基于瑪扎諾教學理論的高中物理課堂教學的創新設計
——以高三復習課《圓周運動》為例

(北京市第八十中學，北京 100102)

合理高效的教學設計首先是要設置合理而精準的教學目標，新課程理念要求教學目標從知識與技能、過程與方法、情感態度和價值觀三個維度進行設計，讓教師對課堂教學需要達到的效果有明確的說明.但在實際教學中,很多教學目標不是很清晰,如粗略地說“應用牛頓定律分析問題”，而并未指出達到這一目標的途徑,更未指出如何評估學生是否達到這一目標的方法.

美國瑪扎諾博士研究團隊通過對課堂教學的跟蹤、調查和研究，提出了教學目標的四水平理論，他認為教學目標要分層級設計，將學生的學習分為知識提取、理解、分析、應用四個層次，從而形成了操作性極強的教學目標四水平理論.若能在新課程三維目標的基礎上加入瑪扎諾博士的四水平理論，使之形成三維度四水平的新型的教學目標體系，將使知識與技能、過程與方法、情感態度和價值觀這三個維度的教學目標更加具體化，指向性更明確，更易于操作，且能最大限度地提高學生的學習效率.以下依據三維度四水平的教學目標，進行設計并實施一節高中復習課教學,課題名稱為《圓周運動》.

1 知識維度教學目標

本文以知識維度的四水平為例，說明如下.

1.1 知識提取水平

(1)通過觀察、實驗，說出描述圓周運動的物理量；

(2)通過游戲體驗向心力和向心加速度.

1.2 知識理解水平

(1)通過討論，說明圓周運動各物理量間的關系；

(2)討論、對比說明向心力和向心加速度的意義；

(3)通過小組討論，培養合作精神和團隊意識.

1.3 知識分析水平

(1)運用圓周運動各物理量間的關系，進行各物理量的分析；

(2)根據對例題的分析，說明實際生活中圓周運動所需向心力的來源；

(3)通過錯題的辨析，深層次理解解決圓周運動問題的步驟和要求.

1.4 知識應用水平

(1)總結圓周運動的解決問題的步驟和要求；

(2)學會在生活中應用牛頓定理解決圓周運動問題；

(3)將所學知識應用到解決實際問題.

2 創設情境，引發興趣

教師手中拿著一瓶打開蓋的礦泉水，提問：哪位同學可以使礦泉水瓶口朝下，在經過頭頂上方時，水不會撒到頭上？

學生在笑聲中開始安靜，進而思考問題.

學有生思考后說出：用手拿著瓶子，使瓶子在豎直面內轉動水就不會撒到頭上.

教師：誰來試一試？

回答問題的學生親自來嘗試，進一步引發學習興趣.

3 積極探索，加深理解

引導學生分析實驗成功與失敗的原因，學生悟到：關鍵是水杯通過頭頂時的速度要足夠大.

教師引出課題：剛才演示的實驗是圓周運動的例子，那么，今天我們就來復習圓周運動的相關內容.我們學過哪些描述圓周運動快慢的物理量？它們的作用是什么？它們之間有什么聯系？

教學中通過小組討論，培養學生的團隊合作精神，發揮學生的集體智慧.通過補充、總結，加深學生對知識的深層理解.最后教師再進行歸納、提升.

3.1 概念辨析：

教師：以下對線速度和角速度的概念進行比較，如圖1所示，A、B、C為三個輪子邊緣上的三個點，試比較A、B、C三個點哪個點轉的快？

圖1

學生：線速度是描述運動快慢，角速度是描述轉動快慢的，因此問題應先明確是判斷運動快慢，還是轉動快慢的，否則無從比較.

教師：分析圓周運動時，除了用上述物理量還需要別的物理量嗎？

學生：還需要有向心加速度和向心力.

教師：用細線拴住一小球，使小球在光滑水平面上繞某點做勻速圓周運動，在這一過程中，什么力提供了小球做圓周運動的向心力？該力的作用效果是什么？(通過具體模型分析，深化對向心力的理解.)

學生：向心力使物體的運動方向改變.

教師：如果在保持半徑不變的情況下使小球做勻速圓周運動的速度增加，則會引起哪些物理量的變化？(引導學生應用牛頓定律分析問題，剖析知識本質.)

學生：向心加速度.

教師：解決圓周運動的問題，關鍵在于分析向心力及向心加速度，可運用牛頓定律及等進行分析.

4 規律探尋

分四個學習小組，每個小組分析一個圖.先組間討論，再匯報結論.

