官漢聰

摘 ? 要：結合學生在“向心力與向心加速度”學習中的評價反饋，反思學生的學習特征與教師的教學行為。通過對教材的優(yōu)化、教學策略的調(diào)整等途徑開展教學，培養(yǎng)學生科學思維的同時，促進其學科核心素養(yǎng)的提升。

關鍵詞：向心力;向心加速度;調(diào)整策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2019）5-0019-3

經(jīng)歷高中起始階段的物理學習后，學生對運動和相互作用等概念規(guī)律有了初步認識，也掌握了控制變量、等效替代等科學研究方法及部分物理模型的建構，并能用所學知識解決問題。對學生知識水平評價反饋時，我們發(fā)現(xiàn)，在學生對知識認識表面化、依賴機械記憶等主觀原因和教材設計不合理、教師教學模式固化等客觀因素的共同影響下，學生物理知識的理解和物理觀念的形成受到了不同程度的阻礙[1]。

1 ? ?案例呈現(xiàn)，診斷學情

案例1 ?如圖1所示，圓形光滑絕緣細管固定在豎直平面內(nèi)，細管截面半徑遠小于半徑R，圓心處固定一電荷量為+Q的點電荷。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電小球在圓形絕緣細管中做圓周運動，當小球運動到最高點時恰好對細管無作用力。已知重力加速度為g，求小球運動到最低點時對管壁的作用力。

本題的測評結果顯示，許多學生根據(jù)對“靜摩擦力”及“靜摩擦力方向始終指向圓心”等的認識，得出此過程做功為零的錯誤結論。當中暴露的問題：其一，認為物塊與轉(zhuǎn)臺無相對滑動，則位移為零，故摩擦力不做功;其二，物塊在隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的過程中，靜摩擦力始終指向圓心，垂直無功。

上述兩個案例學生錯誤的原因，都指向了在學習圓周運動時，學生對“向心力與向心加速度”概念理解上的缺失，對向心力在圓周運動中的作用、摩擦力始終指向圓心的前提沒有理解到位。學生在分析問題時過多地依賴記憶和感性的體驗，物理觀念并未正確形成。進一步剖析形成這一問題的原因，與教師新課教學時對該知識點處理方法欠妥有關。

2 ? ?調(diào)整策略，優(yōu)化方法

2.1 ? ?不同版本教材對“向心力與向心加速度”處理方法及比較

2.1.1 ?不同教材的處理方法

國內(nèi)現(xiàn)行五個版本（人教版、滬科版、魯科版、粵教版、教科版）物理教材除了滬科版外，其余四個版本都首先從感性的實例或演示實驗入手，通過體驗來感受向心力的存在，這種引入課題的方式符合高一學生的認知水平。

魯科版、粵教版、教科版等教材（以下簡稱方案1）先介紹向心力而后過渡到向心加速度，回避了人教版在“做一做”欄目中用矢量推導向心加速度這個難點。通過實例給出向心力的概念，再通過探究性實驗歸納出向心力的公式，之后直接應用牛頓第二定律得出向心加速度的表達式。人教版、滬科版等教材（以下簡稱方案2）先得出勻速圓周運動的加速度指向圓心，而后從加速度與合力的關系得出向心力的概念及表達式。

此外，五種不同版本的教材對“勻速圓周運動的條件”這一知識點的介紹均只是簡略帶過。事實上，從案例2可以發(fā)現(xiàn)，如果對這一知識點理解不好，就容易導致學生對勻速圓周運動與非勻速圓周運動的特點認識不清、條件混淆。

2.1.2 ? ?兩種處理方法的比較（如表1）

2.2 ? ?因材施教，調(diào)整策略，突破難點

學生學習了牛頓第二定律后，“合外力是產(chǎn)生加速度的原因”“加速度反映速度變化快慢”等物理觀念已經(jīng)形成。在學習瞬時速度時，學生對極限的思想有了初步認識。高一上期數(shù)學在向量方面的學習，對學生理解矢量合成的法則起了很大的促進作用。上述已有知識，為學生在教師引導下對向心加速度的表達式進行理論推導提供了可能。

2.2.1 ? ?實驗演示與理論探究相結合，優(yōu)化“向心力與向心加速度”教學

活動1 ?實驗演示，觀察現(xiàn)象

如圖3，輕繩拴著小球在光滑水平面內(nèi)做勻速圓周運動，從受力角度引導學生認識到小球在做勻速圓周運動時，受到一個指向圓心的力。

這個力是必須的嗎？它產(chǎn)生了什么效果？（演示實驗的目的是讓學生看到現(xiàn)象，不求本質(zhì)，不生硬地灌輸向心力。）

2.2.2 ? ?建構模型，完善知識，培養(yǎng)學生科學思維

通過前面的學習，我們知道做圓周運動的物體一定要受到一個始終指向圓心的等效力作用，即向心力。物體有向心力或向心加速度就一定做勻速圓周運動嗎？

如圖6，小球在細線懸掛下做圓周運動?，F(xiàn)研究從A到O過程，結合力的合成與分解思想，設計如下問題：

向心力的來源是什么？（T與mgcosθ的合力）

小球的速率如何變化？（增大）

速率增大，說明什么？（有加速度，有合力）

此合力的來源是什么？（重力沿切向的分力，即mgsinθ）

如何使圓周運動的速率不變，即做勻速圓周運動？（無切向分力，即合外力始終指向圓心）

勻速圓周運動的特點及條件是什么？（合外力等于向心力）

通過以上問題串的設計，使學生對勻速圓周運動與變速圓周運動有了清晰的認識。

人教版本節(jié)教材在“實驗”欄目中設計了“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”這一實驗，由于該實驗對器材和場所的要求不高，可以將此實驗安排在學生課后自主探究，并在課堂上進行反饋。通過此實驗，學生可以鞏固本節(jié)所學知識，并進一步了解向心力不是一個特殊的力，它可以是某一個力或某幾個力的合力甚至是某個力的分力。學生在學以致用的同時，又樂在其中。

通過對教材優(yōu)化及策略調(diào)整，學生明確了圓周運動需要向心力，知道勻速圓周運動的條件及向心加速度的大小和方向，能用牛頓第二定律分析勻速圓周運動的向心力。對圓周運動的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律有了較為清晰的認識。既培養(yǎng)了科學思維，又提高了物理學科核心素養(yǎng)。

3 ? ?結束語

物理觀念教學需要關注每個學生的文化背景、生活經(jīng)驗、認知水平和認知方式，教師要從學生的“已有水平”出發(fā)，將已有的知識和經(jīng)驗作為新知識的生長點和建立物理觀念的起點，采用最合適的教學方法引導和幫助學生建立物理觀念、構建物理觀念體系[4]。教師在教學實踐中應不斷發(fā)現(xiàn)、思考問題，結合自己的教學經(jīng)驗從理論與實踐相結合的視角研究、調(diào)整教學的策略，促進學生物理學科核心素養(yǎng)的提升和學習能力的提高。

參考文獻：

[1]沈正杰.關注評價反饋 ?提升核心素養(yǎng)[J].中學物理教學參考，2018，47（7）：22-25.

[2]葉兵.“向心力、向心加速度”的教材分析和教學設計[J]. 中學物理教學參考，2001，30（3）：11-13.

[3]趙凱華，羅蔚茵.新概念物理教程力學（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004：27-28.

[4]羅瑩.物理核心素養(yǎng)研究：物理知識與物理觀念[J].物理教師，2018，39（6）：2-6.（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）