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        高中物理科學(xué)思維能力提升策略初探
        ——以“生活中的圓周運(yùn)動”教學(xué)為例

        2019-08-13 10:15:08吳朝霞
        數(shù)理化解題研究 2019年21期
        關(guān)鍵詞:向心力車輪火車

        吳朝霞

        (江蘇省南京市寧海中學(xué) 210024)

        《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對物理學(xué)科的核心素養(yǎng)進(jìn)行了水平劃分,其中對科學(xué)思維包含的模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素分別劃分了五級水平維度.高中物理核心素養(yǎng)科學(xué)思維劃分的各級水平,主要表現(xiàn)為學(xué)生在不同復(fù)雜情境中運(yùn)用科學(xué)思維解決的關(guān)鍵特征,有由低到高逐漸遞進(jìn)的關(guān)系.筆者結(jié)合高中物理科學(xué)思維劃分的水平維度和學(xué)科目標(biāo),把物理科學(xué)思維分解為情境轉(zhuǎn)換、現(xiàn)象分析、證據(jù)意識、質(zhì)疑創(chuàng)新四個要素,使得物理科學(xué)思維培養(yǎng)目標(biāo)更為清晰和可操作.

        要促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力發(fā)展,就要結(jié)合教學(xué)和學(xué)生基礎(chǔ),合理設(shè)計教學(xué)目標(biāo),優(yōu)化課堂教學(xué)環(huán)節(jié),因材施教.“生活中的圓周運(yùn)動”一節(jié)中火車轉(zhuǎn)彎處外軌為何墊高及墊高后哪個力提供向心力,是本節(jié)的重點也是難點.本文針對物理教材特點和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,嘗試探討提升學(xué)生科學(xué)思維能力的有效途徑和策略.

        一、體驗情景轉(zhuǎn)換,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

        【思考1】讓學(xué)生舉出生活中還有哪些物體做圓周運(yùn)動.

        【設(shè)計思想】前幾節(jié)課已學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動,在此基礎(chǔ)上提出這個問題,學(xué)生就會不自覺地思考我身邊還有哪些物體是做圓周運(yùn)動?同時展示實物自行車,讓學(xué)生找出自行車中哪些部件是做圓周運(yùn)動,然后再出示準(zhǔn)備好的生活圓周運(yùn)動的實例視頻,讓學(xué)生感知圓周運(yùn)動伴隨我們的生活,從而引入課題.這樣很好地調(diào)動了學(xué)習(xí)熱情和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,為學(xué)習(xí)本節(jié)課奠定創(chuàng)設(shè)良好的情境.

        二、經(jīng)歷現(xiàn)象分析,認(rèn)清事物本質(zhì)

        【思考2】請同學(xué)們介紹一下火車車輪的特點以及如何放置在鐵軌上?

        【設(shè)計思想】通過學(xué)生課題小組研究,介紹火車車輪特點,再用自制火車車輪和圖片展示放大鐵軌及火車輪特點.利用該實驗培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力,觀察分析的能力,合作探究的能力,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和互助精神.為思考3作了很好的鋪墊.

        【思考3】如果火車轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌無高度差時,誰提供向心力?

        生:外軌對車輪緣側(cè)向壓力提供向心力

        【設(shè)計思想】先利用已學(xué)過的汽車轉(zhuǎn)彎靜摩擦力提供向心力作為鋪墊,學(xué)生利用類比方法很容易解決這個問題.

        【算算看】如果火車質(zhì)量為m=1500t,轉(zhuǎn)彎半徑為r=300m, 轉(zhuǎn)彎速度為v=20m/s.則外軌對車輪緣側(cè)向壓力為多大?

        生:(通過計算后讓學(xué)生感知靠外軌對輪緣擠壓提供向心力,會將鐵軌擠斷,后果不敢想象.讓學(xué)生討論交流應(yīng)采取什么措施,這樣很自然引入思考4.)

        三、樹立證據(jù)意識,大膽表達(dá)觀點

        【思考4】如果你是一位鐵路設(shè)計師,在火車轉(zhuǎn)彎處應(yīng)采取什么措施才能避免火車車輪對鐵軌擠壓造成危害?

        生:讓外軌墊高一點

        【設(shè)計思想】學(xué)生交流討論,但對于為什么墊高、對于墊高后誰對圓周運(yùn)動提供向心力,學(xué)生心中依然有揮之不去的謎團(tuán),這也是本節(jié)學(xué)生學(xué)習(xí)的難點之一.接著播放外軌墊高動畫,通過動畫引導(dǎo)學(xué)生分析外軌墊高后哪個力會對火車轉(zhuǎn)彎提供向心力有幫助.

        【思考5】外軌墊高后轉(zhuǎn)彎時的運(yùn)動平面是水平的還是與斜面平行的?

        【設(shè)計思想】搞清火車在哪個面內(nèi)做圓周運(yùn)動是分析外軌墊高后向心力來源的基礎(chǔ).另通過實物“小火車轉(zhuǎn)彎”實驗,讓學(xué)生觀察討論,明確火車是在平行于地面的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,從而突破難點之一.也為分析思考6奠定基礎(chǔ).

        四、敢于質(zhì)疑創(chuàng)新,多視角審視檢驗

        【思考6】若內(nèi)、外高度差對應(yīng)傾角為α,轉(zhuǎn)彎半徑為R,火車的速度為多大時,恰好無側(cè)壓力?

        生:支持力的一個分力提供向心力

        【設(shè)計思想】在思考5的基礎(chǔ)上,通過計算讓學(xué)生感受火車內(nèi)外的高度差所對應(yīng)的傾角、火車轉(zhuǎn)彎半徑以及轉(zhuǎn)彎速度滿足上述條件時,確實是由支持力的一個分力提供向心力,從而解決思考3中“算算看”中所造成的危害性,同時也真正知道思考4所采取的措施是正確的,從而突破難點之二,解開學(xué)生心中的謎團(tuán).該處對培養(yǎng)學(xué)生思維能力是很有幫助的.

        【設(shè)計思想】進(jìn)一步強(qiáng)化鞏固思考6,接著視頻、圖片展示2008年4月28日膠濟(jì)鐵路事故.在轉(zhuǎn)彎處規(guī)定速度為80km/h,事故后專家計算分析當(dāng)火車在該處轉(zhuǎn)彎速度達(dá)到131km/h.從而也看出有些事情可以創(chuàng)新,有些事情必須按章辦事,這個教訓(xùn)是慘痛的,滲透情感教育.

        本節(jié)課以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),按照科學(xué)思維四要素來設(shè)計教學(xué)方案.同時通過小組合作、模型展示、實例類比、理論分析等方法從淺入深、從易到難、層層分解來突破難點.有效地對學(xué)生進(jìn)行了思維訓(xùn)練,也促進(jìn)了思維由低階到高階的進(jìn)一步發(fā)展.

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