巧用自行車 玩轉(zhuǎn)圓周運動

邵韜

摘? ? 要：人教版高中物理必修二第六章第一節(jié)“圓周運動”是一堂生活氣息濃厚的物理課，教師選擇自行車為情境載體，圍繞“如何描述圓周運動快慢”精心設(shè)計問題，引領(lǐng)學生經(jīng)歷一個有意義、有體驗、有深度的探究過程，幫助學生構(gòu)建圓周運動的運動觀，潛移默化地培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：自行車；圓周運動；情境化教學；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）5-0048-4

《普通高中物理課程標準（2017年版）》中建議：在教學設(shè)計和教學實施過程中應(yīng)重視情境的創(chuàng)設(shè)，并通過問題解決促進物理學科核心素養(yǎng)的達成［１］。高中物理是一門生活氣息濃厚的自然學科，學生在具體的情境中分析、解決問題，物理概念和物理規(guī)律更容易在學生心中落地生根，因此基于情境化教學的實踐研究對物理學科核心素養(yǎng)的培育有重要意義。

情境源于生活，又高于生活，經(jīng)過適當?shù)募庸ぬ幚砗蛦栴}引導，能更好地促進教學目標的達成。在人教版高中物理必修二第六章第一節(jié)“圓周運動”中，自行車無疑是最具代表性的情境載體。本文將闡述如何圍繞自行車精心創(chuàng)設(shè)情境，巧妙設(shè)計問題，玩轉(zhuǎn)圓周運動。

1? ? 情境化教學的實施方案

1.1? ? 激發(fā)矛盾，發(fā)現(xiàn)缺少比較圓周運動快慢的標準

如表1所示，學生對圓周運動有較多的生活體驗，但也存在“自行車前進時車輪運動是圓周運動”的誤解，通過對標記點滾輪線軌跡的觀察，矯正學生錯誤的前概念，提出倒置自行車來研究圓周運動的辦法。接下來，學生自由討論“大齒輪、小齒輪和后輪上的點哪個運動得快”，不同觀點的沖突意味著快慢判斷標準的缺失，學生發(fā)現(xiàn)速度對圓周運動快慢描述的局限性的同時，渴望尋找到新的物理量。

這個教學環(huán)節(jié)，教師不斷設(shè)計沖突，激發(fā)學生的求知欲望。

1.2? ? 探究真知，尋找描述圓周運動快慢的物理量

如表2所示，在線速度的引入中，輪盤放繩的實驗再現(xiàn)了化曲為直的物理方法，直觀淺顯，學生能獨立說出線速度的定義。學生經(jīng)歷了“不能用速度概念比較圓周運動快慢”，到“可以用線速度比較圓周運動快慢”，最后發(fā)展為“線速度就是速度”的認知過程，統(tǒng)一了直線運動、曲線運動、圓周運動中速度的概念，運動觀得以升華。

在角速度的引入中，學生先通過“數(shù)圈數(shù)”的方法判斷輪盤旋轉(zhuǎn)多圈時的轉(zhuǎn)動快慢，并回憶起“周期”和“轉(zhuǎn)速”兩個概念來描述轉(zhuǎn)動快慢。隨后，學生觀察輪盤不足單圈的旋轉(zhuǎn)，聚焦點被迫由“數(shù)圈數(shù)”轉(zhuǎn)移到“看圓心角”，從而理解了引入角速度的必要性。

這個教學環(huán)節(jié)不斷喚起學生原有的認知，讓其徘徊于“會”與“不會”的邊緣，在認知沖突和思維碰撞中曲折前行，最終尋找到線速度和角速度兩個描述圓周運動快慢的物理量，并理解二者是描述圓周運動快慢的不同角度，關(guān)于“大齒輪、小齒輪和后輪上的點哪個運動得快”的問題得以合理解釋，前后呼應(yīng)，印象深刻。

1.3? ? 學以致用，用線速度和角速度的關(guān)系探究自行車的前進速度

如表3所示，學生理論推導“線速度和角速度的聯(lián)系”，進一步發(fā)現(xiàn)了二者間的聯(lián)系，圓周運動的運動觀更具系統(tǒng)性。

課堂最后，學生分組探究“自行車勻速行駛時的速度”，綜合應(yīng)用“線速度和角速度的定義”“同軸傳動和鏈條傳動”“線速度、角速度、周期、轉(zhuǎn)速、半徑間的關(guān)系”等物理觀念和物理規(guī)律，解釋生活問題，培養(yǎng)學生理論結(jié)合實際的科學態(tài)度和勇于探究的科學精神。

這個教學環(huán)節(jié)，學生對圓周運動快慢的描述方法和手段進行全方位的鞏固應(yīng)用，達成觀念水平的進階。

2? ? 情境化教學的經(jīng)驗和啟示

本堂課選擇自行車為情境載體，以“如何描述圓周運動快慢”為主要線索，將培育“圓周運動的運動觀”作為首要素養(yǎng)目標，并充分結(jié)合學生的已有知識和生活經(jīng)歷，針對圓周運動的運動特點展開全面的探究學習。這種“以情境引問題，以問題導探究，以探究促真知，以結(jié)論解問題”的情境化教學方式，充分體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的教學理念，帶給學生沉浸式的學習體驗，有效促進了學生物理學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］中華人民共和國教育部.關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見［EB/OL］.［2014-04-08］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/jcj_kcjcgh/201404/t20140408_167226.html.

［3］李春密.核心素養(yǎng)導向的高中物理教學設(shè)計［M］.北京：北京師范大學出版社，2019.

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［5］楊亞芳.基于物理核心素養(yǎng)提升的教學設(shè)計——以“生活中的圓周運動”為例［J］.物理教學，2016，38（5）：11-15.

［6］王秀英，萬欣欣，李春密.基于項目式學習的教學設(shè)計——以“圓周運動”教學為例［J］.物理教學，2022，44（3）：2-5，8.

［7］劉建浩.基于情境認知與學習理論的教學設(shè)計——圓周運動［J］.物理教師，2019，40（7）：31-33.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）