落實深度教學 提升核心素養
——以“生活中的圓周運動”為例

戎 杰 梁 旭

(1. 浙江省慈溪中學，浙江 寧波 315300； 2. 浙江省教育廳教研室，浙江 杭州 310012)

深度教學，是指在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義學習過程.在這個過程中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質和思想方法，形成積極的內在學習動機，高級的社會情感，科學的態度和價值觀，成為既具有獨立性、批判性，又擁有創造性、合作性的優秀學習者.深度教學的根本目的，是促進學生科學思維水平的發展.深度教學有如下特征.

(1) 學科角度.體現和反映物理學科本質的教學.

(2) 知識角度.超越知識表層結構而進入深層結構的教學，表層結構揭示的是知識的表層意義，即知識本身的描述性、解釋性意義.它反映了物理世界的基本情境和概念.深層結構是蘊含在知識中的思維方式和價值取向，它揭示了知識的深層意義.

(3) 教師角度.對教材鉆得深、研得透，不僅僅是教學內容的深度和難度，更是學生學習活動的深度和高度.

(4) 學生角度.深度思維，注重引導學生深入知識的背后，獲取知識背后豐富的思維價值，形成“物理觀念”，培養“科學思維”，學會“科學探究”，養成“科學態度與責任”.

1 觀察現象，提出問題

生活是物理課堂的源泉，也是物理教學的根基和落腳點.物理知識往往在生活現象中生成和顯現.很多學生在學習新課之前，對許多物理現象已經有了一定的感受和體驗，這些體驗往往來源于生活經驗.教師在課堂教學中要充分利用學生這一前概念，把課堂教學和生活實際密切聯系起來，充分挖掘聯系生活的素材，豐富教學內容，優化教學過程.通過提問題、看圖片(視頻)、做實驗等方式引入課題，不僅可以使枯燥乏味的知識產生豐富的附著點和切實的生長點，也可以增加學習活動的生動性和趣味性.這是活化物理教學，提高知識建構的有效途徑，能使學生對知識的理解由生活經驗上升到科學認知.

教學環節：課題引入，播放“學生跑彎道”航拍視頻(如圖1)，引導學生結合自身經歷談體會.播放采訪視頻，聆聽跑彎道的學生談感受.播放“汽車轉彎”航拍視頻(如圖2)，提問學生把“學生跑彎道”和“汽車轉彎”抽象為什么運動？

圖1 學生跑彎道

圖2 汽車轉彎

2 模型建構，理論分析

生活中的圓周運動通常是復雜的實際問題，為把抽象的物理概念形象化，把復雜的物理問題簡單化，同時激發學生的想象力、創造力和理解力.教學過程中通常把實際問題進行理論構想，簡化、抽象為理想化的物理模型.

教學環節：筆者引導學生把“跑彎道”和“汽車轉彎”問題抽象為“圓周運動”模型.以“汽車轉彎”問題為例，逐步引導學生思考： ① 什么力提供汽車做圓周運動的向心力？② 所需的向心力和速度、半徑有什么關系？使學生理解圓周運動是“供需”平衡關系.進一步提問并引導學生理解：汽車在轉彎時速度太大會發生側滑(如圖3).讓學生自行討論，歸納降低彎道側翻風險的方案，簡略分析各方案的優缺點，展示實際生活中公路轉彎處“外高內低”的圖片(如圖4).

圖3 大貨車轉彎處側滑翻車

圖4 公路轉彎處“外高內低”

物理教學要致力于培養學生解釋物理現象，分析物理問題的能力.在這一教學環節中，牢牢抓住問題是學生思維的引擎，關鍵是問題的質量和深度，核心是學生的思維.給學生一定的時間討論、交流、進行頭腦風暴，讓學生形成自己的看法、見解，提出相應觀點，同時也對他人的觀點形成思考、產生質疑.采用“問題教學法”激發學生的批判性思維是深度教學的突出表現.

教學環節：以圖4中汽車轉彎為例，創設理想化情境.質量為m的汽車在外高內低的結冰坡面上轉彎，坡面傾角為θ，轉彎半徑為r.若安全轉彎時剛好沒有側向運動，則轉彎速度v應是多少？引導學生按照表1進行合作討論.

