實(shí)例不僅是為學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)準(zhǔn)備的，更是希望學(xué)生能在物理課堂上對(duì)日常生活中有關(guān)物理事例進(jìn)行深入思考，能解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題。

1 “四化”策略簡介

1.1 情境化策略

情境是“水”，知識(shí)是“米”，“米”只有融合到“水”里才能熬成好的“粥”。知識(shí)在情境中是活的、有生命力的，知識(shí)只有融合到情境中才能被學(xué)生理解、消化和升值。賦予學(xué)習(xí)以“情”、以“境”，使學(xué)習(xí)變得情趣化、背景化、問題化和形象化。

在教學(xué)中可以通過聯(lián)系生活，創(chuàng)設(shè)生活情境；可以借助實(shí)物，創(chuàng)設(shè)形象、直觀的情境；可以通過演示實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境；可以通過播放視頻等，創(chuàng)設(shè)媒介情境；可以通過復(fù)習(xí)舊知，創(chuàng)設(shè)聯(lián)系情境；可以通過預(yù)設(shè)問題，創(chuàng)設(shè)求知情境。筆者將以“火車轉(zhuǎn)彎”“汽車過橋”等為例進(jìn)行說明。

1.2 深度化策略

成尚榮先生說過：“所謂學(xué)科的本質(zhì)，應(yīng)包含以下三個(gè)方面內(nèi)容：一是學(xué)科的本質(zhì)屬性，二是學(xué)科的核心任務(wù)，三是學(xué)科的特殊方式?！庇梦锢韺W(xué)特有的文化去培育學(xué)生的核心素養(yǎng)，用物理學(xué)特有的魅力和美感去激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，這才是課堂教學(xué)應(yīng)有的深度。

在深度學(xué)習(xí)中，既要分清學(xué)科邊界，體現(xiàn)學(xué)科個(gè)性，也要展示學(xué)科魅力，倡導(dǎo)問題導(dǎo)向，聚焦核心知識(shí)。從教師方面來看，深度教學(xué)要求教師深度開發(fā)教學(xué)資源，而不僅僅局限于課本，對(duì)教材和學(xué)情要鉆研得深、透；從學(xué)生方面來看，深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生進(jìn)行深度思維，提高科學(xué)思維能力，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度。筆者將以“受力分析”“運(yùn)動(dòng)分析”等為例進(jìn)行說明。

1.3 活動(dòng)化策略

科學(xué)探究的核心環(huán)節(jié)是“提出猜想與假設(shè)”和“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證”，只有當(dāng)學(xué)生真正參與了這兩個(gè)環(huán)節(jié)，真正意義上的科學(xué)探究才得以產(chǎn)生，要讓學(xué)生的思維活起來，必須讓學(xué)生動(dòng)起來。首先，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生對(duì)教學(xué)過程的參與度要高，而不是由教師直接講解和傳授。知識(shí)的習(xí)得和能力的提升要經(jīng)歷一定的過程，而不是直接從教材獲得結(jié)論。第三，體驗(yàn)和感悟是活動(dòng)的內(nèi)涵，活動(dòng)是一個(gè)過程，過程比結(jié)果更重要。筆者將以“小組合作”“實(shí)地走訪”“專家訪談”等為例進(jìn)行說明。

1.4 自主化策略

自主化就是要求學(xué)生以自主的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，本質(zhì)是對(duì)學(xué)生獨(dú)立性的尊重和學(xué)習(xí)潛能的信任。自主學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性，并不否定教師的主導(dǎo)性，“翻轉(zhuǎn)課堂”“學(xué)講計(jì)劃”“對(duì)分課堂”等都是極好的自主化學(xué)習(xí)模式。筆者將以“課前準(zhǔn)備”“學(xué)生展示”“學(xué)生優(yōu)化”等為例進(jìn)行說明。

