余志權(quán)

(北京市順義區(qū)第一中學(xué) 北京 101300)

2020年的春節(jié)“新冠肺炎”打亂了中國人的生活節(jié)奏，也打破了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，將普通的一線教師推到前臺直播.如何上好直播課,如何上好物理直播課,擺在了一線物理教師面前.“云端課堂”是疫情期間筆者采取的線上授課方式.“云端課堂”是一款教育類APP應(yīng)用.教師可以使用“云端課堂”的各種客戶端或者APP發(fā)起直播課，學(xué)生可以很方便地在客戶端、APP或網(wǎng)頁端觀看直播.云端課堂提供了更加完善的在線教育輔助，例如點(diǎn)名功能、教學(xué)白板功能、小測驗、云端錄制功能等，可有效提升在線教學(xué)的質(zhì)量.

因物理是一門實(shí)驗學(xué)科，在高中物理教學(xué)中，實(shí)驗教學(xué)占據(jù)十分重要的地位，實(shí)驗也是培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力的重要途徑.基于此，云端物理課堂必須要給學(xué)生呈現(xiàn)多彩的物理實(shí)驗，且設(shè)法讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗.

物理實(shí)驗對于深化理論知識、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)具有十分重要的價值.目前疫情阻止了師生在教室里見證實(shí)驗，但學(xué)生學(xué)習(xí)物理不能因此而缺失實(shí)驗，我們在“云端課堂”同樣能夠呈現(xiàn)實(shí)驗的精彩.

本文以人教版必修2第六章第2節(jié)“向心力”為例，在云端演繹物理實(shí)驗，教學(xué)效果很好，現(xiàn)與大家分享.

1 感受向心力

在課前給學(xué)生布置如下作業(yè)：為了使你更好地認(rèn)識圓周運(yùn)動，請把下面的實(shí)驗做一做，需要一段非彈性細(xì)輕繩、小物體(如金屬螺母等等)，操作時注意安全，寫出感受.

實(shí)驗操作1：如圖1所示，在繩子的一端拴一物體，使其在水平面內(nèi)近似做勻速圓周運(yùn)動.按照下面的步驟體驗.

圖1 感受圓周運(yùn)動實(shí)驗操作1

(1)牽繩的手有什么感覺？

(2)當(dāng)使小物體加快速度，有什么感覺？

(3)換一個質(zhì)量較大的物體，有什么感覺？

(4)如果松手，將會發(fā)生什么現(xiàn)象？

學(xué)生提交的實(shí)驗感受如圖2～圖5所示.圖2是任同學(xué)實(shí)驗過程的圖片；圖3是張同學(xué)實(shí)驗視頻截圖，他在視頻中解說有科學(xué)性錯誤，即細(xì)線水平，留到后續(xù)實(shí)踐練習(xí)中解釋；圖4是李同學(xué)的實(shí)驗感受，李同學(xué)整體上感受到向心力與質(zhì)量、線速度等有關(guān)，在實(shí)驗結(jié)論的規(guī)范性、科學(xué)性方面還需要加強(qiáng)；圖5是王同學(xué)的實(shí)驗感受，王同學(xué)很聽話，每一步的感受都很清楚.總結(jié)學(xué)生們的感受如下：

(a) (b)

圖3 張同學(xué)實(shí)驗視頻截圖

圖4 李同學(xué)實(shí)驗感受

圖5 王同學(xué)實(shí)驗感受

(1)感覺到被物體拉著，即手通過繩子拉著物體.

(2)當(dāng)使物體加快速度轉(zhuǎn)動時，被拉的感覺增大，即手需要更大的力拉物體.

(3)當(dāng)換一個質(zhì)量大的物體，在轉(zhuǎn)動快慢與質(zhì)量小的物體大致相同時，需要手拉的力大.

(4)當(dāng)松手后，物體好像沿切線飛出去了.

2 課前檢測

以上體驗性實(shí)驗，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，“點(diǎn)燃了”學(xué)生自主探究的欲望，學(xué)生內(nèi)化了物理知識，滲透了物理方法，提升了學(xué)生的物理素養(yǎng).課前檢測結(jié)果一目了然:認(rèn)真完成實(shí)驗的學(xué)生對向心力的認(rèn)識很深刻，實(shí)驗敷衍的學(xué)生課前檢測就要差一些.

