實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的“生態(tài)課堂”

黃瑞香

摘 要：生態(tài)課堂是學(xué)生積極學(xué)習(xí)的課堂，它以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，開展健康、富有活力的學(xué)習(xí)活動(dòng)，借助獨(dú)立思考與合作交流的學(xué)習(xí)形式，營造有自信、相互尊重的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生有自由、主動(dòng)、全面可持續(xù)發(fā)展的空間。本文以“向心力的實(shí)例分析”這節(jié)課為例，把實(shí)驗(yàn)作為每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的背景，結(jié)合學(xué)生的知識(shí)水平，教師逐步引導(dǎo)，突破重點(diǎn)和難點(diǎn)。利用實(shí)驗(yàn)使學(xué)生在愉快的氣氛中獲取知識(shí)，增加自信；通過展示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生動(dòng)手、表演實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的探究和創(chuàng)新精神，從而建立生態(tài)課堂。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；向心力；生態(tài)課堂

引言

盧梭說：“教育必須順著自然——也就是順其天性而為，否則必然產(chǎn)生本性斷傷的結(jié)果。”教育家烏申斯基也指出：“沒有絲毫興趣的強(qiáng)制性學(xué)習(xí)，將會(huì)扼殺學(xué)生探索真理的欲望 [1 ]。”當(dāng)前中學(xué)物理教學(xué)存在一些問題，如理論教學(xué)過度，抽象性大，許多學(xué)生難以適應(yīng)。物理教學(xué)雖然可以結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，但是許多物理知識(shí)又超越了學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，依靠生活經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建物理情境往往不深刻，實(shí)效不大。據(jù)此筆者嘗試借助物理實(shí)驗(yàn)來構(gòu)建新的課堂教學(xué)情境，營造新的課堂生態(tài)。

生態(tài)課堂是學(xué)生積極學(xué)習(xí)的課堂，它以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，開展健康、富有活力的學(xué)習(xí)活動(dòng)，借助獨(dú)立思考與合作交流的學(xué)習(xí)形式，營造有自信、相互尊重的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生有自由、主動(dòng)、全面可持續(xù)發(fā)展的空間。這種課堂需教師激情引入，點(diǎn)拔智慧技巧，愛心責(zé)任育人；學(xué)生學(xué)會(huì)自信參與，主動(dòng)交流、合作探究。

1 《向心力的實(shí)例分析》課例 生態(tài)課堂的建構(gòu)

“向心力的實(shí)例分析”這節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了向心力的概念、大小以及方向之后的一節(jié)，該節(jié)要求學(xué)生會(huì)掌握在具體問題中分析向心力的來源的方法，以及繩球和桿球兩類模型在最高點(diǎn)的臨界狀態(tài)的速度分析；應(yīng)用向心力公式計(jì)算相關(guān)的物理量，分析在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體在最高（低）點(diǎn)的受力特點(diǎn)。下面是《向心力的實(shí)例分析》這節(jié)課的生態(tài)課堂的建構(gòu)。

1.1 播放實(shí)驗(yàn)，展開教學(xué)，提出問題引思考

首先通過多媒體播放飛行中的鳥或飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)，身體要傾斜，來吸引學(xué)生的注意力并激發(fā)學(xué)生的興趣。根據(jù)教學(xué)要求，結(jié)合學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，提出問題。

師：大家知道為什么鳥或飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)身體要傾斜嗎？

生：只有傾斜才能轉(zhuǎn)彎

師：轉(zhuǎn)彎時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由誰提供呢？

生：（通過受力分析）重力和浮力的合力提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。

師：如果轉(zhuǎn)彎時(shí)不傾斜，受力情況又是如何呢？

生：重力和浮力會(huì)相互抵消，沒有力提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，則無法轉(zhuǎn)彎。

師：是否所有的物體要轉(zhuǎn)彎都要傾斜身體呢？

生：想。

評(píng)析：通過視頻中自然現(xiàn)象，吸引學(xué)生注意力，提出問題，引發(fā)學(xué)生思考，訓(xùn)練學(xué)生分析向心力來源的方法，解決提出的問題，鞏固知識(shí)，獲得成就感，從而調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的情緒，為接下來的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，營造氣氛。

