構建重“經歷”物理課堂的教學嘗試

趙宏峰　陳麗娜

1 問題提出

《普通高中物理課程標準（實驗）》明確指出：使學生“經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規律.”.旨在要求教師改變教學方式，注重對學生科學探究素養的培養.要求教師在教學活動中，關注人教版教材的特點，即以實驗事實為基礎，讓學生獲得感性認識的前提下，再通過科學探究，分析總結規律，逐步獲得理性思維的能力.

2 兩種教學設計的對比研究

“圓周運動”是人教版必修2第五章第四節的內容，包括什么是圓周運動和勻速圓周運動，理解線速度、角速度的概念和周期、轉速的概念，以及推導物理量間的關系，會運用其進行計算.四個概念的引入和理解是本節課教學重點.本節內容是為學生學習向心加速度和向心力做知識準備，為建立圓周運動物理模型奠定基礎.筆者在實際教學過程中，前后采用了以下兩種教學設計，充分感受到重“經歷” 教學活動帶給物理課堂的活力.

2.1 教學過程和教學設計

【教學設計一】

一、課題引入

情景引入：轉動自行車腳踏，觀察并比較大、小齒輪和后輪的轉動快慢.

PPT動畫演示：兩個不同的圓周運動，如何比較運動快慢.

二、引導探究

從四個方面比較質點的運動快慢

（1）相同時間內通過弧長的長短

（2）相同時間內轉過圓心角的大小

（3）轉過一周所用時間的長短

（4）單位時間內通過完整圓周的圈數

學生在教師的引導下，提出比較圓周運動快慢的方案.

三、結論表達

線速度：v=ΔsΔt，

角速度：ω=ΔθΔt，體會物理學中比值定義方法.

周期：T 轉速：n

四、關系推導

線速度和角速度的關系：v=ωr

線速度與周期的關系：v=2πrT

角速度與周期的關系：a=2πT

周期與轉速的關系：T=1n

五、練習鞏固

1.鐘表里的時針、分針、秒針的角速度之比________________________________________若秒針長0.2 m，則它的針尖的線速度大小________________________________________.

【教學設計二】

一、課題引入

情景引入：學生對生活中的圓周運動進行舉例；播放游樂場中圓周運動視頻.

問題提出：如何比較圓周運動的快慢呢？

二、引導探究

演示實驗：將對圓周運動的研究轉化為直線運動的研究.

圖片展示：提供吊扇上某一點做勻速圓周運動圖片證據.

實驗探究：引入角速度的必要性和角速度一定時，線速度與半徑成正比的研究，進而得到同軸問題質點做圓周運動的特點，即角速度相同.

演示實驗：同帶問題，輪盤邊緣點的線速度大小相等.

三、結論表達

描述質點通過弧長的快慢：v=ΔsΔt滲透極限的思想，理解速度的瞬時性.

描述質點轉過弧長的快慢：ω=ΔθΔt體會比值定義的方法.

周期：T 轉速：n

四、關系推導

線速度和角速度的關系：v=ωr

線速度與周期的關系：v=2πrT

角速度與周期的關系：ω=2πT

周期與轉速的關系：T=1n.

師生互動交流得出.

五、練習鞏固

鐘表里的時針、分針、秒針的角速度之比________________________________________，若秒針長0.2 m，則它的針尖的線速度大小________________________________________.

問題探究：如何估算你騎自行車的正常速度？

在教師的引導下，進一步探究，完成估算.

2.2 對比分析

以上是筆者對“圓周運動”的兩種教學設計.設計一使課堂內容緊湊有條理，學生可以練習大量習題；而設計二更好地體現了重“經歷”的教學過程，提供較多探究素材通過感知材料形成表象，讓學生體驗物理概念的形成過程，較好地突破了教學難點.

