基于學習進階的高中物理單元教學設計
——以“圓周運動”學習為例

余冬冬

(江蘇省宜興市丁蜀高級中學 214221)

所謂的單元教學，即一種基于大概念和大思路的角度，并以實現課程與課時雙目標為核心，繼而在促使學生掌握學科內容及特點同時也致力于發展他們學科核心素養的教學方式.而相較于傳統教學，因單元設計能有效將不同的知識點按照由淺入深、由簡單到復雜的方式組織起來，這不僅對學生知識體系的系統化構建大有助益，更能讓學生的學習思維得到有效鍛煉.對此，本文將以“圓周運動”為例，就單元設計教學的具體運用方法做出闡述.

一、單元教學內容選擇

“圓周運動”是人教版“曲線運動”中7個組成章節的內容之一，而除了“圓周運動”.前2節內容分別為“平拋運動”和“運動的合成與分解”.屬于后4章節的“圓周運動”，其核心教學內容當時讓學生理解并懂得該如何運用動力學問題.而此類問題正是日后研究天體運動、帶電粒子及電磁場運動等內容的必備基礎.

二、單元教學目標制定

隨著新課程改革的逐步深入，新的課程標準也明確了高中物理教學需對實驗探究給予高度重視.至于實驗探究的主要目的便是要讓學生理解諸多的物理含義，如向心加速度、各種量.除此之外，對各名詞之間的關系也是高中物理的教學重點，諸如勻速圓周運動的向心力與半徑、角速度、質量方面有何關聯.而鑒于上述部分內容具有極強的抽象性，故具體的教學過程也需采取適宜的教學方法，尤其要注重將相關的思路和方法滲透其中以及將牛頓第二定律的向心力知識融入其中，如此方能完善學生的知識結構，使其對向心力等內容及其規律產生直觀化的理解.除此之外，在新課程改革標準中還對本單元學習提出了以下要求：一是要借助實驗來讓學生了解各物理名詞的具體含義、意義及定義式，包括線速度、角度蘇、轉速、周期等.以此讓學生的科學論證能力得到一定程度的發展；二是借助實驗探究來理解向心加速度的方向及表達式，而后根據不同的問題情境懂得該運用怎樣的向心加速度表達式來加以運算.如此做的目的便是要讓學生初步構建起抽象概括模型的能力；三是基于對向心力概念的理解來掌握其相關的表達式，繼而懂得運用相關表達式去解決相應的問題，諸如在解決勻速圓周運動問題時采用牛頓運動定律；四是能從學習中釋放出來以了解生活中的圓周運動.這將有助于強化學生的科學解釋能力，而后促使他們逐步樹立起正確的科學態度.

三、學習進階路徑規劃

就本章節所包含的觀念而言，其目的是讓學生了解曲線運動，而后便幫助學生建立起初步的力與運動觀.而從科學思維的角度上來看，基于本章節還涉及到其他重要知識點，包括比值定義法以及構建模型的思想等.故而在實際教學過程中，為加深學生的學習印象，教師需讓學生親身經歷科學的產生、推理及論證這一系列過程，如此一來，學生方能知曉生活中的哪些問題，實則包含了物理的思想，有了此方面的認知，方能讓學生將課堂所學帶入生活，進而通過在生活中實際運用知識來促使其學科思維與實踐意識的發展.除此之外，在實際教學之時，教學也應有意識地提升，以此讓學生的實驗探究能力在解釋交流過程中得到提升.至于學生科學論證能力的發展，教師便需由科學態度與責任入手，通過對兩個質點運動及轉動快慢加以比較，從而發展學生的科學論證能力.再次，就本單元包含的兩個實驗探究而言，其核心目的均是致力于發展學生的抽象概括及模型構建能力以及促使學生形成求真務實的精神，對此，教師可再度將生活引進教學，一來可切實發展學生的問題發現與解決能力，二來則能讓學生逐步養成站在物理角度思考與發現問題的能力，這對學生接下來的學習與生活均有莫大助益.最后，基于物理各知識點之間均有著極強的聯系，故而提升教學的效率及效果，有關“圓周運動”的教學過程，教師還可劃分學習層級，至于層級的具體劃分標準則可參照下表：