1.2 演示實(shí)驗(yàn)，推進(jìn)教學(xué)，激疑解惑練思維

汽車水平路面轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力實(shí)例分析。

實(shí)驗(yàn)：把一輛玩具小汽車放在桌面上的光盤上，轉(zhuǎn)動(dòng)光盤可模擬汽車在水平面上轉(zhuǎn)彎，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D1所示。

師：請(qǐng)同學(xué)們分析汽車做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)受力情況？

生：（通過受力分析）汽車受重力、支持力、靜摩擦力。

師：靜摩擦力的方向呢？

生：跟線速度的方向一致。

師：既然汽車會(huì)隨著光盤做圓周運(yùn)動(dòng)，那么向心力由誰提供呢？

（學(xué)生這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)沒有力提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力）

師：向心力的特點(diǎn)是要指向圓心，哪個(gè)力最有可能指向圓心呢？

生：靜摩擦力。

師：對(duì)。所以汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)受到了兩個(gè)方向摩擦力的作用。指向圓心的靜摩擦力提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。

演示實(shí)驗(yàn)：快速轉(zhuǎn)動(dòng)光盤，使得光盤上的玩具汽車向外甩出

師：為什么汽車會(huì)被甩出？

生：速度變大。

師：為了不讓汽車被甩出，速度最大為多少？最大的速度受什么因素制約呢？

通過列出向心力的表達(dá)式F=m，引導(dǎo)學(xué)生分析得出。

生：受最大靜摩擦力制約。

師：賽車的速度一般都會(huì)遠(yuǎn)大于普通汽車的速度，那么為什么賽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)速度可以很大呢？

通過多媒體展示賽車轉(zhuǎn)彎軌道，引導(dǎo)學(xué)生觀察軌道的特點(diǎn)，分析賽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的受力情況，從而得出向心力的來源。

生：傾斜的軌道，使得提供賽車轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力變大，所以允許的最大速度也變大。

評(píng)價(jià)：通過模擬汽車在水平面轉(zhuǎn)彎的實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生找出向心力的來源，理解汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的受力情況，同時(shí)知道為什么轉(zhuǎn)彎時(shí)速度不能太大的原因。再加上對(duì)賽車轉(zhuǎn)彎軌道的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)的火車轉(zhuǎn)彎墊基礎(chǔ)。這樣設(shè)計(jì)可以逐步引導(dǎo)學(xué)生觀察思考，刺激學(xué)生的思維。

1.3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)，深化教學(xué)，深入思考獲成就

火車在內(nèi)低外高的軌道面上轉(zhuǎn)彎。

展示火車和鐵軌模型（圖2），引導(dǎo)學(xué)生觀察火車車輪，教師提出問題。

師：火車在水平軌道轉(zhuǎn)彎時(shí)，向心力由誰提供？

生：指向圓心的靜摩擦力提供。

師：火車車輪與鐵軌接觸面粗糙度不大，靜摩擦力小，不足提供做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力。那么是誰提供的呢？

（學(xué)生紛紛討論，開始再次觀察火車模型，重新對(duì)火車受力分析）

生：外軌對(duì)輪緣的彈力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力。

師：火車質(zhì)量大，若僅靠外軌對(duì)輪緣的彈力提供向心力，則輪緣與外軌間的作用力很大，鐵軌很容易損壞，造成火車傾覆。那么有沒有什么方法可以解決這個(gè)問題呢？

生：建個(gè)傾斜的軌道

評(píng)價(jià)：火車轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力來源對(duì)學(xué)生來說是個(gè)難點(diǎn)，先通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察鐵軌，發(fā)現(xiàn)實(shí)際中的鐵軌跟他們?cè)O(shè)想的一樣，這時(shí)學(xué)生會(huì)很興奮，體會(huì)到鐵軌設(shè)計(jì)的思想，獲得成就感；教師再通過板書，逐步引導(dǎo)學(xué)生得出火車在傾斜軌道轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力表達(dá)式：mgtanθ=m，并分析得出規(guī)定速度取決于彎道半徑和傾角。

