诊断学情 调整策略 提升学科核心素养

官汉聪

摘   要：结合学生在“向心力与向心加速度”学习中的评价反馈，反思学生的学习特征与教师的教学行为。通过对教材的优化、教学策略的调整等途径开展教学，培养学生科学思维的同时，促进其学科核心素养的提升。

关键词：向心力;向心加速度;调整策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2019）5-0019-3

经历高中起始阶段的物理学习后，学生对运动和相互作用等概念规律有了初步认识，也掌握了控制变量、等效替代等科学研究方法及部分物理模型的建构，并能用所学知识解决问题。对学生知识水平评价反馈时，我们发现，在学生对知识认识表面化、依赖机械记忆等主观原因和教材设计不合理、教师教学模式固化等客观因素的共同影响下，学生物理知识的理解和物理观念的形成受到了不同程度的阻碍[1]。

1    案例呈现，诊断学情

案例1  如图1所示，圆形光滑绝缘细管固定在竖直平面内，细管截面半径远小于半径R，圆心处固定一电荷量为+Q的点电荷。一质量为m、电荷量为+q的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动，当小球运动到最高点时恰好对细管无作用力。已知重力加速度为g，求小球运动到最低点时对管壁的作用力。

本题的测评结果显示，许多学生根据对“静摩擦力”及“静摩擦力方向始终指向圆心”等的认识，得出此过程做功为零的错误结论。当中暴露的问题：其一，认为物块与转台无相对滑动，则位移为零，故摩擦力不做功;其二，物块在随转台转动的过程中，静摩擦力始终指向圆心，垂直无功。

上述两个案例学生错误的原因，都指向了在学习圆周运动时，学生对“向心力与向心加速度”概念理解上的缺失，对向心力在圆周运动中的作用、摩擦力始终指向圆心的前提没有理解到位。学生在分析问题时过多地依赖记忆和感性的体验，物理观念并未正确形成。进一步剖析形成这一问题的原因，与教师新课教学时对该知识点处理方法欠妥有关。

2    调整策略，優化方法

2.1    不同版本教材对“向心力与向心加速度”处理方法及比较

2.1.1  不同教材的处理方法

国内现行五个版本（人教版、沪科版、鲁科版、粤教版、教科版）物理教材除了沪科版外，其余四个版本都首先从感性的实例或演示实验入手，通过体验来感受向心力的存在，这种引入课题的方式符合高一学生的认知水平。

鲁科版、粤教版、教科版等教材（以下简称方案1）先介绍向心力而后过渡到向心加速度，回避了人教版在“做一做”栏目中用矢量推导向心加速度这个难点。通过实例给出向心力的概念，再通过探究性实验归纳出向心力的公式，之后直接应用牛顿第二定律得出向心加速度的表达式。人教版、沪科版等教材（以下简称方案2）先得出匀速圆周运动的加速度指向圆心，而后从加速度与合力的关系得出向心力的概念及表达式。

此外，五种不同版本的教材对“匀速圆周运动的条件”这一知识点的介绍均只是简略带过。事实上，从案例2可以发现，如果对这一知识点理解不好，就容易导致学生对匀速圆周运动与非匀速圆周运动的特点认识不清、条件混淆。

2.1.2    两种处理方法的比较（如表1）

2.2    因材施教，调整策略，突破难点

学生学习了牛顿第二定律后，“合外力是产生加速度的原因”“加速度反映速度变化快慢”等物理观念已经形成。在学习瞬时速度时，学生对极限的思想有了初步认识。高一上期数学在向量方面的学习，对学生理解矢量合成的法则起了很大的促进作用。上述已有知识，为学生在教师引导下对向心加速度的表达式进行理论推导提供了可能。

2.2.1    实验演示与理论探究相结合，优化“向心力与向心加速度”教学

活动1  实验演示，观察现象

如图3，轻绳拴着小球在光滑水平面内做匀速圆周运动，从受力角度引导学生认识到小球在做匀速圆周运动时，受到一个指向圆心的力。

这个力是必须的吗？它产生了什么效果？（演示实验的目的是让学生看到现象，不求本质，不生硬地灌输向心力。）

2.2.2    建构模型，完善知识，培养学生科学思维

通过前面的学习，我们知道做圆周运动的物体一定要受到一个始终指向圆心的等效力作用，即向心力。物体有向心力或向心加速度就一定做匀速圆周运动吗？

如图6，小球在细线悬挂下做圆周运动。现研究从A到O过程，结合力的合成与分解思想，设计如下问题：

向心力的来源是什么？（T与mgcosθ的合力）

小球的速率如何变化？（增大）

速率增大，说明什么？（有加速度，有合力）

此合力的来源是什么？（重力沿切向的分力，即mgsinθ）

如何使圆周运动的速率不变，即做匀速圆周运动？（无切向分力，即合外力始终指向圆心）

匀速圆周运动的特点及条件是什么？（合外力等于向心力）

通过以上问题串的设计，使学生对匀速圆周运动与变速圆周运动有了清晰的认识。

人教版本节教材在“实验”栏目中设计了“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”这一实验，由于该实验对器材和场所的要求不高，可以将此实验安排在学生课后自主探究，并在课堂上进行反馈。通过此实验，学生可以巩固本节所学知识，并进一步了解向心力不是一个特殊的力，它可以是某一个力或某几个力的合力甚至是某个力的分力。学生在学以致用的同时，又乐在其中。

通过对教材优化及策略调整，学生明确了圆周运动需要向心力，知道匀速圆周运动的条件及向心加速度的大小和方向，能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。对圆周运动的本质属性、内在规律有了较为清晰的认识。既培养了科学思维，又提高了物理学科核心素养。

3    结束语

物理观念教学需要关注每个学生的文化背景、生活经验、认知水平和认知方式，教师要从学生的“已有水平”出发，将已有的知识和经验作为新知识的生长点和建立物理观念的起点，采用最合适的教学方法引导和帮助学生建立物理观念、构建物理观念体系[4]。教师在教学实践中应不断发现、思考问题，结合自己的教学经验从理论与实践相结合的视角研究、调整教学的策略，促进学生物理学科核心素养的提升和学习能力的提高。

参考文献：

[1]沈正杰.关注评价反馈  提升核心素养[J].中学物理教学参考，2018，47（7）：22-25.

[2]叶兵.“向心力、向心加速度”的教材分析和教学设计[J]. 中学物理教学参考，2001，30（3）：11-13.

[3]赵凯华，罗蔚茵.新概念物理教程力学（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004：27-28.

[4]罗莹.物理核心素养研究：物理知识与物理观念[J].物理教师，2018，39（6）：2-6.（栏目编辑    刘   荣）