田序海 張杰慕

摘 ? 要：新教材教學設計突出“以學生為中心”的教學理念，是基于全面提高學生核心素養(yǎng)的課程目標而確定的。圍繞學生學習過程展開學習目標、學習重點、學習難點、學習方法的教學分析，促進學習者“深度學習”，培養(yǎng)學生學習物理的關鍵能力。本案例通過自制實驗讓學生感受向心力，定性探究影響向心力大小的因素，最后利用DISLab傳感器實驗定量研究向心力的大小規(guī)律。三部分都是以任務清單的形式圍繞學生學習過程展開學習活動，體現(xiàn)了“以學生為中心，促進深度學習”的教育理念。

關鍵詞：學生中心;深度學習;科學探究;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）6-0033-4

《普通高中物理課程標準（2017年版）》提出“高中物理課程通過創(chuàng)設學生積極參與、樂于探究、善于實驗、勤于思考的學習情境，培養(yǎng)和發(fā)展學生的自主學習能力?！睒嫿ㄒ詫W生為中心的課堂，就是在教學中把學生的學習和成長放在中心位置來考慮。課堂教學從學習目標到學習過程都以學生學習為中心來進行組織，而不是以教師為中心來進行組織。“深度學習”是指在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程?！耙詫W生為中心，促進深度學習”的教學策略有五個原則：一是學為主線，教為輔線;二是少教多學，以學為主;三是傾聽學生，捕捉靈感;四是問題導向，激發(fā)思維;五是立足高遠，立德樹人。

1 ? ?教材分析

本節(jié)課出自魯科版新教材高中物理必修二第三章第二節(jié)《科學探究：向心力》（以下簡稱向心力），這節(jié)課含有《普通高中物理課程標準（2017年版）》新加入的學生必做實驗。

向心力是高中物理中理解難度和教學難度相對較大的一節(jié)課，是深刻理解圓周運動的關鍵，為后面解決生活中的圓周運動實例、萬有引力定律與天體運動及帶電粒子在磁場中的運動打下了重要的基礎，起到啟下的作用。該部分內容在教材中是以學生對圓周運動的日常經(jīng)驗和觀察為基礎，以實驗探究為主，幫助學生建立向心力的概念，探究影響向心力大小的因素，并最終得出向心力的表達式。

新課標中一個明顯的變化是“探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系”成為學生必做實驗之一，這一變化也體現(xiàn)了物理教學重視學生物理學科核心素養(yǎng)的提升，讓學生獲得更多探索物理問題的機會。相應的魯科版新教材在內容編排方面也有很大的變化。比如，教材注重學生的體驗，本節(jié)教材在理解向心力概念及來源方面共出現(xiàn)了五個可以在教學中實施的活動，教材中用一個質量很小的物體就可以拉起籃球，為筆者這節(jié)課的導入提供了思路與方向。另外，教材對本章內容在四個維度下的核心素養(yǎng)提出了明確要求，教材中設置了“素養(yǎng)提升”一欄，為學生的學習活動和教師的教學活動應達到的素養(yǎng)水平提供了明確、細致的指導。

2 ? ?教學設計

（1）學習目標

根據(jù)物理學科核心素養(yǎng)，從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面制訂了本節(jié)課學生學習的目標。

①物理觀念：通過活動體驗和定性、定量探究，建立向心力的概念，知道向心力是效果力;知道向心力大小與哪些因素有關，理解公式的含義。

②科學思維：通過從現(xiàn)象共性中提煉關鍵本質，培養(yǎng)學生總結歸納的能力;能將生活實例轉化為物理模型，提高建模能力。

③科學探究：通過實驗，體驗和感受做勻速圓周運動的物體需要向心力，會分析向心力的來源;通過對向心力大小的探究，體驗利用控制變量法研究問題的過程，培養(yǎng)學生從實驗數(shù)據(jù)中總結規(guī)律的能力。

④科學態(tài)度與責任：通過體驗，突出情境創(chuàng)設、體會生活中的物理;通過實驗，突出科學探究過程，培養(yǎng)學生的辯證唯物主義觀點，提高科學素養(yǎng);利用物理知識解決實際問題，加強學生將物理知識應用于技術、社會領域的意識。

（2）學習重點

圓周運動中向心力的來源;向心力的確定方法與表達式。

（3）學習難點

圓周運動中向心力的來源;探究影響向心力大小的因素。

（4）學習方法

實驗探究方法、歸納法、實驗驗證法、物理建模法。

（5）實驗器材

自制實驗器材：感知向心力器材（重球、輕球、空心筆管、細繩等）;