【檢測1】一個小球在細(xì)線的牽引下，繞光滑桌面上某固定點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動，下列說法正確的是( )

A.小球的線速度不變

B.小球的加速度為零

C.小球的角速度不變

D.小球受到平衡力

E.某時刻細(xì)繩突然斷開，小球仍沿著原軌跡做勻速圓周運(yùn)動

【檢測2】如圖6所示，在光滑的水平桌面上，一個物體做勻速圓周運(yùn)動，此時細(xì)繩拉力的大小為F，下列說法正確的是( )

圖6 檢測2題圖

A.其他條件不變，若角速度變?yōu)?倍，則繩子拉力大小變?yōu)?F

B.其他條件不變，若角速度變?yōu)?倍，則繩子拉力大小變?yōu)?F

C.其他條件不變，若角速度變?yōu)?倍，則繩子拉力大小仍為F

D.其他條件不變，若轉(zhuǎn)動半徑變?yōu)?倍，則繩子拉力大小變?yōu)?F

學(xué)生答題情況及分析：表1是通過云端課堂測試獲得學(xué)生的預(yù)習(xí)及課前實(shí)驗的效果，通過第1題可以看出學(xué)生對勻速圓周運(yùn)動的特點(diǎn)理解得很好；第2題對勻速圓周運(yùn)動向心力的大小與哪些因素有關(guān)，且與每個物理量的關(guān)系，學(xué)生無法準(zhǔn)確獲得，所以本節(jié)課的重難點(diǎn)定位到：探究向心力的大小與哪些因素有關(guān).

表1 學(xué)生答題情況

3 向心力公式的半定量實(shí)驗

所謂半定量實(shí)驗是指介于定量實(shí)驗與定性實(shí)驗之間，不能夠得出具體的函數(shù)關(guān)系，但能夠得出因變量與自變量之間的粗略關(guān)系，以及因變量都與哪些因素有關(guān)，且經(jīng)歷用控制變量法的科學(xué)探究過程.

為了使學(xué)生通過視頻觀看定量實(shí)驗時效果更好，將自主小實(shí)驗進(jìn)一步細(xì)化，讓學(xué)生養(yǎng)成利用身邊的小物體進(jìn)行有效的科學(xué)探究的習(xí)慣，提升學(xué)生的科學(xué)意識.具體如下.

實(shí)驗操作2：如圖7所示，繩子的一端拴一物體，繩上40 cm的地方打一個繩結(jié)A，80 cm的地方打另一個繩結(jié)B.請個助手看時間.

圖7 實(shí)驗操作2示意圖

操作1：手握繩結(jié)A，使物體在水平方向做勻速圓周運(yùn)動，每秒運(yùn)動1周.體會此時繩子拉力的大小.

操作2：改為手握繩結(jié)B，仍使物體在水平方向上每秒運(yùn)動1周，體會此時繩子拉力的大小.

操作3：又改為手握繩結(jié)A，但使物體在水平方向上每秒運(yùn)動2周，體會此時繩子拉力大小.

其實(shí)這個實(shí)驗學(xué)生認(rèn)真操作也很難得到較準(zhǔn)確的結(jié)論，原因有：實(shí)驗者要使物體做勻速圓周運(yùn)動，需要一個助手，且兩人配合使物體1 s運(yùn)動1周或2周，可見難度之大.但是這些操作對啟迪學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生自主探究欲望，培養(yǎng)學(xué)生自主探究意識，強(qiáng)化學(xué)生自主探究能力都有很好的作用.

半定量實(shí)驗?zāi)康囊?目的二在第五部分)：讓學(xué)生用控制變量法體驗一下實(shí)驗過程，再去觀看實(shí)驗實(shí)錄，學(xué)生就知道該看什么，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維，形成正確的科學(xué)探究意識.

4 觀看實(shí)驗實(shí)錄

通過云端課堂播放“探究向心力的大小與哪些因素有關(guān)”的視頻.這個過程雖然沒有在課堂親自給學(xué)生演示實(shí)驗(圖8)效果好，但是在目前也是一種最好的選擇.觀看視頻加上課前的實(shí)驗體驗，學(xué)生總體的受益也很好.

圖8 影響向心力大小實(shí)驗裝置

從視頻中獲得的數(shù)據(jù)如表2～表4所示.

表2 實(shí)驗一：m和ω不變

表3 實(shí)驗二：m和r不變

表4 實(shí)驗三：r和ω不變

學(xué)生在云端看實(shí)驗一人一機(jī)，觀看的效果視覺更好，且將視頻文件提前發(fā)送到學(xué)生微信群，學(xué)生因人而異不限量地自由觀看.最后師生在云端討論歸納得出實(shí)驗結(jié)論：Fn=mω2r.

這樣的安排符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，符合物理科學(xué)特點(diǎn)，達(dá)到較好的教學(xué)效果.

5 實(shí)踐練習(xí)

【例1】一個圓盤在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，角速度是4 rad/s.盤面上距圓盤中心0.10 m的位置有一個質(zhì)量為0.10 kg的小物體能夠隨圓盤一起運(yùn)動，如圖9所示，求小物體做勻速圓周運(yùn)動時所受向心力的大小( )

圖9 例1題圖

A.0.04 N B.0.16 N

C.0.08 N D.0.32 N

解析：由向心力公式

Fn=mω2r

代入數(shù)據(jù)得

Fn=0.16 N

此題的目的是讓學(xué)生熟悉計算向心力的公式.

