基于轉識成智理念的教學案例分析
——以“生活中的圓周運動”為例

劉學娟

(江蘇省靖江高級中學，江蘇 靖江 214500)

基于轉識成智理念的教學案例分析
——以“生活中的圓周運動”為例

劉學娟

(江蘇省靖江高級中學，江蘇 靖江 214500)

轉識成智作為素質教育的核心價值追求,就是要將學生從“知識受體”轉為“智慧主體”,將知識傳承轉為智慧生長。基于轉識成智理念,筆者設計了“生活中的圓周運動”這節課,在整個教學過程中,將生活中的圓周運動從問題路徑、體悟路徑和想象路徑展開。

轉識成智;圓周運動；問題路徑；體悟路徑；想象路徑

1 引言

“生活中的圓周運動”是人教版必修2第五章“曲線運動”中第七節的內容，它是基于學生的生活而設計的一節內容，應用牛頓第二定律，以提高學生解決實際問題的能力為目標。對于這樣貼近實際、貼近生活的素材，上好了能提升學生的實踐智慧，上不好會讓學生索然無味，喪失對物理原本不大的興趣，使物理教學陷入僵局。

筆者基于轉識成智的教學理念對這節內容進行設計，在設計研究過程中，特級教師陳斌提出了“問題·體悟·想象”的三維立體實施路徑，即：快樂作舟、問題作帆，激活好奇心；實踐引路、體悟架橋，提升探究性；自由當風、想象為翼，騰飛創造力。本課循著這三條知行結合的路徑，并在預設和生成中尋求變化，著力培養學生的求知欲望、探究能力和創新潛質。

2 教學目標

2.1 知識與技能

(1) 化知識為問題，通過層層深入的問題激活學生的好奇心和求知欲;

(2) 重探究和體悟，讓學生在實踐體悟中學會實驗分析和實例處理;

(3) 展開科學想象，借助拱形橋到宇宙飛船、牛頓炮的聯想，讓學生借著想象的羽翼飛翔。

2.2 過程與方法

(1) 以問題為載體，借問題激趣、助思、建構，培養學生發現、解決問題的能力;

(2) 以探究為手段，用科學探究提升實踐智慧，培養學生猜想假設、分析論證和邏輯推理能力;

(3) 以思維為核心，在科學想象中培養學生的形象和靈感思維，提高學生的創新思維能力。

2.3 情感態度與價值觀

(1) 引導學生親歷科學探究，培養學生求真的科學態度;

(2) 啟迪學生開展科學想象，培養學生想象中的美學思維;

(3) 面向學生進行STSE教育，培養學生尚善的科學倫理和社會責任感。

3 教學過程

在整個教學過程中，筆者將生活中的圓周運動分為三條路徑展開，即：問題路徑、體悟路徑和想象路徑，三條路徑有機結合，融為一體，在潛移默化中讓學生興趣盎然、能力提升、智慧生長。

3.1 問題路徑

問題是學習的原動力、出發點，也是歸宿點。在課堂上創設良好的問題情境，將傳授式教學轉變為對話式教學，用問題點化知識要點、破解知識難點，促進學生心智水平的提高與創新能力的發展。在本環節中，教師創設情境，引出問題，學生經過自主思考，小組合作，嘗試回答問題，最后師生共同探討、解決問題。

師：本章我們學習了圓周運動，本節課我們將學以致用，針對生活中常見的圓周運動，研究它的力與運動的關系。生活中的圓周運動很多，同學們能列舉一些嗎？

生：水流星、火車的轉彎、汽車過拱橋、衛星的運動等等。

師生一起觀看火車轉彎視頻，感受火車轉彎情形，了解火車車輪的構造，理解輪緣、內軌、外軌等概念。

由教師或學生提出問題，師生互動討論問題，并解決問題。問題由淺入深、由易及難，連成問題串，以幫助學生形成良好認知結構。

問題1：火車在內外軌等高的軌道上勻速行駛時，受到哪些力作用？關系如何？

生：火車受重力和支持力、牽引力和阻力作用，它們是兩對平衡力。

問題2：火車在內外軌等高的軌道上勻速轉彎時，誰提供向心力？

生：由外軌對外側輪緣的彈力提供向心力。

問題3：一節車廂凈重40T，鐵軌的抗擠壓能力為3×104N，假設彎道半徑是300m，火車的速度最大可達到多少？

圖1

圖2

問題4：用哪些方法可以確保火車提速后安全行駛？其中最有效的方法是什么？

生：增大轉彎半徑、改變軌道的材質以增大抗擠壓能力或是采用彎道路面向內側傾斜的方法，其中最有效的方案應是第三種。

問題5：內外軌傾斜后，火車轉彎的軌道平面如何？

生：內外軌傾斜后，火車的轉彎平面仍是水平面(如圖2)。

問題6：若軌道傾角為θ，軌道半徑為R，火車以速率v0勻速轉彎時，為使輪緣對內外軌均無側壓力，則v0多大？

問題7：討論v>v0、v

生：當v>v0時，外側輪緣擠壓外軌，外軌提供指向內側的彈力；當v

師：同學們對火車轉彎已經掌握得很好，也經常見到高速公路拐彎處，有“小心路滑，謹慎駕駛”的提示標語，那能否將剛才掌握的方法遷移過來，分析一下汽車轉彎的問題？

學生分小組討論交流，各抒己見。

以上通過一個個遞進的問題將知識要點貫通起來，在課前預設的基礎上注重課堂生成，這樣，步步為營，環環相扣，不僅激發了學生的學習興趣，提升了學生的思維品質，也讓學生收獲了成功的喜悅。