分組實驗器材：定性探究實驗（向心力演示器）;

演示實驗器材：定量探究向心力大?。◣в锌潭鹊膽冶邸⒉煌|量的砝碼、力傳感器、光電門、數(shù)據(jù)采集器、電腦等）。

3 ? ?學習過程

任務一：創(chuàng)設實驗引入新課

教師活動1：展示自制儀器（圖1），提出問題：如何讓輕球提起重球？

學生活動1：認真觀察，積極思考，小組內操作實踐。

設計意圖1：創(chuàng)設情境，提出問題，導入新課。

教師活動2：請部分小組分享、展示成果，并引導學生思考輕球運動情況對拉力大小的影響。

學生活動2：小組展示，并從物理學的角度分析實驗現(xiàn)象。

設計意圖2：初步讓學生感受向心力大小與哪些因素有關。

任務二：感知向心力，探究其來源

教師活動1：展示兩組實驗器材（圖2），引導學生通過實際操作，感受向心力的來源。

學生活動1：

學生分組動手體驗兩個實驗：手拉小球在水平面上轉動、加速、減速、勻速、最后放手;用玻璃杯帶動小球轉動，完成加速、減速、勻速、最終提起玻璃杯。實驗后組織語言描述實驗感受。

設計意圖1：用身邊常見的物體動手體驗，豐富學生對向心力的感知，也更能啟發(fā)學生思考，從而使學生意識到物理來源于生活，生活處處是物理。

教師活動2：請部分小組分享交流自己的體驗感受，并分析實驗中小球的受力情況。

學生活動2：交流感受，并通過分析小球的受力情況，找出向心力的來源。

設計意圖2：通過動手操作感知，并結合示意圖進行理論分析，更能幫助學生理解向心力的來源，認識到向心力是一種效果力。實驗來源于生活的情景，讓學生倍感親切，和諧友好的課堂氛圍讓學生都能參與其中，產(chǎn)生自己的想法并敢于表達。

教師總結：向心力的定義并歸納向心力的來源。

任務三：定性研究圓周運動向心力的大小

教師活動1：展示向心力演示器（圖3），讓學生閱讀使用說明書并實際操作向心力演示器。

學生活動1：通過閱讀使用說明書了解儀器的構造，并嘗試操作儀器。 ? ? ? ? ? ? ? ? ?

設計意圖1：利用說明書學會使用工具是現(xiàn)代社會要求的一項技能，將儀器的使用操作放手給學生，以學生的視角為中心，增強學生探索的求知欲。

教師活動2：

在初步了解儀器構造后，提出兩個問題：

問題1：小球做圓周運動的向心力由誰來提供？

問題2：結合實驗感受，猜想影響向心力大小的因素。

學生活動2：根據(jù)操作體驗完成猜想。

設計意圖2：問題1的提出能讓學生在新的情境中找到向心力的來源，鞏固對向心力概念的理解;問題2則是讓學生在實際操作后再提出猜想，這樣的猜想更有依據(jù)和方向，符合學生的認知規(guī)律。

教師活動3：

提出新的問題并引導學生進行小組討論：

問題1：實驗要采用什么科學方法。

問題2：如何設計實驗方案控制變量。

學生活動3：小組內討論設計實驗方案，交流成果。

設計意圖3：引導學生自主設計實驗方案，體現(xiàn)了嚴謹?shù)目茖W探究過程。

教師活動4：巡視指導，協(xié)助學生根據(jù)實驗方案完成數(shù)據(jù)分析，并得到結論。

學生活動4：自主實驗探究、分工合作、記錄數(shù)據(jù)、分享數(shù)據(jù)，并得出結論。

設計意圖4：通過以學生為主導的形式完成分組實驗的每一個步驟，體現(xiàn)了以學為主的教學策略;探究問題層層遞進，激發(fā)思維。

教師活動5：組織各小組交流成果，展示數(shù)據(jù)，同時引導學生分析不同小組的實驗數(shù)據(jù)，思考實驗的局限性。

學生活動5：交流思考，對不同小組的實驗結果進一步探究，思考更好的解決方式。

設計意圖5：用向心力演示器直接得到向心力的表達式，從科學性和嚴謹性上都存有一定問題，讓不同小組交流分析實驗數(shù)據(jù)，目的就是讓學生在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題并敢于質疑問題，從而自發(fā)地由定性實驗轉移到定量探究，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

教師總結：通過分組實驗發(fā)現(xiàn)向心力大小確實與質量、半徑、角速度的平方有關，并且通過實驗初步判斷為正比關系，但是要得到最終的表達式還需要進行定量探究。