1.4 動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，拓展教學(xué)，手腦并用探究實(shí)驗(yàn)

汽車過拱形橋——豎直面的圓周運(yùn)動(dòng)“向心力實(shí)驗(yàn)分析” [2 ]

演示實(shí)驗(yàn)：利用書本以及紙張搭建一座凹形橋，如圖3所示。首先讓玩具小汽車靜止于凹形橋最低點(diǎn)，再讓玩具小汽車有速度的駛過凹形橋，結(jié)果橋變形或斷了。

師：為什么會(huì)斷呢？

生：有速度，對(duì)橋的作用力變大。

師：這又是為什么？（引導(dǎo)學(xué)生對(duì)小汽車在凹形橋最低點(diǎn)處受力分析，找出過橋的向心力來源，從而得到汽車靜止與運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)橋作用力的變化。）

教師演示實(shí)驗(yàn)：把圖中的紙張改成軟紙板，搭建一座凸形橋，如圖4所示；先讓玩具小汽車靜止于橋頂，橋頂會(huì)有明顯的凹陷；當(dāng)小汽車駛過橋頂時(shí)，橋頂沒有明顯的凹陷。

評(píng)價(jià)：通過該實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生思考小汽車在橋頂時(shí)的受力情況，找出向心力，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論：小汽車過凸形橋受到的支持力小于重力。上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)所用材料簡單，學(xué)生可以自己動(dòng)手搭建，模擬實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)探究精神。

1.5 表演實(shí)驗(yàn)，升華教學(xué)，體驗(yàn)表演釋樂趣

過山車向心力實(shí)驗(yàn)分析

師：大家看過水流星表演嗎？

生：看過

師：下面我們請(qǐng)一位同學(xué)來表演下水流星。

（同學(xué)利用如圖5所示的儀器表演，表演的很順利）

師：能否告訴同學(xué)們，水流星表演的技巧在哪里？

生：速度要夠快。

師：為什么呢？

生：想。

評(píng)價(jià)：通過這樣一個(gè)有趣的表演，學(xué)生的積極性又再次被調(diào)動(dòng)起來，都急于想知道原因。這時(shí)教師再講解水流星在最高點(diǎn)、最低點(diǎn)的受力情況，引導(dǎo)學(xué)生找出向心力的來源，分析水不流出來所需要的速度。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)也可讓學(xué)生體會(huì)到我們生活中充滿了物理知識(shí)，物理知識(shí)又是來源于生活，鼓勵(lì)學(xué)生多觀察，多思考，多動(dòng)手。

2 討論

本節(jié)課通過播放實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、對(duì)比實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、表演實(shí)驗(yàn)等多種實(shí)驗(yàn)形式，逐漸將“向心力實(shí)例分析”這節(jié)課開展深入，培養(yǎng)學(xué)生的興趣、解答學(xué)生的疑惑，使得學(xué)生獲得成就感等等。課例中模擬生活中做圓周運(yùn)動(dòng)的例子，有助于學(xué)生找出向心力的來源，同時(shí)使學(xué)生體會(huì)到物理知識(shí)不僅來源于生活，又可指導(dǎo)生活，體會(huì)物理的思想。鼓勵(lì)學(xué)生利用身邊的材料來制作模型，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，探究精神。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都能使學(xué)生的感官受到刺激，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。教師再通過合理的發(fā)問和引導(dǎo)，刺激學(xué)生的思維，讓學(xué)生自己逐步地找到答案，體驗(yàn)探索的樂趣，獲得成就感，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的自信，達(dá)到了建立生態(tài)課堂的教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳蘭紅.“實(shí)驗(yàn)建構(gòu)式生態(tài)課堂”的構(gòu)建策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（3）.

[2]黃正玉.物理習(xí)題實(shí)驗(yàn)化的案例分析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（13）.