創(chuàng)設(shè)情境課堂 提升核心素養(yǎng)

人教版物理必修第二冊第六章第三節(jié)向心加速度，是描述勻速圓周運(yùn)動的又一重要概念，教材在問題欄目中，從運(yùn)動和力的關(guān)系出發(fā)，確定做圓周運(yùn)動的物體具有加速度。這節(jié)不僅是向心力的拓展，同時(shí)還是后面學(xué)生學(xué)習(xí)生活中圓周運(yùn)動的基礎(chǔ)，具有承上啟下的作用。本節(jié)課的重點(diǎn)是教授學(xué)生勻速圓周運(yùn)動中向心加速度大小的表達(dá)式和向心加速度方向，難點(diǎn)是學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能根據(jù)具體問題選擇合適的向心加速度的表達(dá)式解決相關(guān)問題。教材從動力學(xué)角度出發(fā)，根據(jù)從力推知加速度的思路，在前一節(jié)確定向心力方向和大小的基礎(chǔ)上，得出向心加速度的方向和大小。這種編排的好處是降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度，使他們可以較為容易地掌握向心加速度概念。教師在教學(xué)中依據(jù)教材但不拘泥于教材，注重對學(xué)生核心素養(yǎng)的培育。尤其是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，他們的理解和記憶會更加深刻和牢固，而巧用具體場景抽象出典型的物理模型的教學(xué)方式，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的建模能力。

一、利用信息化教學(xué)手段探究物理規(guī)律

手機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)非常普及，上面可以安裝手機(jī)物理工坊軟件應(yīng)用程序，調(diào)用手機(jī)中豐富的傳感器，發(fā)揮手機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，幫助學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，使學(xué)生的探究活動以智能電子設(shè)備為載體，隨時(shí)隨地進(jìn)行。筆者曾帶領(lǐng)學(xué)生在課堂上用手機(jī)物理工坊軟件測量自由落體加速度的大小，加強(qiáng)學(xué)生對加速度大小的感性認(rèn)識，為學(xué)生課外定量和半定量探究活動提供范例。

教師通過信息化手段讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)規(guī)律再發(fā)現(xiàn)過程，進(jìn)一步豐富學(xué)生體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐意識。例如，在此基礎(chǔ)上利用牛頓第二定律進(jìn)行理論推導(dǎo)，突出理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)探究的統(tǒng)一性，加深學(xué)生對向心加速度概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)。

二、創(chuàng)設(shè)生活情境，培育核心素養(yǎng)

在教授學(xué)生應(yīng)用向心加速度表達(dá)式解決問題時(shí)，筆者非常注重生活實(shí)踐問題情境的設(shè)計(jì)，緊密聯(lián)系學(xué)生熟悉的實(shí)踐活動及運(yùn)動項(xiàng)目等，貼近學(xué)生生活實(shí)際，以更好地培養(yǎng)和提升學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)物理知識分析問題和解決問題的能力，在真實(shí)問題的解決中培育學(xué)生核心素養(yǎng)。

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，在體驗(yàn)中解決問題

游戲一：“旋轉(zhuǎn)紐扣”。

帶領(lǐng)學(xué)生玩“旋轉(zhuǎn)紐扣”傳統(tǒng)游戲，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)共同探究紐扣轉(zhuǎn)速多大？圓運(yùn)動半徑多大？培養(yǎng)學(xué)生半定量感知能力。

“旋轉(zhuǎn)紐扣”是一種傳統(tǒng)游戲。如圖1，先將紐扣繞幾圈，使穿過紐扣的兩股細(xì)繩擰在一起，然后用力反復(fù)拉繩的兩端，紐扣正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)會交替出現(xiàn)。拉動多次后，紐扣繞其中心的轉(zhuǎn)速可達(dá)50r/s，此時(shí)紐扣上距離中心1cm處的點(diǎn)向心加速度大小約為（ " "）

A.10m/s2 B.100m/s2 "C.1000m/s2 " "D.10000m/s2

解析：紐扣在轉(zhuǎn)動過程中，則向心加速度，故C正確。本題很好地考查了學(xué)生的估算能力和計(jì)算能力。

游戲二：輕的物體是否能吊起重的物體。

將繩穿過塑料管分別連接兩端的輕物與重物（圖2）。由于兩邊輕重不同，不能平衡，有什么辦法使輕物吊起重物呢？有什么辦法使重物平衡甚至加速上升呢？

學(xué)生：使輕物做圓周運(yùn)動可改變繩的拉力，且轉(zhuǎn)速增加，拉力增加，轉(zhuǎn)速減小，拉力減小（圖3、圖4）。

可設(shè)問題及作用：分析圖4輕物在豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動，最高點(diǎn)、最低點(diǎn)拉力與向心加速度的關(guān)系如何？輕物在最高點(diǎn)的向心加速度的最小值為多大？這些問題的解答能為后面豎直平面內(nèi)繩拉小球、桿拉小球做變速圓周運(yùn)動模型做好鋪墊，用對比的方法引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握向心力與向心加速度的關(guān)系。

