巧用自行車 玩轉圓周運動

邵韜

摘? ? 要：人教版高中物理必修二第六章第一節“圓周運動”是一堂生活氣息濃厚的物理課，教師選擇自行車為情境載體，圍繞“如何描述圓周運動快慢”精心設計問題，引領學生經歷一個有意義、有體驗、有深度的探究過程，幫助學生構建圓周運動的運動觀，潛移默化地培養學生的物理學科核心素養。

關鍵詞：自行車；圓周運動；情境化教學；核心素養

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）5-0048-4

《普通高中物理課程標準（2017年版）》中建議：在教學設計和教學實施過程中應重視情境的創設，并通過問題解決促進物理學科核心素養的達成［１］。高中物理是一門生活氣息濃厚的自然學科，學生在具體的情境中分析、解決問題，物理概念和物理規律更容易在學生心中落地生根，因此基于情境化教學的實踐研究對物理學科核心素養的培育有重要意義。

情境源于生活，又高于生活，經過適當的加工處理和問題引導，能更好地促進教學目標的達成。在人教版高中物理必修二第六章第一節“圓周運動”中，自行車無疑是最具代表性的情境載體。本文將闡述如何圍繞自行車精心創設情境，巧妙設計問題，玩轉圓周運動。

1? ? 情境化教學的實施方案

1.1? ? 激發矛盾，發現缺少比較圓周運動快慢的標準

如表1所示，學生對圓周運動有較多的生活體驗，但也存在“自行車前進時車輪運動是圓周運動”的誤解，通過對標記點滾輪線軌跡的觀察，矯正學生錯誤的前概念，提出倒置自行車來研究圓周運動的辦法。接下來，學生自由討論“大齒輪、小齒輪和后輪上的點哪個運動得快”，不同觀點的沖突意味著快慢判斷標準的缺失，學生發現速度對圓周運動快慢描述的局限性的同時，渴望尋找到新的物理量。

這個教學環節，教師不斷設計沖突，激發學生的求知欲望。

1.2? ? 探究真知，尋找描述圓周運動快慢的物理量

如表2所示，在線速度的引入中，輪盤放繩的實驗再現了化曲為直的物理方法，直觀淺顯，學生能獨立說出線速度的定義。學生經歷了“不能用速度概念比較圓周運動快慢”，到“可以用線速度比較圓周運動快慢”，最后發展為“線速度就是速度”的認知過程，統一了直線運動、曲線運動、圓周運動中速度的概念，運動觀得以升華。

在角速度的引入中，學生先通過“數圈數”的方法判斷輪盤旋轉多圈時的轉動快慢，并回憶起“周期”和“轉速”兩個概念來描述轉動快慢。隨后，學生觀察輪盤不足單圈的旋轉，聚焦點被迫由“數圈數”轉移到“看圓心角”，從而理解了引入角速度的必要性。

這個教學環節不斷喚起學生原有的認知，讓其徘徊于“會”與“不會”的邊緣，在認知沖突和思維碰撞中曲折前行，最終尋找到線速度和角速度兩個描述圓周運動快慢的物理量，并理解二者是描述圓周運動快慢的不同角度，關于“大齒輪、小齒輪和后輪上的點哪個運動得快”的問題得以合理解釋，前后呼應，印象深刻。

1.3? ? 學以致用，用線速度和角速度的關系探究自行車的前進速度

如表3所示，學生理論推導“線速度和角速度的聯系”，進一步發現了二者間的聯系，圓周運動的運動觀更具系統性。

課堂最后，學生分組探究“自行車勻速行駛時的速度”，綜合應用“線速度和角速度的定義”“同軸傳動和鏈條傳動”“線速度、角速度、周期、轉速、半徑間的關系”等物理觀念和物理規律，解釋生活問題，培養學生理論結合實際的科學態度和勇于探究的科學精神。

這個教學環節，學生對圓周運動快慢的描述方法和手段進行全方位的鞏固應用，達成觀念水平的進階。

2? ? 情境化教學的經驗和啟示

本堂課選擇自行車為情境載體，以“如何描述圓周運動快慢”為主要線索，將培育“圓周運動的運動觀”作為首要素養目標，并充分結合學生的已有知識和生活經歷，針對圓周運動的運動特點展開全面的探究學習。這種“以情境引問題，以問題導探究，以探究促真知，以結論解問題”的情境化教學方式，充分體現了“從生活走向物理，從物理走向社會”的教學理念，帶給學生沉浸式的學習體驗，有效促進了學生物理學科核心素養的發展。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］中華人民共和國教育部.關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見［EB/OL］.［2014-04-08］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/jcj_kcjcgh/201404/t20140408_167226.html.

［3］李春密.核心素養導向的高中物理教學設計［M］.北京：北京師范大學出版社，2019.

［4］浙江省教育廳教研室.指向學科核心素養的普通高中課堂教學設計案例叢書［M］.杭州：浙江教育出版社，2019.

［5］楊亞芳.基于物理核心素養提升的教學設計——以“生活中的圓周運動”為例［J］.物理教學，2016，38（5）：11-15.

［6］王秀英，萬欣欣，李春密.基于項目式學習的教學設計——以“圓周運動”教學為例［J］.物理教學，2022，44（3）：2-5，8.

［7］劉建浩.基于情境認知與學習理論的教學設計——圓周運動［J］.物理教師，2019，40（7）：31-33.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）