巧用自行车 玩转圆周运动

邵韬

摘    要：人教版高中物理必修二第六章第一节“圆周运动”是一堂生活气息浓厚的物理课，教师选择自行车为情境载体，围绕“如何描述圆周运动快慢”精心设计问题，引领学生经历一个有意义、有体验、有深度的探究过程，帮助学生构建圆周运动的运动观，潜移默化地培养学生的物理学科核心素养。

关键词：自行车；圆周运动；情境化教学；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）5-0048-4

《普通高中物理课程标准（2017年版）》中建议：在教学设计和教学实施过程中应重视情境的创设，并通过问题解决促进物理学科核心素养的达成［１］。高中物理是一门生活气息浓厚的自然学科，学生在具体的情境中分析、解决问题，物理概念和物理规律更容易在学生心中落地生根，因此基于情境化教学的实践研究对物理学科核心素养的培育有重要意义。

情境源于生活，又高于生活，经过适当的加工处理和问题引导，能更好地促进教学目标的达成。在人教版高中物理必修二第六章第一节“圆周运动”中，自行车无疑是最具代表性的情境载体。本文将阐述如何围绕自行车精心创设情境，巧妙设计问题，玩转圆周运动。

1    情境化教学的实施方案

1.1    激发矛盾，发现缺少比较圆周运动快慢的标准

如表1所示，学生对圆周运动有较多的生活体验，但也存在“自行车前进时车轮运动是圆周运动”的误解，通过对标记点滚轮线轨迹的观察，矫正学生错误的前概念，提出倒置自行车来研究圆周运动的办法。接下来，学生自由讨论“大齿轮、小齿轮和后轮上的点哪个运动得快”，不同观点的冲突意味着快慢判断标准的缺失，学生发现速度对圆周运动快慢描述的局限性的同时，渴望寻找到新的物理量。

这个教学环节，教师不断设计冲突，激发学生的求知欲望。

1.2    探究真知，寻找描述圆周运动快慢的物理量

如表2所示，在线速度的引入中，轮盘放绳的实验再现了化曲为直的物理方法，直观浅显，学生能独立说出线速度的定义。学生经历了“不能用速度概念比较圆周运动快慢”，到“可以用线速度比較圆周运动快慢”，最后发展为“线速度就是速度”的认知过程，统一了直线运动、曲线运动、圆周运动中速度的概念，运动观得以升华。

在角速度的引入中，学生先通过“数圈数”的方法判断轮盘旋转多圈时的转动快慢，并回忆起“周期”和“转速”两个概念来描述转动快慢。随后，学生观察轮盘不足单圈的旋转，聚焦点被迫由“数圈数”转移到“看圆心角”，从而理解了引入角速度的必要性。

这个教学环节不断唤起学生原有的认知，让其徘徊于“会”与“不会”的边缘，在认知冲突和思维碰撞中曲折前行，最终寻找到线速度和角速度两个描述圆周运动快慢的物理量，并理解二者是描述圆周运动快慢的不同角度，关于“大齿轮、小齿轮和后轮上的点哪个运动得快”的问题得以合理解释，前后呼应，印象深刻。

1.3    学以致用，用线速度和角速度的关系探究自行车的前进速度

如表3所示，学生理论推导“线速度和角速度的联系”，进一步发现了二者间的联系，圆周运动的运动观更具系统性。

课堂最后，学生分组探究“自行车匀速行驶时的速度”，综合应用“线速度和角速度的定义”“同轴传动和链条传动”“线速度、角速度、周期、转速、半径间的关系”等物理观念和物理规律，解释生活问题，培养学生理论结合实际的科学态度和勇于探究的科学精神。

这个教学环节，学生对圆周运动快慢的描述方法和手段进行全方位的巩固应用，达成观念水平的进阶。

2    情境化教学的经验和启示

本堂课选择自行车为情境载体，以“如何描述圆周运动快慢”为主要线索，将培育“圆周运动的运动观”作为首要素养目标，并充分结合学生的已有知识和生活经历，针对圆周运动的运动特点展开全面的探究学习。这种“以情境引问题，以问题导探究，以探究促真知，以结论解问题”的情境化教学方式，充分体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的教学理念，带给学生沉浸式的学习体验，有效促进了学生物理学科核心素养的发展。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］中华人民共和国教育部.关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见［EB/OL］.［2014-04-08］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/jcj_kcjcgh/201404/t20140408_167226.html.

［3］李春密.核心素养导向的高中物理教学设计［M］.北京：北京师范大学出版社，2019.

［4］浙江省教育厅教研室.指向学科核心素养的普通高中课堂教学设计案例丛书［M］.杭州：浙江教育出版社，2019.

［5］杨亚芳.基于物理核心素养提升的教学设计——以“生活中的圆周运动”为例［J］.物理教学，2016，38（5）：11-15.

［6］王秀英，万欣欣，李春密.基于项目式学习的教学设计——以“圆周运动”教学为例［J］.物理教学，2022，44（3）：2-5，8.

［7］刘建浩.基于情境认知与学习理论的教学设计——圆周运动［J］.物理教师，2019，40（7）：31-33.

（栏目编辑    刘   荣）