診斷學(xué)情 調(diào)整策略 提升學(xué)科核心素養(yǎng)

官漢聰

摘 ? 要：結(jié)合學(xué)生在“向心力與向心加速度”學(xué)習(xí)中的評(píng)價(jià)反饋，反思學(xué)生的學(xué)習(xí)特征與教師的教學(xué)行為。通過對(duì)教材的優(yōu)化、教學(xué)策略的調(diào)整等途徑開展教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的同時(shí)，促進(jìn)其學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：向心力;向心加速度;調(diào)整策略

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2019）5-0019-3

經(jīng)歷高中起始階段的物理學(xué)習(xí)后，學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)和相互作用等概念規(guī)律有了初步認(rèn)識(shí)，也掌握了控制變量、等效替代等科學(xué)研究方法及部分物理模型的建構(gòu)，并能用所學(xué)知識(shí)解決問題。對(duì)學(xué)生知識(shí)水平評(píng)價(jià)反饋時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，在學(xué)生對(duì)知識(shí)認(rèn)識(shí)表面化、依賴機(jī)械記憶等主觀原因和教材設(shè)計(jì)不合理、教師教學(xué)模式固化等客觀因素的共同影響下，學(xué)生物理知識(shí)的理解和物理觀念的形成受到了不同程度的阻礙[1]。

1 ? ?案例呈現(xiàn)，診斷學(xué)情

案例1 ?如圖1所示，圓形光滑絕緣細(xì)管固定在豎直平面內(nèi)，細(xì)管截面半徑遠(yuǎn)小于半徑R，圓心處固定一電荷量為+Q的點(diǎn)電荷。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電小球在圓形絕緣細(xì)管中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)恰好對(duì)細(xì)管無作用力。已知重力加速度為g，求小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)對(duì)管壁的作用力。

本題的測評(píng)結(jié)果顯示，許多學(xué)生根據(jù)對(duì)“靜摩擦力”及“靜摩擦力方向始終指向圓心”等的認(rèn)識(shí)，得出此過程做功為零的錯(cuò)誤結(jié)論。當(dāng)中暴露的問題：其一，認(rèn)為物塊與轉(zhuǎn)臺(tái)無相對(duì)滑動(dòng)，則位移為零，故摩擦力不做功;其二，物塊在隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，靜摩擦力始終指向圓心，垂直無功。

上述兩個(gè)案例學(xué)生錯(cuò)誤的原因，都指向了在學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，學(xué)生對(duì)“向心力與向心加速度”概念理解上的缺失，對(duì)向心力在圓周運(yùn)動(dòng)中的作用、摩擦力始終指向圓心的前提沒有理解到位。學(xué)生在分析問題時(shí)過多地依賴記憶和感性的體驗(yàn)，物理觀念并未正確形成。進(jìn)一步剖析形成這一問題的原因，與教師新課教學(xué)時(shí)對(duì)該知識(shí)點(diǎn)處理方法欠妥有關(guān)。

2 ? ?調(diào)整策略，優(yōu)化方法

2.1 ? ?不同版本教材對(duì)“向心力與向心加速度”處理方法及比較

2.1.1 ?不同教材的處理方法

國內(nèi)現(xiàn)行五個(gè)版本（人教版、滬科版、魯科版、粵教版、教科版）物理教材除了滬科版外，其余四個(gè)版本都首先從感性的實(shí)例或演示實(shí)驗(yàn)入手，通過體驗(yàn)來感受向心力的存在，這種引入課題的方式符合高一學(xué)生的認(rèn)知水平。

魯科版、粵教版、教科版等教材（以下簡稱方案1）先介紹向心力而后過渡到向心加速度，回避了人教版在“做一做”欄目中用矢量推導(dǎo)向心加速度這個(gè)難點(diǎn)。通過實(shí)例給出向心力的概念，再通過探究性實(shí)驗(yàn)歸納出向心力的公式，之后直接應(yīng)用牛頓第二定律得出向心加速度的表達(dá)式。人教版、滬科版等教材（以下簡稱方案2）先得出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度指向圓心，而后從加速度與合力的關(guān)系得出向心力的概念及表達(dá)式。

此外，五種不同版本的教材對(duì)“勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件”這一知識(shí)點(diǎn)的介紹均只是簡略帶過。事實(shí)上，從案例2可以發(fā)現(xiàn)，如果對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)理解不好，就容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)與非勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不清、條件混淆。

