巧用“小情景”變式，活化“大單元”復習實踐初探

譚亞秀

【摘要】從“小情景”變式，創設進階式問題鏈;用話語策略，顯化科學思維;將碎片化的知識糅合，生成結構化知識體系;用“大單元”設計復習課促進核心素養的發展。

【關鍵詞】大單元;進階式問題鏈;變式

在復習“豎直面內的圓周運動”這個內容時，習慣分成下圖的5種情景、3個物理模型，結合平拋運動、機械能守恒定恒去分步開展教學。

小情景多、知識多，容易停留在碎片化知識層面，學生難以形成結構化知識體系，對學生核心素養的發展和關鍵能力的培養不利。下面以“豎直面內圓周運動”的復習為例，從單一情景出發，創設進階式問題鏈;用話語策略，顯化科學思維;將碎片化的知識糅合，生成結構化知識體系;用“大單元”設計復習課促進核心素養的發展和關鍵能力的培養。

一、理論支撐

1.“大單元”設計復習，應該以大概念為落腳點

物理大概念最高層應該是物質、運動和相互作用、功和能三大概念。從這三大概念出發，可以建立物質觀、運動和相互作用觀和能量觀。本單元從豎直面的圓周運動出發，過渡到平拋運動，回歸到曲線運動的概念、牛頓運動定律在曲線運動中的應用以及機械能守恒定律，建立運動和相互作用觀及能量觀。

2.對情景變式，有利于模型建構，發展科學思維

模型建構是科學思維內容的一部分，高中物理的理想模型有兩種：一是研究對象、裝置或條件理想模型，如，質點和勻強電場等;二是運動過程的理想模型，如，自由落體運動和平拋運動等。教學中，學生對理想模型的認識是隨著理想對象和理想過程不斷呈現而逐步加深的。運用物理知識解決實際問題能力的高低，往往取決于學生將情境與知識聯系的水平。本文從單一“小情景”出發，通過變式使情景的條件、裝置等發生改變，產生相互聯系但又各有區別的“小情景”，讓學生在模型建構中，抓住關鍵點。

二、情景變式思路示意圖

三、對情景設置進階式問題鏈展開教學實踐

情景：炎炎夏日，汽車輪胎在高溫環境下使用，爆胎事故時有發生，如圖所示，若汽車在炎熱的夏天沿起伏不平的路面保持速率不變的行駛，其中最容易發生爆胎的點是哪個？

問題1：汽車做什么運動？能不能處理成我們所學過的運動模型？如何處理？

問題2：b和d可以處理成凹形橋模型，設質量為m的汽車以速度v通過半徑為R的凹形橋。它經橋的最低點時對橋的壓力為多大？比汽車的重量大還是小？速度增大壓力如何變？

問題3：a和c可以處理成凸形橋模型，將問題2變為凸型橋，重新分析。速度過大會如何？（脫離地面，平拋運動）。

問題4：車能不能在拱形底這樣運動？生活中有沒有類似情景（過山車）。能安全通過最高點對速度有什么要求？

問題5：結合問題3和問題4，設計一個汽車在最高點無論速度大小如何變化都不會脫軌道的模型。請說出你的理由。

問題6：尋找生活中情景中的問題4和問題5模型。（問題4：水流星、繩拉物;問題5：管道模型和桿物模型）

到此，豎直面內的圓周運動3種模型已建立，綜合情景如下：

原始情景：如圖所示，光滑圓管形軌道AB部分平直，BC部分是處于豎直平面內半徑為R的半圓，圓管截面半徑r<<R，有一質量為m，半徑比r略小的光滑小球以水平初速度v0射入圓管。

（1）若要小球剛好能從C端出來，則小球的初速度v0多大？

（2）若小球從C端出來的瞬間對管壁無壓力，則小球的初速度v0多大？

（3）小球過C點時，對軌道的壓力大小為0.5mg時，小球的初速度v0多大？

變式1：保留AB水平，改動題干由“管道”變為“單邊圓軌道”， 如圖所示，光滑圓形軌道AB部分平直，BC部分是處于豎直平面內半徑為R的半圓，半徑r<<R、質量為m的光滑小球以水平初速度v0射入軌道。若要小球剛好能從C端出來，則小球的初速度v0多大？

變式2：若AB部分為傾角為37°軌道，且認為與BC部分光滑連接，（1）小球要從何處靜止釋放，才能從C端出來？（2）要使小球過C點時對離心軌道的壓力不超過7mg，則小球要從何處靜止釋放？（3）若h=2R，小車能否通過最高點？若不能，則在什么位置分離？

目的：小幅度、小階梯變式，在感受成功喜悅的同時，與原題及變式1產生對比和沖擊。經過原情景、變式1和變式2，學生把豎直面內的圓周運動模型及臨界問題重新系統梳理了一遍，并運用能量觀點解決問題。

變式3：在變式2題干的基礎上，加入平拋的問題。若AB部分為傾角為37°軌道，小球剛好能從C點出來，問小球第一次打上AB的速度大小？

分析如圖：x=vct，

求出t，便可以求出打在AB上的速度大小。

目的：加入平拋內容，使運動類型更加完整，利于內化生成運動與相互作用的大概念。從復習的角度來說，將各章之間融匯，有利于建立良好的知識網絡。

總而言之，從“小情景”出發，通過進階式問題鏈創設出新的情景，在相似又相異的情景中學會分析問題和解決問題，并構建物理模型發展科學思維。在“大單元”設計復習，將圓周運動和曲線運動結合起來，用牛頓運動知識和能量知識解決，生成結構化知識體系，形成大概念。

參考文獻：

[1]廖伯琴.普通高中課程標準（2017年版2020年修訂）教師指導物理[M].上海教育出版社，2021.

[2]張玉峰.以大概念、大思路、大情境和大問題統領物理單元教學設計[J].中學物理，2020（3）：2-7.