表1 “圓周運動”學習層級與素養發展規劃進階表

四、單元教學環節落實

1.認識圓周運動(1課時)

將生活化的場景引進具體教學，而后引導學生對物體的運動軌跡展開調查.通過觀察估計形狀而后思考如下問題：對于圓周運動物體的快慢該如何進行比較.待學生思考一定時間后，再引導學生進行猜想，猜想的具體內容圍繞學生已有的生活及學習經驗，諸如進行圓周運動的物體，多少時間可轉一圈？不同物體在相同時間所轉的圈數.對于上述猜想，教師可讓學生將之與此前所學的直線運動進行對比，以此幫助學生實現知識的遷移.而后再通過對比曲線運動線速度、角速度定義與直線運動定義的差異，以此讓學生了解解答上述問題需獲知圓弧長短以及轉過角度大小等重點，繼而達到突破教學難點的目的.之后，為鞏固學生對所學知識的理解，教師又可開展相關的物理實驗，諸如用實驗儀器進行現場測量，讓學生思考該如何測，具體需要哪些工具以及各類工具又該如何使用等.

2.向心加速度(1課時)

眾所周知，物體在不受力的情況下將保持勻速運動的狀態，而此時的加速度則為零，但勻速圓周運動卻并不等同于勻速直線運動，這便意味著其合力以及加速度也必然不為零.那么又該如何判斷該加速度的大小及方向呢？

對于上述問題，教師同樣可通過實驗的方式來引導學生展開探究，諸如利用手機APP傳感器，此傳感器可基于手機本身內置的陀螺儀及角速度傳感器來獲知手機本身當下的角速度及向心加速度，且該向心加速度還會隨著時間的變化而變化.在最初階段，即在轉盤電機關閉時，可得到加速度接近于零的向心加速度.而當電機啟動后，手機的角速度便開始跟隨轉盤速度變動.此時角速度不變而將轉動半徑改變，再將不同轉動半徑對應的加速度記錄下來，以此便可形成完整的向心加速度與轉動半徑關系圖.通過觀察，學生便能清楚掌握向心加速度、線速度及角速度之間的關系.

(理論推導)基于運動學角度來學習向心加速度，由于所謂的向心加速度也便是線速度變化量與時間的比值，而其中最關鍵的變化量便是線速度.因此，教師可在實際教學開展時首先由直線運動的速度變化量開始，通過引進相關概念來對速度變化量的方向予以再度強調，由此引伸出曲線運動中的速度變化量再加以計算.之后針對質點圓周運動的求解.可讓速度的變化量與線速度的方向保持垂直并指向圓心.

(理論探究)根據牛頓第二定律，我們可以用向心加速度的大小和方向推導得到做勻速圓周運動的物體受到的合外力的方向和大小，即向心力的大小和方向.

(實驗探究)實驗的相關設計可使用機械鳥，在機械鳥做圓周運動的同時通過拉動繩子來使其形成圓錐擺，以此來對向心力的表達式加以驗證.

通過研究機械鳥學生很容易獲知以下原理，那便是不同方向的拉力及重力合成方可形成向心力.而后經過APP的介紹，學生又將得知向心力的命名由來，也便是在其他性質的力所提供形成了向心力.

總之，高中物理涉及到諸多的物理思想方法、概念、定義、定理及原則.而上述內容均是學生學習過程必須掌握之重點.因此，教師也不能片面顧忌課本所陳，而是要帶領學生展開深入挖掘，以此了解更深層次的物理知識，繼而在幫助學生完成自身知識體系的完善構建同時亦讓他們對科學本質產生深刻的理解，這對學生物理學習精神的提升勢必大有助益.