巧用“小情景”变式，活化“大单元”复习实践初探

谭亚秀

【摘要】从“小情景”变式，创设进阶式问题链;用话语策略，显化科学思维;将碎片化的知识糅合，生成结构化知识体系;用“大单元”设计复习课促进核心素养的发展。

【关键词】大单元;进阶式问题链;变式

在复习“竖直面内的圆周运动”这个内容时，习惯分成下图的5种情景、3个物理模型，结合平抛运动、机械能守恒定恒去分步开展教学。

小情景多、知识多，容易停留在碎片化知识层面，学生难以形成结构化知识体系，对学生核心素养的发展和关键能力的培养不利。下面以“竖直面内圆周运动”的复习为例，从单一情景出发，创设进阶式问题链;用话语策略，显化科学思维;将碎片化的知识糅合，生成结构化知识体系;用“大单元”设计复习课促进核心素养的发展和关键能力的培养。

一、理论支撑

1.“大单元”设计复习，应该以大概念为落脚点

物理大概念最高层应该是物质、运动和相互作用、功和能三大概念。从这三大概念出发，可以建立物质观、运动和相互作用观和能量观。本单元从竖直面的圆周运动出发，过渡到平抛运动，回归到曲线运动的概念、牛頓运动定律在曲线运动中的应用以及机械能守恒定律，建立运动和相互作用观及能量观。

2.对情景变式，有利于模型建构，发展科学思维

模型建构是科学思维内容的一部分，高中物理的理想模型有两种：一是研究对象、装置或条件理想模型，如，质点和匀强电场等;二是运动过程的理想模型，如，自由落体运动和平抛运动等。教学中，学生对理想模型的认识是随着理想对象和理想过程不断呈现而逐步加深的。运用物理知识解决实际问题能力的高低，往往取决于学生将情境与知识联系的水平。本文从单一“小情景”出发，通过变式使情景的条件、装置等发生改变，产生相互联系但又各有区别的“小情景”，让学生在模型建构中，抓住关键点。

二、情景变式思路示意图

三、对情景设置进阶式问题链展开教学实践

情景：炎炎夏日，汽车轮胎在高温环境下使用，爆胎事故时有发生，如图所示，若汽车在炎热的夏天沿起伏不平的路面保持速率不变的行驶，其中最容易发生爆胎的点是哪个？

问题1：汽车做什么运动？能不能处理成我们所学过的运动模型？如何处理？

问题2：b和d可以处理成凹形桥模型，设质量为m的汽车以速度v通过半径为R的凹形桥。它经桥的最低点时对桥的压力为多大？比汽车的重量大还是小？速度增大压力如何变？

问题3：a和c可以处理成凸形桥模型，将问题2变为凸型桥，重新分析。速度过大会如何？（脱离地面，平抛运动）。

问题4：车能不能在拱形底这样运动？生活中有没有类似情景（过山车）。能安全通过最高点对速度有什么要求？

问题5：结合问题3和问题4，设计一个汽车在最高点无论速度大小如何变化都不会脱轨道的模型。请说出你的理由。

问题6：寻找生活中情景中的问题4和问题5模型。（问题4：水流星、绳拉物;问题5：管道模型和杆物模型）

到此，竖直面内的圆周运动3种模型已建立，综合情景如下：

原始情景：如图所示，光滑圆管形轨道AB部分平直，BC部分是处于竖直平面内半径为R的半圆，圆管截面半径r<<R，有一质量为m，半径比r略小的光滑小球以水平初速度v0射入圆管。

（1）若要小球刚好能从C端出来，则小球的初速度v0多大？

（2）若小球从C端出来的瞬间对管壁无压力，则小球的初速度v0多大？

（3）小球过C点时，对轨道的压力大小为0.5mg时，小球的初速度v0多大？

变式1：保留AB水平，改动题干由“管道”变为“单边圆轨道”， 如图所示，光滑圆形轨道AB部分平直，BC部分是处于竖直平面内半径为R的半圆，半径r<<R、质量为m的光滑小球以水平初速度v0射入轨道。若要小球刚好能从C端出来，则小球的初速度v0多大？

变式2：若AB部分为倾角为37°轨道，且认为与BC部分光滑连接，（1）小球要从何处静止释放，才能从C端出来？（2）要使小球过C点时对离心轨道的压力不超过7mg，则小球要从何处静止释放？（3）若h=2R，小车能否通过最高点？若不能，则在什么位置分离？

目的：小幅度、小阶梯变式，在感受成功喜悦的同时，与原题及变式1产生对比和冲击。经过原情景、变式1和变式2，学生把竖直面内的圆周运动模型及临界问题重新系统梳理了一遍，并运用能量观点解决问题。

变式3：在变式2题干的基础上，加入平抛的问题。若AB部分为倾角为37°轨道，小球刚好能从C点出来，问小球第一次打上AB的速度大小？

分析如图：x=vct，

求出t，便可以求出打在AB上的速度大小。

目的：加入平抛内容，使运动类型更加完整，利于内化生成运动与相互作用的大概念。从复习的角度来说，将各章之间融汇，有利于建立良好的知识网络。

总而言之，从“小情景”出发，通过进阶式问题链创设出新的情景，在相似又相异的情景中学会分析问题和解决问题，并构建物理模型发展科学思维。在“大单元”设计复习，将圆周运动和曲线运动结合起来，用牛顿运动知识和能量知识解决，生成结构化知识体系，形成大概念。

参考文献：

[1]廖伯琴.普通高中课程标准（2017年版2020年修订）教师指导物理[M].上海教育出版社，2021.

[2]张玉峰.以大概念、大思路、大情境和大问题统领物理单元教学设计[J].中学物理，2020（3）：2-7.