2 “生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”教學(xué)案例分析

2.1 視頻引入

以視頻“慘痛的4.28膠濟(jì)鐵路重大交通事故”引入。

設(shè)計(jì)意圖：用生活實(shí)例引入課題，對(duì)學(xué)生形成視覺沖擊，加強(qiáng)交通安全教育。

2.2 實(shí)例分析

例1:分析火車轉(zhuǎn)彎處路面不一樣高的原因。展示圖1、圖2，介紹軌道和火車輪的構(gòu)造，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)車輪設(shè)計(jì)提出初步猜想。

圖1

圖2

設(shè)計(jì)意圖：知識(shí)來源于生活，科學(xué)規(guī)律蘊(yùn)藏在現(xiàn)象之中。

問題1：火車在水平彎道轉(zhuǎn)彎，若內(nèi)外軌道一樣高，什么力提供了火車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力？有何優(yōu)缺點(diǎn)？

學(xué)生回答：(1) 向心力由外側(cè)軌道對(duì)車輪輪緣的彈力提供。(2) 缺點(diǎn)：由于火車質(zhì)量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，鐵軌容易損壞、變形，發(fā)生危險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：搭建臺(tái)階，層層遞進(jìn)，實(shí)現(xiàn)深度化學(xué)習(xí)。在這個(gè)過程中也可以通過壓力傳感器進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用控制變量法來研究，引導(dǎo)學(xué)生用儲(chǔ)備的物理知識(shí)解決生活中的問題。

問題2：如何對(duì)上述方法進(jìn)行優(yōu)化？說說你的設(shè)計(jì)思路？

學(xué)生回答：使外軌略高于內(nèi)軌，最佳方案是向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供。

設(shè)計(jì)意圖：以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，學(xué)生自主探究，合作生成設(shè)計(jì)思路。創(chuàng)設(shè)情境，營造探究氛圍，激發(fā)學(xué)生的興趣，誘發(fā)他們的探究動(dòng)機(jī)。教師重視引導(dǎo)，聯(lián)系生活實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

問題3：如圖3所示，如軌道對(duì)輪緣無擠壓，此時(shí)火車的速度v0為多大？若火車速度大于或小于v0，軌道對(duì)輪緣有擠壓嗎？

學(xué)生回答：(1) 當(dāng)速度v大于v0時(shí)，外軌對(duì)輪緣產(chǎn)生向內(nèi)的彈力，可以運(yùn)用正交分解法進(jìn)行求解；(2) 當(dāng)速度v小于v0時(shí)，內(nèi)軌對(duì)輪緣產(chǎn)生向外的彈力，也可以運(yùn)用正交分解法進(jìn)行求解。

圖3

設(shè)計(jì)意圖：從軌道彈力的有無，到運(yùn)用控制變量法進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)探討、改進(jìn)，也可以實(shí)地考察，測(cè)量軌道面傾度θ、軌距L等。走出課堂，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，進(jìn)行深度研究。鍛煉學(xué)生受力分析能力，促進(jìn)物理觀念的形成。

問題4：觀察圖4、圖5，說說賽道修建的物理學(xué)依據(jù)。如速度過大，會(huì)看到什么現(xiàn)象？

學(xué)生回答：可以舉一反三，比較異同，類比于“火車轉(zhuǎn)彎”。

圖4

圖5

設(shè)計(jì)意圖：在教學(xué)中可以播放視頻，也可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過推理和建模培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，通過理論和實(shí)驗(yàn)有序開展科學(xué)探究，引導(dǎo)學(xué)生依托實(shí)驗(yàn)、學(xué)以致用，解決實(shí)際問題，培養(yǎng)他們的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。

例2:汽車過橋。展示橋的圖片，引發(fā)學(xué)生思考。

問題5：為什么生活中比較常見的是凸形橋而不是凹形橋呢?

學(xué)生猜想后回答，教師通過視頻慢放進(jìn)行展示，也可組織學(xué)生到現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證猜想。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對(duì)汽車過凸形橋和凹形橋的受力進(jìn)行分析、比較，得出結(jié)論，促進(jìn)了物理觀念的形成，提高了核心素養(yǎng)。

問題6：以凸形橋?yàn)槔?，假如車的速度不斷增大，將?huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢?