3.2 體悟路徑

體悟即體驗感悟，是讓學生親身經歷實驗或實踐活動，在活動中結合原有的認知水平建構新知的過程。讓學生親歷科學探究的過程，體驗科學探究的方法，享受科學探究的樂趣，可進一步增強學生的學習興趣，提高學生的學習熱情，促進學生的智慧生長。在本課教學設計中，為使學生尋找到向心力的來源，進行了如下科學探究。

(1) 實驗探究1：火車轉彎

師生觀察視頻并提出問題：火車在內外軌等高的軌道上勻速轉彎時，誰提供了向心力？

學生進行猜想假設：輪緣與軌道間的側壓力提供向心力(因為重力、支持力、摩擦力都不可能提供指向圓心的向心力)。

師生開展實驗探究，自制了如圖3所示的實驗器材，軌道的寬度略大于車輪的寬度，在軌道內外側用不同顏色的粉筆涂上印記，推動車輪在軌道上拐彎，輪緣邊緣會因接觸而染上顏色，不同的顏色可以說明軌道與輪緣的接觸情況，以此驗證猜想的正確性。

圖3

(2) 實驗探究2：汽車過拱橋

教師提出問題：生活中同學們見過形形色色的橋，同學們思考過沒有？為什么所見過的橋幾乎都是拱形的嗎？

學生猜想假設：① 為了航行的暢通；② 為了美觀；③ 拱形的結構更加牢固；④ 拱形的受力可能更小等等。

師生進行實驗探究：將“橋”置于臺秤上，分別觀察小汽車經過凹形橋底端和凸形橋頂端時臺秤的讀數，并與小汽車靜止時的讀數進行對比。

學生清楚地看到：當小汽車經過凹形橋底端時，臺秤示數大于小汽車靜止時的讀數；當小汽車經過拱形橋底端時，臺秤示數小于小汽車靜止時的讀數。

(3) 理論探究：汽車過拱橋

理論探究如圖4所示，結果殊途同歸：當汽車經過凹形橋頂端時，FN>mg；當汽車經過拱形橋頂端時，FN

FN-mg=m mg-FN=mFN=mg+m FN=mg-m圖4

采用實驗探究和理論探究相結合的方式，一方面可以增加學生的感性認識，提高學生的觀察、動手能力；另一方面亦可增強學生的理性認識，培養學生的分析論證、邏輯推理能力，兩者交相輝映、相得益彰。

這里科學探究的過程并不復雜，學生可以親歷親為，但是要在學習中培育學生的科學精神，這些過程就必不可少，探究過程能讓學生體悟科學探究方法，享受科學探究的樂趣，讓學生受益終生。

3.3 想象路徑

想象基于形象思維，但形象也離不開邏輯思維和靈感思維的聯合運作。想象大量存在于藝術創作和科學創造之中。愛因斯坦曾說過：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，想象概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉”。科學想象，思接千載，視通萬里，可以開啟和豐富學生創造的心智，喚醒和開發學生創造的潛能。圍繞科學想象，從拱形橋出發，聯想到宇宙飛船，再到“牛頓炮”這一著名的思想實驗，豐滿了學生的想象路徑。

想象1：假想地球是一個巨大的拱形橋(如圖5)，橋面半徑即為地球半徑(約為6400km)時，其場景如何呢？這時的汽車是不是就成了宇宙飛船呢？計算一下它的速度。

圖5

想象2：歷史上有個著名的“牛頓炮”的思想實驗，在地球的一座高山上架起一只水平大炮，速度越大，炮彈落地點離山腳距離越遠，當射出速度足夠大時，炮彈將會如何運動？如果發射的炮彈不落回地面，炮彈的速度至少多大？

生：當炮彈速度足夠大時，炮彈將不會再落回地球表面，臨界情況是恰好由重力提供向心力，炮彈繞地球做勻速圓周運動，此時速度也應為7.9km/s。

師：如今，牛頓當年的想象已變成了現實，科學家們已經制造并成功發射了人造地球衛星，生活中的很多領域，如通訊、天氣預報、軍事、全球定位等都離不開地球人造衛星，并且人類已經能夠進行太空漫步，在太空站內生活。

師生一起觀看王亞平“太空課堂”的視頻片段。教師引導學生想象宇航員在宇宙飛船中的生活狀況，學生熱議太空生活中的景象……

師：感興趣的同學也可以在課后收集、了解這方面的資料和視頻。

想象源于生活又超越生活，且為人類創造更好的生活，想象不能完全依賴教師的傳授，它要在自主學習、主動建構的基礎上產生，想象是“眾里尋他千百度”后的靈感頓悟，是在問題導航、體悟引路后展開的思維翅膀。

4 課后反思

筆者以問題解決、體悟探究、科學想象架設三條立體路徑，讓學生學到的不僅僅是生活中圓周運動的知識，更在學習的過程中激活了好奇心和問題意識，提升了實踐和探究能力，放飛了想象和創新夢想。同時還力圖構建一個唯美的框架，無論是問題的層層深入，探究的環環相扣，還是想象的由點及面，都著力培養學生崇尚自然美、領悟科學美、追求生活美的情懷，不斷豐富學生的情感體驗，啟迪學生的智慧生長。

[1] 陳斌.問題·體悟·想象：轉識成智路徑探幽[J].物理教師，2015，(10)：15-23.

[2] 靖國平.如何“化知為識，轉識成智”[J].人民教育，2014，(23)：19-21.