【例2】看看你有無此“特異功能”.

你若用質(zhì)量為20 g的橡皮做實(shí)驗，如圖10所示，手握繩結(jié)A使橡皮做勻速圓周運(yùn)動的周期為1 s，轉(zhuǎn)動半徑40 cm，求向心力的大??？

圖10 例2題圖

解析：由向心力公式得

代入數(shù)據(jù)得

Fn≈0.32 N

半定量實(shí)驗?zāi)康亩航o課后練習(xí)提供真實(shí)的場景，通過課后練習(xí)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生反思在動態(tài)過程中，實(shí)驗者通過手感知約2枚雞蛋重力大小的力變化，可見確實(shí)有難度，科學(xué)實(shí)驗需要一份細(xì)致.

把真實(shí)的場景應(yīng)用到課堂教學(xué)中，比生搬一個想象中的場景給學(xué)生感覺要好.課堂上利用編造出的場景難免會給學(xué)生枯燥、乏味的感覺.當(dāng)然也很難激發(fā)學(xué)生進(jìn)入到物理情境中.若將物理實(shí)驗與一定的生活情境融為一體，借助學(xué)生親身體驗過的物理情境，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生探究的欲望，進(jìn)而促使學(xué)生積極主動地自主學(xué)習(xí).

【例3】播放張同學(xué)感受向心力的小視頻，從科學(xué)性的角度“挑刺”.

在張同學(xué)的視頻中有一句解說：細(xì)線水平了，如圖11所示，那么細(xì)線能否水平？最后給學(xué)生呈現(xiàn)出正確的圖12.

圖11 感受圓周運(yùn)動張同學(xué)的解說圖示

圖12 正確的圖示

解析：若細(xì)線水平，物體受到豎直向下的重力、水平方向的拉力，則合力一定斜向下.而物體大體上在一定水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，需要的向心力一定是水平方向的，這對矛盾如何解決，課下進(jìn)一步操作實(shí)驗，進(jìn)行感受，觀察細(xì)繩是否能水平.此題使學(xué)生加深理解了向心力是合力，并進(jìn)一步將課堂延伸到課外.培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑意識、解疑的能力等物理素養(yǎng).

在最新的高中物理課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中，明確提出：高中物理教學(xué)中，必須要加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并積極倡導(dǎo)教學(xué)模式的多樣化，促使學(xué)生在積極參與、樂于探究、勇于實(shí)驗、勤于思考的過程中，逐漸實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng).本教學(xué)案例結(jié)合當(dāng)前的教學(xué)形式選擇了一種恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式.借助云端課堂平臺，將云的兩端進(jìn)行了巧妙的結(jié)合.學(xué)生端自主小實(shí)驗體驗充分，探究有味.教師端銜接有方，提升有略.共同促成學(xué)生在“向心力”一課很好的生成.

本節(jié)課值得推廣的地方有：

(1)小實(shí)驗要前移，移到學(xué)生端，指導(dǎo)其課前完成實(shí)驗體驗或探究，指導(dǎo)的方案要求詳細(xì)明了，實(shí)驗的取材要較為廣闊，實(shí)驗的結(jié)論學(xué)生能夠體驗到或?qū)嶒灥姆椒ㄐ枰獙W(xué)生經(jīng)歷.

(2)要將云平臺的互動性充分發(fā)揮，給學(xué)生一種新鮮感，盡可能地減小學(xué)生的視覺疲勞，增強(qiáng)課堂的交互性.如課堂測驗、答題器、計時器、邀請學(xué)生視頻回答問題等功能合理地利用起來.

6 結(jié)束語

綜上所述，鑒于高中物理的學(xué)科特點(diǎn)，物理實(shí)驗教學(xué)是物理課堂教學(xué)中的重要組成部分，同時也是提升學(xué)生自主探究能力的重要途經(jīng).而當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)授課剝奪了學(xué)生親眼見證實(shí)驗的機(jī)會.但教師必須要充分認(rèn)識到物理實(shí)驗教學(xué)的重要性，設(shè)法讓學(xué)生利用身邊的物品經(jīng)歷物理情境，探究物理規(guī)律.并在教學(xué)中以當(dāng)前生活圖片為切入點(diǎn)、以興趣為出發(fā)點(diǎn)、以學(xué)生為主體、以教學(xué)情境為載體、以問題為導(dǎo)向開展物理實(shí)驗，充分借助物理實(shí)驗，激發(fā)學(xué)生的自主探究欲望，并完成學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng).