基于瑪扎諾教學(xué)理論的高中物理課堂教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計
——以高三復(fù)習(xí)課《圓周運動》為例

(北京市第八十中學(xué)，北京 100102)

合理高效的教學(xué)設(shè)計首先是要設(shè)置合理而精準(zhǔn)的教學(xué)目標(biāo)，新課程理念要求教學(xué)目標(biāo)從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度和價值觀三個維度進行設(shè)計，讓教師對課堂教學(xué)需要達到的效果有明確的說明.但在實際教學(xué)中,很多教學(xué)目標(biāo)不是很清晰,如粗略地說“應(yīng)用牛頓定律分析問題”，而并未指出達到這一目標(biāo)的途徑,更未指出如何評估學(xué)生是否達到這一目標(biāo)的方法.

美國瑪扎諾博士研究團隊通過對課堂教學(xué)的跟蹤、調(diào)查和研究，提出了教學(xué)目標(biāo)的四水平理論，他認(rèn)為教學(xué)目標(biāo)要分層級設(shè)計，將學(xué)生的學(xué)習(xí)分為知識提取、理解、分析、應(yīng)用四個層次，從而形成了操作性極強的教學(xué)目標(biāo)四水平理論.若能在新課程三維目標(biāo)的基礎(chǔ)上加入瑪扎諾博士的四水平理論，使之形成三維度四水平的新型的教學(xué)目標(biāo)體系，將使知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度和價值觀這三個維度的教學(xué)目標(biāo)更加具體化，指向性更明確，更易于操作，且能最大限度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.以下依據(jù)三維度四水平的教學(xué)目標(biāo)，進行設(shè)計并實施一節(jié)高中復(fù)習(xí)課教學(xué),課題名稱為《圓周運動》.

1 知識維度教學(xué)目標(biāo)

本文以知識維度的四水平為例，說明如下.

1.1 知識提取水平

(1)通過觀察、實驗，說出描述圓周運動的物理量；

(2)通過游戲體驗向心力和向心加速度.

1.2 知識理解水平

(1)通過討論，說明圓周運動各物理量間的關(guān)系；

(2)討論、對比說明向心力和向心加速度的意義；

(3)通過小組討論，培養(yǎng)合作精神和團隊意識.

1.3 知識分析水平

(1)運用圓周運動各物理量間的關(guān)系，進行各物理量的分析；

(2)根據(jù)對例題的分析，說明實際生活中圓周運動所需向心力的來源；

(3)通過錯題的辨析，深層次理解解決圓周運動問題的步驟和要求.

1.4 知識應(yīng)用水平

(1)總結(jié)圓周運動的解決問題的步驟和要求；

(2)學(xué)會在生活中應(yīng)用牛頓定理解決圓周運動問題；

(3)將所學(xué)知識應(yīng)用到解決實際問題.

2 創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)興趣

教師手中拿著一瓶打開蓋的礦泉水，提問：哪位同學(xué)可以使礦泉水瓶口朝下，在經(jīng)過頭頂上方時，水不會撒到頭上？

學(xué)生在笑聲中開始安靜，進而思考問題.

學(xué)有生思考后說出：用手拿著瓶子，使瓶子在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動水就不會撒到頭上.

教師：誰來試一試？

回答問題的學(xué)生親自來嘗試，進一步引發(fā)學(xué)習(xí)興趣.

3 積極探索，加深理解

引導(dǎo)學(xué)生分析實驗成功與失敗的原因，學(xué)生悟到：關(guān)鍵是水杯通過頭頂時的速度要足夠大.

教師引出課題：剛才演示的實驗是圓周運動的例子，那么，今天我們就來復(fù)習(xí)圓周運動的相關(guān)內(nèi)容.我們學(xué)過哪些描述圓周運動快慢的物理量？它們的作用是什么？它們之間有什么聯(lián)系？

教學(xué)中通過小組討論，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神，發(fā)揮學(xué)生的集體智慧.通過補充、總結(jié)，加深學(xué)生對知識的深層理解.最后教師再進行歸納、提升.

3.1 概念辨析：

教師：以下對線速度和角速度的概念進行比較，如圖1所示，A、B、C為三個輪子邊緣上的三個點，試比較A、B、C三個點哪個點轉(zhuǎn)的快？

圖1

學(xué)生：線速度是描述運動快慢，角速度是描述轉(zhuǎn)動快慢的，因此問題應(yīng)先明確是判斷運動快慢，還是轉(zhuǎn)動快慢的，否則無從比較.

教師：分析圓周運動時，除了用上述物理量還需要別的物理量嗎？

學(xué)生：還需要有向心加速度和向心力.

教師：用細(xì)線拴住一小球，使小球在光滑水平面上繞某點做勻速圓周運動，在這一過程中，什么力提供了小球做圓周運動的向心力？該力的作用效果是什么？(通過具體模型分析，深化對向心力的理解.)

學(xué)生：向心力使物體的運動方向改變.

教師：如果在保持半徑不變的情況下使小球做勻速圓周運動的速度增加，則會引起哪些物理量的變化？(引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用牛頓定律分析問題，剖析知識本質(zhì).)

學(xué)生：向心加速度.

教師：解決圓周運動的問題，關(guān)鍵在于分析向心力及向心加速度，可運用牛頓定律及等進行分析.