學(xué)生回答：若速度v繼續(xù)增大，合外力不足以提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，則汽車會(huì)飛出去。

教師播放“飛車”視頻。

設(shè)計(jì)意圖：步步為營，從生活來，到生活中去，學(xué)生自主獲取知識(shí)，形成能力。

問題7：如果把地球看成一個(gè)巨大的拱橋，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：當(dāng)車的速度大到一定程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力是零？

學(xué)生舉一反三，通過類比得出結(jié)論。教師播放我國航天發(fā)展視頻。

設(shè)計(jì)意圖：通過我國航天發(fā)展歷程的介紹，激發(fā)學(xué)生的熱愛科學(xué)、航天報(bào)國的熱情，滲透社會(huì)主義核心價(jià)值觀教育。

例3:揭開“過山車”和“水流星”之謎。

組織學(xué)生自制“水流星”，分組演示。

問題8：如何解秘“水流星”和“過山車”？

學(xué)生提出對(duì)它們?cè)谧罡唿c(diǎn)和最低點(diǎn)的受力進(jìn)行分析。

設(shè)計(jì)意圖：引發(fā)學(xué)生思考，解決生活中的曲線運(yùn)動(dòng)問題，其中受力分析和運(yùn)動(dòng)分析是關(guān)鍵，學(xué)生通過自主探究習(xí)得知識(shí)，獲取能力。

例4:離心運(yùn)動(dòng)。

教師演示：在“開心大轉(zhuǎn)盤”盤面距轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)近不同的地方放置物品，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤使物品脫離，展示離心運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，提出問題，學(xué)生深入思考。師生共同得出結(jié)論：“供”“需”是否平衡是決定物體做離心運(yùn)動(dòng)的原因。

問題9：請(qǐng)同學(xué)們分享生活中離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，談?wù)勅绾畏e極利用和有效防止離心現(xiàn)象。

學(xué)生回答：(1) 離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用：離心甩干、離心拋擲、離心分離等；(2) 離心運(yùn)動(dòng)的防止：過彎道速度過快引發(fā)的交通事故，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的砂輪破裂等。

設(shè)計(jì)意圖：引發(fā)學(xué)生深度思考，解決生活中的圓周運(yùn)動(dòng)問題。

3 課堂教學(xué)反饋

教師1：張老師在物理課堂上所采用的教學(xué)方法和手段、學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)組織形式都很新穎，在教學(xué)中切實(shí)踐行了以學(xué)生為主體、突出探究和實(shí)踐的課程理念。

教師2：我特別關(guān)注張老師問題串的設(shè)計(jì)，他在教學(xué)中一步一步地引導(dǎo)學(xué)生，每一個(gè)問題都是精心設(shè)計(jì)的。作為新教師，我們要多學(xué)多思。

教師3：張老師的課堂語言精煉，在板書時(shí)早已搭好了框架，看上去整齊有序，體現(xiàn)了思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。

教師4：作為物理老師，更能聽出其中的門道，張老師的每個(gè)設(shè)計(jì)都是從實(shí)例到理論分析，實(shí)驗(yàn)、視頻的展示時(shí)機(jī)恰到好處，層層深入，思維難度也漸次上升。

教師5：張老師在課堂中關(guān)注學(xué)生的主體地位，學(xué)生的課堂參與度是變化的。從一開始的被動(dòng)思考，到自主思考、發(fā)言，再到深入?yún)⑴c教學(xué)，主動(dòng)走到臺(tái)前做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與度的變化正是課堂魅力的體現(xiàn)。

教師6：教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂引導(dǎo)基于情境，源自生活。能靈活地解決學(xué)生的生成性問題并給與科學(xué)引導(dǎo)，教師在教學(xué)的最后階段帶領(lǐng)學(xué)生一起歸納提煉總結(jié)。關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度、專注度，特別關(guān)注學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解、掌握和應(yīng)用情況，真正做到“教與學(xué)相結(jié)合”。

筆者運(yùn)用“四化”教學(xué)策略，對(duì)“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)進(jìn)行了思考、實(shí)踐與反思，提升了學(xué)生的核心素養(yǎng)。