教師：試分析以下圖中小球及物塊做圓周運動時所需向心力是什么力提供的？畫出受力分析并列出方程.

圖2 物塊A隨圓盤一起繞中心軸O1O2做勻速圓周運動

圖3 小球做圓錐擺運動

圖4 汽車運動到拱橋的最高點

圖5 豎直面內用細線固定的小球運動到圓軌道最低點A

第一組：對于圖2情形，合外力為A所受靜摩擦力，它提供了向心力.

教師：為什么靜摩擦力不是與運動趨勢方向相反沿切線方向，而是指向圓心呢？

學生：靜摩擦力的方向是與相對運動趨勢方向相反.

第二組：對于圖3情形，繩子小球對拉力的水平分力提供向心力，也可以說是重力和拉力的合力提供向心力.

第三組：對于圖4情形，汽車所受重力和支持力的合力提供向心力.

第四組：對于圖5情形，小球所受重力和拉力的合力提供向心力.

教師：請總結一下，如何尋找向心力？

學生：找圓心，通過受力分析，再找合外力.(分析有漏洞，留下懸念.)

教師：是不是做了受力分析，找到了圓心和向心力，圓周運動的問題就解決了呢？我們來分析火車轉彎問題.為了減少火車在水平面轉彎時火車輪緣與軌道間的擠壓，一般轉彎處軌道設計為外軌高于內軌(如圖6)，且火車拐彎時有限速要求，已知轉彎處圓弧半徑為R，內外軌構成的斜面傾角為θ，請問：對火車拐彎時的速度有何要求？

圖6

圖7

教師：請問他的解答是否正確？說出你的觀點.

學生：上述解答不正確.受力分析正確，但火車做圓周運動所在的面沒有判斷正確，火車應是在水平面內做圓周運動的，而按上述解答，火車是在斜面上做圓周運動的.

教師：非常好，通過此問題我們發現，只是進行受力分析，有的問題不能判斷正確，解決圓周運動除了受力分析外，還要注意什么呢？

學生：還要找準圓平面和圓心.

5 總結提升 學以致用

引導學生總結出圓周運動的分析步驟：

(1)確定研究對象；

(2)確定受力體運動的圓平面，找圓心、半徑.

(3)受力分析，建立正交坐標系(沿徑向和切向)，找向心力；

(4)列出方程.

圖8

例：如圖8所示，一長為l的輕質細線一端固定于O點，另一端固定一小球，使小球在豎直面內做圓周運動，試分析要使小球能運動到最高點A，那么小球在A點的速度要滿足什么條件？

進一步提問：若已知小球在A點的臨界速度，能否根據A點速度判斷B點速度呢？

通過此環節，讓學生學習從不同角度思考問題，提升其分析問題的能力和運用所學知識解決實際問題的能力.

6 模型拓展

在上題中，考慮到學生知道了小球在最高點及最低點的特點，在實際應用中有可能死記硬背在最高點速度小，最低點速度大，而不能靈活應用.故為加深學生對圓周運動的“最高點”和“最低點”的理解，提出下面的拓展練習，同時也為后面的復合場做好鋪墊.

圖9、圖10中有一端固定于O點，另一端固定一帶電小球的輕質絕緣細線，使小球在豎直面內做圓周運動，電場方向如圖所示.試分析：(1)帶電小球運動到最高點和最低點的速度大小關系.(2)在最低點處小球的速度是否是最大的？若不是，小球速度最大的位置在哪里？

圖9

圖10

7 反思與總結

本課堂教學設計注重從學生的認知特點出發，根據學生的邏輯思維能力從低到高逐漸深入進行設計，使學生在學習過程中的思維能力得到了最大化的訓練.另一亮點就是根據瑪扎諾的教學理論設置的三維度四水平的教學目標，使教學任務更明確，整堂課開展得更順暢，有水到渠成的感覺，且在課末對學生的學習效果進行評價測試，課后的拓展練習則為教學開了一個窗口，為學生后續學習做了有意義的鋪墊.如何讓不同層次的學生都能得到最大的收獲，實現真正的分層次教學？這是筆者思考的問題和今后努力的方向.

參考文獻：

[1]羅伯特·J.瑪扎諾，黛布拉·J.皮克林，塔米·赫夫爾鮑爾.學習目標、形成性評估與高效課堂[M].北京:中國書籍出版社，2012.

[2]羅伯特·J.瑪扎諾.教學的藝術與科學[M].福州:福建教育出版社，2014.