2.1.2 ? ?兩種處理方法的比較（如表1）

2.2 ? ?因材施教，調(diào)整策略，突破難點(diǎn)

學(xué)生學(xué)習(xí)了牛頓第二定律后，“合外力是產(chǎn)生加速度的原因”“加速度反映速度變化快慢”等物理觀念已經(jīng)形成。在學(xué)習(xí)瞬時(shí)速度時(shí)，學(xué)生對(duì)極限的思想有了初步認(rèn)識(shí)。高一上期數(shù)學(xué)在向量方面的學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生理解矢量合成的法則起了很大的促進(jìn)作用。上述已有知識(shí)，為學(xué)生在教師引導(dǎo)下對(duì)向心加速度的表達(dá)式進(jìn)行理論推導(dǎo)提供了可能。

2.2.1 ? ?實(shí)驗(yàn)演示與理論探究相結(jié)合，優(yōu)化“向心力與向心加速度”教學(xué)

活動(dòng)1 ?實(shí)驗(yàn)演示，觀察現(xiàn)象

如圖3，輕繩拴著小球在光滑水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從受力角度引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到小球在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到一個(gè)指向圓心的力。

這個(gè)力是必須的嗎？它產(chǎn)生了什么效果？（演示實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生看到現(xiàn)象，不求本質(zhì)，不生硬地灌輸向心力。）

2.2.2 ? ?建構(gòu)模型，完善知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道做圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定要受到一個(gè)始終指向圓心的等效力作用，即向心力。物體有向心力或向心加速度就一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)嗎？

如圖6，小球在細(xì)線懸掛下做圓周運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)研究從A到O過程，結(jié)合力的合成與分解思想，設(shè)計(jì)如下問題：

向心力的來源是什么？（T與mgcosθ的合力）

小球的速率如何變化？（增大）

速率增大，說明什么？（有加速度，有合力）

此合力的來源是什么？（重力沿切向的分力，即mgsinθ）

如何使圓周運(yùn)動(dòng)的速率不變，即做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？（無切向分力，即合外力始終指向圓心）

勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及條件是什么？（合外力等于向心力）

通過以上問題串的設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)與變速圓周運(yùn)動(dòng)有了清晰的認(rèn)識(shí)。

人教版本節(jié)教材在“實(shí)驗(yàn)”欄目中設(shè)計(jì)了“用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式”這一實(shí)驗(yàn)，由于該實(shí)驗(yàn)對(duì)器材和場所的要求不高，可以將此實(shí)驗(yàn)安排在學(xué)生課后自主探究，并在課堂上進(jìn)行反饋。通過此實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以鞏固本節(jié)所學(xué)知識(shí)，并進(jìn)一步了解向心力不是一個(gè)特殊的力，它可以是某一個(gè)力或某幾個(gè)力的合力甚至是某個(gè)力的分力。學(xué)生在學(xué)以致用的同時(shí)，又樂在其中。

通過對(duì)教材優(yōu)化及策略調(diào)整，學(xué)生明確了圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力，知道勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件及向心加速度的大小和方向，能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律有了較為清晰的認(rèn)識(shí)。既培養(yǎng)了科學(xué)思維，又提高了物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

3 ? ?結(jié)束語

物理觀念教學(xué)需要關(guān)注每個(gè)學(xué)生的文化背景、生活經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知水平和認(rèn)知方式，教師要從學(xué)生的“已有水平”出發(fā)，將已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)作為新知識(shí)的生長點(diǎn)和建立物理觀念的起點(diǎn)，采用最合適的教學(xué)方法引導(dǎo)和幫助學(xué)生建立物理觀念、構(gòu)建物理觀念體系[4]。教師在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)不斷發(fā)現(xiàn)、思考問題，結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)從理論與實(shí)踐相結(jié)合的視角研究、調(diào)整教學(xué)的策略，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升和學(xué)習(xí)能力的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈正杰.關(guān)注評(píng)價(jià)反饋 ?提升核心素養(yǎng)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018，47（7）：22-25.

[2]葉兵.“向心力、向心加速度”的教材分析和教學(xué)設(shè)計(jì)[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考，2001，30（3）：11-13.

[3]趙凱華，羅蔚茵.新概念物理教程力學(xué)（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004：27-28.

[4]羅瑩.物理核心素養(yǎng)研究：物理知識(shí)與物理觀念[J].物理教師，2018，39（6）：2-6.（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）