這個(gè)游戲極大地調(diào)動了學(xué)生的探究欲，他們躍躍欲試，紛紛進(jìn)行嘗試。在這一過程中教師要巧妙地引導(dǎo)學(xué)生想辦法增加繩的拉力。

（二）喚醒學(xué)生體驗(yàn)，由定性到定量提升學(xué)生

選擇與學(xué)生日常生活有關(guān)的實(shí)例，如圖5學(xué)生常見的自行車，由定性到定量分析討論向心加速度的大小關(guān)系。

如圖6所示，轉(zhuǎn)動自行車的腳踏板時(shí)，關(guān)于大齒輪、小齒輪、后輪邊緣上的A、B、C三點(diǎn)的向心加速度大小關(guān)系如何？若三輪半徑分別為r1＝3r，r2＝2r，r3＝4r；A、B、C分別為三個(gè)輪邊緣上的點(diǎn)，如圖7，求向心加速度aA∶aB∶aC=（ "）。

可設(shè)問題及作用：除能復(fù)習(xí)同一皮帶傳動兩輪邊緣線速度大小相等、同軸輪各點(diǎn)角速度相等外，還能加深學(xué)生對向心加速度公式的理解和記憶，同時(shí)求得三個(gè)物理量的比值關(guān)系，提升學(xué)生解決綜合類問題的能力。

三、突出建模能力，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維

教師利用多媒體設(shè)備播放視頻空中綢吊活動。演員抓住高空懸掛的布條或綢條攀登纏繞，構(gòu)成一組組凌空造型，展示出種種動態(tài)懸吊姿勢。在水平面內(nèi)飛旋運(yùn)動中，完成所有的技巧表演，充滿浪漫情懷和藝術(shù)想象，美輪美奐。此時(shí)，如果把演員看作質(zhì)點(diǎn)，可以抽象出圓錐擺物理模型，一下子就化繁為簡，變抽象為具體了，同時(shí)還能很好地展現(xiàn)物理學(xué)中的美。

在長為L的細(xì)繩下端拴一個(gè)小球，捏住繩子的上端，使小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，細(xì)繩就繞圓錐面旋轉(zhuǎn)，這樣就成了一個(gè)圓錐擺（圖8）。細(xì)繩與豎直方向成θ角，求小球做勻速圓周運(yùn)動的向心加速度大小為多少？通過計(jì)算說明：要增大夾角θ，應(yīng)該增大小球運(yùn)動的角速度ω。

簡化為圓錐擺模型，提取題中有用信息，簡化題干條件。

已知：勻速圓周運(yùn)動，L、θ，求：（1）求 an=（ "），（2）θ與ω關(guān)系如何？

解析：小球的向心力由 FT 和mg的合力提供。

①

小球做圓周運(yùn)動的半徑 " " " " " " " " "②

③

由①②③得 " " " " " " 。

從解題過程中可以清楚地看出，當(dāng)小球運(yùn)動的角速度增大時(shí)，夾角也隨之增大。 所以演員需要增加轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)動圓弧半徑也相應(yīng)增加。

向心加速度教學(xué)體現(xiàn)了從學(xué)生的體驗(yàn)入手，然后逐步上升到理性認(rèn)識，再由理性認(rèn)識回到生活實(shí)際中去，從生活體驗(yàn)中抽象出物理模型的基本理念。教學(xué)過程中安排了豐富的學(xué)生體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)活動，實(shí)現(xiàn)了從“解題”向“解決問題”教學(xué)思想的轉(zhuǎn)變，教學(xué)手段先進(jìn)，教學(xué)方式多樣，學(xué)生活動豐富，體驗(yàn)感十足，實(shí)現(xiàn)了課改理念下的情境化教學(xué)。采用方便攜帶、易操作的手機(jī)物理工坊軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，由圖得出結(jié)論，真實(shí)精確，具有很強(qiáng)的說服力。創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)“旋轉(zhuǎn)紐扣”、輕物吊起重物進(jìn)行情境化教學(xué)，趣味性較強(qiáng)，易于學(xué)生接受。通過空中綢吊活動抽象出物理模型，化繁為簡，變抽象為具體，達(dá)到了預(yù)期效果。整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)有理解、有解析、有操作、有創(chuàng)造，全面培育學(xué)生核心素養(yǎng)。

作者單位 "陜西省西安市西電中學(xué)