任務四：定量探究圓周運動向心力的大小

教師活動1：介紹實驗器材（圖4），演示操作一組實驗，得到F-ω圖像后引導學生觀察。

學生活動1：觀察演示操作，分析F-ω圖像，并結合上個任務所學向教師提出完成F-ω2圖像的想法，最終得出正比關系。

設計意圖1：教師通過第一組演示，讓學生熟悉儀器及操作步驟，為下一步參與合作實驗提供保障;學生在初步判斷F與ω2成正比的基礎上，通過該實驗從而更有目的性地進行驗證，增強知識獲得感與成就感。

教師活動2：引導學生共同合作，完成F-r、F-m關系的定量探究。

學生活動2：在教師的協(xié)助下，完成F-r、F-m關系的定量探究，通過分析圖像得出正比關系。

設計意圖2：通過讓學生親身體驗，讓他們感受數(shù)字科技的便捷，增強求知欲，培養(yǎng)探索精神。

學生總結：在經(jīng)歷了定性和定量探究的基礎上，學生可以自主完成向心力表達式的推導，即向心力大小與質量、半徑和角速度的平方成正比，寫成表達式為F=mω2r。

任務五：學以致用，課堂小結

教師活動1：

引導學生思考上課之初的自制實驗，提出問題：如果想要提起質量更大的球，該如何做。

學生活動1：小組討論積極思考，整理思路分享交流。

設計意圖1：

和本節(jié)課導入部分形成呼應，解決上課之初的疑惑，使所學知識得到應用，提升學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

教師活動2：

引導學生自主完成課堂小結，回顧、總結本節(jié)課的收獲和感悟。

布置作業(yè)：觀看神舟11號飛船發(fā)射視頻，上網(wǎng)查找資料，了解向心力在生產(chǎn)、生活中的應用。

設計意圖2：讓學生學會反思，學會總結，并通過我國日益強大的科技力量激發(fā)學生的愛國情懷。

4 ? ?教學反思

（1）課堂導入簡單直接，源于生活。導入部分設計了一個分組小實驗，讓學生想辦法用輕球提起重球，目的是讓學生在操作和觀察的過程中，感知向心力，用直觀的現(xiàn)象建立向心力的概念。之后通過觀察圓周運動，對物體進行受力分析，從而較好地理解向心力的來源。關于向心力的概念和來源本節(jié)課沒有過多地講解，因為學生對向心力概念、來源的理解需要過程和時間，應遵從學生的認知規(guī)律，所以本節(jié)的重點放在了探究向心力大小方面。

（2）分組實驗嚴格遵循科學探究的步驟，滲透科學的探究方法。在分組實驗探究向心力環(huán)節(jié)，學生第一次見到向心力演示器，筆者沒有按照傳統(tǒng)的方法介紹儀器的使用，而是給每位學生準備了向心力演示器說明書。因為閱讀說明書掌握器材的使用是現(xiàn)代社會的基本能力，通過這個學習活動可以鍛煉學生認真閱讀、提取有用信息的能力，在勇敢嘗試的過程中獲得成功的體驗，提高學生的動手能力，提升學生的自我認同和獲得感。分組實驗嚴格按照科學探究的基本步驟來設計，始終站在學生的角度思考問題，引導學生采用控制變量法設計方案，而后小組合作分工，記錄實驗數(shù)據(jù)，完成實驗表格，并在分析數(shù)據(jù)之后得到實驗結論。整個過程學生活動設計充分，有利于提升科學探究素養(yǎng)。

（3）用DISLab傳感器進行定量實驗，拉近現(xiàn)代科技與物理課堂的距離。學生自主探究之后筆者又設計了DISLab定量探究實驗，設計這個學習過程是因為作為傳統(tǒng)實驗的向心力演示器實驗現(xiàn)象直觀，物理意義體現(xiàn)得比較充分，學生容易接受，但是它不能夠充分定量探究物理量之間的關系。DISLab實驗的優(yōu)點在于能夠準確地描述物理量之間的定量關系，體現(xiàn)了現(xiàn)代技術準確性高的特點;缺點是所有的測量工作都是由傳感器完成，過程不夠直觀，學生動手的機會少。因此，筆者認為有必要讓傳統(tǒng)實驗與DISLab有效結合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，讓學生從對物理問題的初步了解上升到更加嚴密的定量研究，從對問題的感性認識上升到理性認識，對所研究的問題有更加深入的了解。

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（欄目編輯 ? ?鄧 ? 磊）