2.2.1 通過弧長的快慢探究

教學設計二，構造矛盾沖突，激發探究欲望，效果更好.讓學生觀察、比較沿圓弧運動小球1、2若同時從A點出發，同時到達B點，那么兩小球沿圓周運動的快慢如何？

這里學生很容易感知1球運動的要快，但是由直線運動求解速度公式v=ΔxΔt，卻得到速度相等，即v1=v2，馬上會產生疑問，引發探究興趣.

怎樣描述圓周運動的快慢？教師出示圖片繼續引導，有什么啟示？給學生一些觀察思考的時間.較容易得出通過研究直線運動的速度大小來得到物體沿圓弧運動的快慢的研究思路.

觀察演示實驗：裝置介紹，如圖2同一根繩子上的兩點A、B，運動的速度大小應該是相同的.小球A上升，做直線運動；B點沿圓盤邊緣做圓周運動，具有相同的速度大小，即vA=vB.

由vA=ΔhΔt，且Δs=Δh，那么vB=ΔsΔt，得出描述做圓周運動的質點通過弧長快慢的物理量，即速度v=ΔsΔt，讓學生體會比值定義的物理學研究方法.

教師繼續提出問題，“速度這個物理量能夠定義一段時間的運動快慢，可以描述圓周運動在某一時刻或某一位置的運動快慢嗎？”.學生意見并不統一.教師講解，當時間趨近于零時，弧長等于位移，位移方向即這一點的切線方向，此時的速度大小就是瞬時值，方向就是該點的切線方向.滲透極限的思想，理解速度的瞬時性和統一性.

為了幫助學生加深對線速度的理解，教師可提出問題：電風扇的轉動穩定時，它上面的某一點所做的運動有什么特點？給學生提供素材，說明圖片是利用頻閃照相的方法得到的，在相等的時間里，電風扇上的某一點運動的弧長總是相等的.幫助學生理解只有在任意相等的時間里通過的圓弧長度都相等，這種運動才稱做“勻速圓周運動”.

2.2.2 轉過角度的快慢探究

教學設計二中，筆者制作演示儀器，用直流電動機帶動改造后的石英鐘表芯模擬兩個質點做圓周運動的情景，收到比較好的效果.

教師介紹實驗器材，請學生比較做圓周運動的A、B兩點的運動快慢.學生觀察到B質點轉動兩圈的時候，A質點轉過四分之一圈都不到.從轉過的角度分析，覺得應該是B點轉動的要快.

但教師用事先準備好的紅色帶子，長度等于B點做圓周運動周長的二倍，即半徑是2 cm，帶子長度為25.12 cm.將帶子貼在A點所通過的圓周上，比較發現A點通過的弧長更長，由剛學到的速度定義式，A點速度值要大.結論和學生的感覺完全不一樣，再次引發矛盾，迫使思考更深入.

只有描述物體沿圓弧轉動快慢的物理量——速度是不夠的，還需要可以描述物體轉過角度快慢的物理量.可再重復一下實驗，便于學生觀察在一段時間里，B點轉過的圓心角要大.得出：相同時間轉過的角度來定義圓周運動快慢，即速度ω=ΔθΔt.讓學生親身經歷，體悟、感受，再一次體會比值定義法在物理學上的應用.

進而區分兩個速度，把一個稱為線速度，另一個稱為角速度，可以幫助學生更好的理解引入兩個物理量的必要性.學生從中更深刻體會到圓周運動的獨特性，即研究的角度不同，運動快慢描述不同.

2.2.3 自行車正常行駛速度的探究

在本節內容的最后，教學設計二中，筆者同樣采用“如何估算你騎自行車的正常速度？”的問題， 但是做了些改進，以增強學生實際應用的體驗.

設大齒輪：44齒，小齒輪：11齒，后輪（26寸）的直徑：26×2.54=66.04 cm，踏板轉速n：60 r/min.

給學生適當的時間，可以讓他們相互討論交流，合作探究.學生便可以發現，踩踏一圈，車輪和地面不打滑，車子就可以前進8.3米，每秒大約前進8.3米，那么速度就知道了.

