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        基于轉(zhuǎn)識成智理念的教學案例分析
        ——以“生活中的圓周運動”為例

        2017-07-07 14:25:50劉學娟
        物理之友 2017年6期
        關(guān)鍵詞:輪緣體悟火車

        劉學娟

        (江蘇省靖江高級中學,江蘇 靖江 214500)

        基于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)識成智作為素質(zhì)教育的核心價值追求,就是要將學生從“知識受體”轉(zhuǎn)為“智慧主體”,將知識傳承轉(zhuǎn)為智慧生長。基于轉(zhuǎn)識成智理念,筆者設(shè)計了“生活中的圓周運動”這節(jié)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(zhuǎn)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(jié)的內(nèi)容,它是基于學生的生活而設(shè)計的一節(jié)內(nèi)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(zhuǎn)識成智的教學理念對這節(jié)內(nèi)容進行設(shè)計,在設(shè)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(chuàng)造力。本課循著這三條知行結(jié)合的路徑,并在預設(shè)和生成中尋求變化,著力培養(yǎng)學生的求知欲望、探究能力和創(chuàng)新潛質(zhì)。

        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(lián)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(gòu),培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、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(yǎng)學生猜想假設(shè)、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(yǎng)學生的形象和靈感思維,提高學生的創(chuàng)新思維能力。

        2.3 情感態(tài)度與價值觀

        (1) 引導學生親歷科學探究,培養(yǎng)學生求真的科學態(tài)度;

        (2) 啟迪學生開展科學想象,培養(yǎng)學生想象中的美學思維;

        (3) 面向?qū)W生進行STSE教育,培養(yǎng)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(jié)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(fā)點,也是歸宿點。在課堂上創(chuàng)設(shè)良好的問題情境,將傳授式教學轉(zhuǎn)變?yōu)閷υ捠浇虒W,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(chuàng)新能力的發(fā)展。在本環(huán)節(jié)中,教師創(chuàng)設(shè)情境,引出問題,學生經(jīng)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(jié)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(guān)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(zhuǎn)彎、汽車過拱橋、衛(wèi)星的運動等等。

        師生一起觀看火車轉(zhuǎn)彎視頻,感受火車轉(zhuǎn)彎情形,了解火車車輪的構(gòu)造,理解輪緣、內(nèi)軌、外軌等概念。

        由教師或?qū)W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(jié)構(gòu)。

        問題1:火車在內(nèi)外軌等高的軌道上勻速行駛時,受到哪些力作用?關(guān)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(nèi)外軌等高的軌道上勻速轉(zhuǎn)彎時,誰提供向心力?

        生:由外軌對外側(cè)輪緣的彈力提供向心力。

        問題3:一節(jié)車廂凈重40T,鐵軌的抗擠壓能力為3×104N,假設(shè)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?;疖囂崴俸蟀踩旭??其中最有效的方法是什么?

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

        問題5:內(nèi)外軌傾斜后,火車轉(zhuǎn)彎的軌道平面如何?

        生:內(nèi)外軌傾斜后,火車的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)彎時,為使輪緣對內(nèi)外軌均無側(cè)壓力,則v0多大?

        問題7:討論v>v0、v

        生:當v>v0時,外側(cè)輪緣擠壓外軌,外軌提供指向內(nèi)側(cè)的彈力;當v

        師:同學們對火車轉(zhuǎn)彎已經(jīng)掌握得很好,也經(jīng)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(zhuǎn)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(shè)的基礎(chǔ)上注重課堂生成,這樣,步步為營,環(huán)環(huán)相扣,不僅激發(fā)了學生的學習興趣,提升了學生的思維品質(zhì),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(jīng)歷實驗或?qū)嵺`活動,在活動中結(jié)合原有的認知水平建構(gòu)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(shè)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(zhuǎn)彎

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

        學生進行猜想假設(shè):輪緣與軌道間的側(cè)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(nèi)外側(cè)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(shè):① 為了航行的暢通;② 為了美觀;③ 拱形的結(jié)構(gòu)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(jīng)過凹形橋底端和凸形橋頂端時臺秤的讀數(shù),并與小汽車靜止時的讀數(shù)進行對比。

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

        (3) 理論探究:汽車過拱橋

        理論探究如圖4所示,結(jié)果殊途同歸:當汽車經(jīng)過凹形橋頂端時,F(xiàn)N>mg;當汽車經(jīng)過拱形橋頂端時,F(xiàn)N

        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(jié)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(yǎng)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(lián)合運作。想象大量存在于藝術(shù)創(chuàng)作和科學創(chuàng)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”??茖W想象,思接千載,視通萬里,可以開啟和豐富學生創(chuàng)造的心智,喚醒和開發(fā)學生創(chuàng)造的潛能。圍繞科學想象,從拱形橋出發(fā),聯(lián)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(fā)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(xiàn)實,科學家們已經(jīng)制造并成功發(fā)射了人造地球衛(wèi)星,生活中的很多領(lǐng)域,如通訊、天氣預報、軍事、全球定位等都離不開地球人造衛(wèi)星,并且人類已經(jīng)能夠進行太空漫步,在太空站內(nèi)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(chuàng)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(gòu)的基礎(chǔ)上產(chǎn)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(shè)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(chuàng)新夢想。同時還力圖構(gòu)建一個唯美的框架,無論是問題的層層深入,探究的環(huán)環(huán)相扣,還是想象的由點及面,都著力培養(yǎng)學生崇尚自然美、領(lǐng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)識成智”[J].人民教育,2014,(23):19-21.

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