4 規(guī)律探尋

分四個學(xué)習(xí)小組，每個小組分析一個圖.先組間討論，再匯報結(jié)論.

教師：試分析以下圖中小球及物塊做圓周運動時所需向心力是什么力提供的？畫出受力分析并列出方程.

圖2 物塊A隨圓盤一起繞中心軸O1O2做勻速圓周運動

圖3 小球做圓錐擺運動

圖4 汽車運動到拱橋的最高點

圖5 豎直面內(nèi)用細(xì)線固定的小球運動到圓軌道最低點A

第一組：對于圖2情形，合外力為A所受靜摩擦力，它提供了向心力.

教師：為什么靜摩擦力不是與運動趨勢方向相反沿切線方向，而是指向圓心呢？

學(xué)生：靜摩擦力的方向是與相對運動趨勢方向相反.

第二組：對于圖3情形，繩子小球?qū)Φ乃椒至μ峁┫蛐牧Γ部梢哉f是重力和拉力的合力提供向心力.

第三組：對于圖4情形，汽車所受重力和支持力的合力提供向心力.

第四組：對于圖5情形，小球所受重力和拉力的合力提供向心力.

教師：請總結(jié)一下，如何尋找向心力？

學(xué)生：找圓心，通過受力分析，再找合外力.(分析有漏洞，留下懸念.)

教師：是不是做了受力分析，找到了圓心和向心力，圓周運動的問題就解決了呢？我們來分析火車轉(zhuǎn)彎問題.為了減少火車在水平面轉(zhuǎn)彎時火車輪緣與軌道間的擠壓，一般轉(zhuǎn)彎處軌道設(shè)計為外軌高于內(nèi)軌(如圖6)，且火車拐彎時有限速要求，已知轉(zhuǎn)彎處圓弧半徑為R，內(nèi)外軌構(gòu)成的斜面傾角為θ，請問：對火車拐彎時的速度有何要求？

圖6

圖7

教師：請問他的解答是否正確？說出你的觀點.

學(xué)生：上述解答不正確.受力分析正確，但火車做圓周運動所在的面沒有判斷正確，火車應(yīng)是在水平面內(nèi)做圓周運動的，而按上述解答，火車是在斜面上做圓周運動的.

教師：非常好，通過此問題我們發(fā)現(xiàn)，只是進行受力分析，有的問題不能判斷正確，解決圓周運動除了受力分析外，還要注意什么呢？

學(xué)生：還要找準(zhǔn)圓平面和圓心.

5 總結(jié)提升 學(xué)以致用

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出圓周運動的分析步驟：

(1)確定研究對象；

(2)確定受力體運動的圓平面，找圓心、半徑.

(3)受力分析，建立正交坐標(biāo)系(沿徑向和切向)，找向心力；

(4)列出方程.

圖8

例：如圖8所示，一長為l的輕質(zhì)細(xì)線一端固定于O點，另一端固定一小球，使小球在豎直面內(nèi)做圓周運動，試分析要使小球能運動到最高點A，那么小球在A點的速度要滿足什么條件？

進一步提問：若已知小球在A點的臨界速度，能否根據(jù)A點速度判斷B點速度呢？

通過此環(huán)節(jié)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)從不同角度思考問題，提升其分析問題的能力和運用所學(xué)知識解決實際問題的能力.

6 模型拓展

在上題中，考慮到學(xué)生知道了小球在最高點及最低點的特點，在實際應(yīng)用中有可能死記硬背在最高點速度小，最低點速度大，而不能靈活應(yīng)用.故為加深學(xué)生對圓周運動的“最高點”和“最低點”的理解，提出下面的拓展練習(xí)，同時也為后面的復(fù)合場做好鋪墊.

圖9、圖10中有一端固定于O點，另一端固定一帶電小球的輕質(zhì)絕緣細(xì)線，使小球在豎直面內(nèi)做圓周運動，電場方向如圖所示.試分析：(1)帶電小球運動到最高點和最低點的速度大小關(guān)系.(2)在最低點處小球的速度是否是最大的？若不是，小球速度最大的位置在哪里？

圖9

圖10

7 反思與總結(jié)

本課堂教學(xué)設(shè)計注重從學(xué)生的認(rèn)知特點出發(fā)，根據(jù)學(xué)生的邏輯思維能力從低到高逐漸深入進行設(shè)計，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的思維能力得到了最大化的訓(xùn)練.另一亮點就是根據(jù)瑪扎諾的教學(xué)理論設(shè)置的三維度四水平的教學(xué)目標(biāo)，使教學(xué)任務(wù)更明確，整堂課開展得更順暢，有水到渠成的感覺，且在課末對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價測試，課后的拓展練習(xí)則為教學(xué)開了一個窗口，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)做了有意義的鋪墊.如何讓不同層次的學(xué)生都能得到最大的收獲，實現(xiàn)真正的分層次教學(xué)？這是筆者思考的問題和今后努力的方向.

參考文獻：

[1]羅伯特·J.瑪扎諾，黛布拉·J.皮克林，塔米·赫夫爾鮑爾.學(xué)習(xí)目標(biāo)、形成性評估與高效課堂[M].北京:中國書籍出版社，2012.

[2]羅伯特·J.瑪扎諾.教學(xué)的藝術(shù)與科學(xué)[M].福州:福建教育出版社，2014.