3 實踐的策略

3.1 注重讓學生通過“親身”經歷實驗獲得體驗

在物理教學中實驗有著特別重要的作用和地位，也是物理教學中不可或缺的課程資源.在演示實驗時，學生不僅可以了解實驗裝置的工作原理，還可以通過實驗觀察，理解實驗現象背后更為深層的問題，如實驗現象想要說明什么問題，又是怎樣說明這個問題的.教師安排學生進行分組實驗時，讓學生在明確實驗目的、理解實驗原理的前提下，相互合作、獨立完成實驗.在模仿科學家進行科學實驗時，通過數據處理和模擬驗證，學生能夠獲得具體的物理事實，為理解概念和規律作必要的準備.

案例 傳動裝置中，學生理解邊緣點線速度大小相等時存在困難.筆者在 “圓周運動”教學設計二中，為幫助學生理解邊緣點線速度大小相等，動手制作了演示裝置，讓學生通過親身經歷獲得體驗.課堂上，學生自己動手轉動輪盤感受“同帶”問題特點，收到較好的學習效果.

3.2 尊重程序性知識的認知規律，經歷探究“過程”

現代認知心理學認為，可以將知識分為陳述性知識和程序性知識兩大類.兩類知識特點不同，教學方法也不相同.相對物理概念、規律這類陳述性知識的教學而言，物理解題方法、分析思路這些程序性知識的教學，對于教師的要求更高.程序性知識是對各種不同情況的共性總結，在物理教學中， 許多程序性知識需要學生掌握，例如整體和隔離法、受力分析、動能定理應用等. 教師若以講解形式來代替學生的動手練習和動腦思考， 結果往往是一廂情愿，學生不可能習得程序性知識.教師在講解此類知識時，要尊重認知規律，精心設計科學探究過程.

筆者認為講解本題宜采用切割和判斷磁通量增減結合的方式，幫助學生習得如何判斷感應電流的方向.因為應用楞次定律，開始磁通量減小，后來磁通量增大，由“增反減同”可知感應電流方向是d→c→b→a→d.進一步探究，絕緣輕桿處于豎直位置時，ab邊和cd邊雖都切割磁感線，但是cd邊切割速度更大，感應電流更大.幫助學生體驗應用楞次定律的簡潔性.

3.3 運用現代信息技術，“呈現”實驗所蘊藏的物理學規律

物理教學中，實驗對于知識的理解和規律的揭示，使得課堂更具“物理味”. 教師可充分利用現代信息技術資源，如數字實驗室等，對物理實驗進行更為精確的定量研究，為物理課堂中實驗探究的模擬驗證提供更多具有說服力的數據，更好地揭示實驗所蘊藏的物理學規律，讓學生感受到物理規律得出的復雜過程.

案例 在“超重和失重”教學中，學生對下蹲和站起過程重物所受拉力的變化缺少感知，理解起來有一定的難度.筆者在課堂上，讓一位學生手持掛有重物的力傳感器，一起下蹲然后站起.過程中，利用DIS數據采集軟件收集數據，即時繪出拉力大小隨時間變化圖象，并在投影屏幕上顯示出來，將拉力的變化直觀呈現，增強了學生的探究體驗.

4 實踐的反思

新高考制度下，對于高中物理教學課時減少，內容相對增多的實際情況，需要教師不斷挖掘課堂潛力，構建重 “經歷”的物理課堂.教師要充分發揮集體備課資源共享的優勢，加強自身教科研能力的提升，從而提高處理教材和進行教學設計的能力，把團隊智慧和個人特點完美結合，站在學生角度思考、設計切實可行的教學活動方案.教師要積極改變物理教學模式，加強實驗教學，搭建師生、生生互動平臺，為學生提供更多的學習幫助，解決學生在物理學習中的實際困難.