表1

筆者引導學生把實際問題抽象成熟悉的斜面與滑塊的理想化模型(如圖5).沿著解決圓周運動問題的基本思路： ① 受力分析，② 確定圓心位置和半徑大小，③ 明確什么力提供向心力，所需要的向心力是多少，④ 列平衡方程求解.教學難點在于圓心位置的確定(O還是O′).利用小車在斜面上做圓周運動的自制教具(如圖6)，用呼啦圈對齊小車運動軌跡，可幫助學生確定圓心位置O.

圖5

圖6 汽車斜面上圓周運動

在這一教學環節中，采用自制教具進行輔助教學，有助于學生親自觀察、親身體會，有助于調動學生課堂的參與度，激活學生形象思維，從而突破難點，強化理解.

圖7 火車車輪、軌道模型

教學環節：在研究火車轉彎時，展示火車輪子和火車軌道模型(如圖7).注重學生觀察和體驗，引導學生仔細觀察輪緣結構，動手讓車輪在彎軌道上自由滑行，觀察發現輪緣和外軌道有擠壓.按照汽車轉彎的研究思路，討論“力和運動”關系，“供需平衡”關系.筆者演示火車轉彎脫軌實驗：玩具火車從傾斜軌道下滑，運動到最低處的水平軌道時火車發生脫軌.邀請學生上講臺嘗試用木塊墊高外軌，重復同樣實驗，發現火車不再脫軌(見圖8).請學生課后查閱相關資料，了解火車軌道間距大小、高度差、圓弧半徑大小等國際標準.

圖8 火車轉彎自制教具

通過展示火車輪子和軌道模型，讓學生對火車輪緣結構加深印象.鼓勵學生動手摸一摸輪緣部分加深體驗.學生上講臺墊高外軌的教學活動，用教學情景刺激學生的身體感知，調動學生多方位的感受，用口動、手動、身動的具身結合來激發學生的學習興趣，提高學習質量，加深感性認知.提升學生在課堂中的主體地位，收獲實驗成功的喜悅，加深物理規律的理解.課后查閱資料的學習任務，旨在開闊學生的國際視野，強化規則意識.

3 定性推理，定量探究

定性和定量是物理教學中常用的兩種方法.定性是用物理知識定性地解釋物理現象，描述物理規律的過程.定量是在定性分析的基礎上，將物理模型清晰化，用適當的數學方法求出精確解的過程.定性側重于問題的整體把握和理解，定量則更利于抓住問題的本質.

教學環節：展示錢塘江大橋(平橋)、西湖拱橋(凸橋)、景區鐵索橋(凹橋)圖片.說明本課研究汽車過凹橋最低點、凸橋最高點時的受力情況.演示水球模擬汽車過凹凸橋的實驗(如圖9)，通過攝錄視頻、按幀截取圖片的方法，引導學生觀察水球在不同位置的形變，從而得到定性結論：水球在凹橋最低點處受到的支持力更大.引導學生進行理論分析(如表2).

圖9 水球模擬汽車過凹凸橋實驗

表2

教學環節：先測得小球的重力為0.69 N.演示凹凸橋實驗(如圖10)，利用力傳感器測出小球對凹橋最低點和凸橋最高點的壓力F.測出小球通過凹橋最低點和凸橋最高點時光電傳感器的擋光時間t，可求出小球速度v，最后得出壓力與速度的關系：過凹橋最低點時，小球速度越大，對橋壓力越大；過凸橋最高點時，小球速度越大，對橋壓力越小(如表3).

圖10 凹凸橋實驗裝置

表3

許多物理知識間存在緊密的聯系，為使學生更容易理解和掌握知識的來龍去脈，物理教學要有全局觀念，當前知識的教學要有利于學生學習后續知識，合理設置“接口”.汽車脫離地面成為人造衛星的教學環節，為后面“萬有引力”章節的學習做鋪墊，打基礎.

教學環節：邀請學生上講臺表演“水流星”魔術，展示另一類豎直面內的圓周運動.引導學生觀察水杯圓周運動到最高點時，杯中的水并不會流出來.拋出問題留給學生課后思考.

4 總結規律，提煉觀念

(1) 把復雜問題抽象為物理模型；

(2) 受力分析，明確向心力來源，即“什么力提供向心力”；

(3) 運用牛頓第二定律分析圓周運動基本規律：找圓心、定半徑，明確所需向心力與速度半徑的關系；

(4) 列“供需平衡”表達式.

教學過程中，用物理特有的精神和文化去提升學生的核心素養，用物理特有的魅力和美感去激發學生的學習動力，這是物理課堂教學應有的深度.