用自制教具探究圆周运动向心力的思考<br/>——培养物理核心素养

用自制教具探究圆周运动向心力的思考
——培养物理核心素养

2018-01-02楼志刚义乌市义亭中学浙江金华322005

物理通报 2018年1期

楼志刚(义乌市义亭中学浙江金华 322005)

用自制教具探究圆周运动向心力的思考
——培养物理核心素养

楼志刚
(义乌市义亭中学浙江金华 322005)

随着新课改的推进，对学生核心素养的培养是物理课堂的新目标，物理是一门以实验为基础的学科，实验教学是物理教学的重点，而传统的实验仪器已无法满足新的教学要求，再结合现阶段学生的认知特点，需要教师开发一些自制教具应用于课堂，更好地促进学生物理核心素养的培养．

自制教具圆周运动向心力

物理学是一门以自然界的事物、现象、规律为探究对象的基础学科，随着新课改的深入推进，对物理教学也提出新的要求——物理核心素养的培养.物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分．物理核心素养主要由“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”、“科学态度与责任”4个方面的要素构成．

物理教学通常是以知识为线索展开的，这就容易导致教师把教学的重点放在知识的落实上，而忽视了物理课程的育人功能．为了防止这种倾向，教师在设计和开展教学时必须以物理核心素养为导向，将物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任等要求，至始至终贯穿在教学活动之中，使物理教学过程成为学生核心素养的形成过程．

实验是教学过程中不可缺少的重要环节，也是培养学生核心素养的关键所在．而许多传统的实验教具已跟不上教学的需要，并且让学生感觉到物理与生活距离遥远，因此，在教学中除了利用现有实验资源，还要开动脑筋，灵活机动地利用生活中常用的一些简单材料，做好实验教具的自制自筹，通过自制教具在课堂上的应用可以更好地促进学生物理核心素养的培养.因此在课堂中教师可以充分利用自制教具将生活情境呈现出来，引导学生建立模型，探究规律并得出结论，促进学生物理核心素养的培养．

课堂应用案例：

在“圆周运动向心力”一节的教学中，笔者设计了一套圆周运动向心力探究系列实验教具，对于向心力中实际运用问题的讲解，课堂效果非常理想．

“向心力”一节是普通高中课程标准试验教科书《物理·必修2》第六章曲线运动的重点、难点，具有承前启后的作用．它既是本章知识的一个拐点，又是本章内容拓展的重要基础；本节课的教学目标是理解向心力的概念、公式及匀速圆周运动中供求关系，并能用来进行简单的判断计算，会分析向心力的来源；本节课的教学难点是理解向心力是一个效果力，会分析向心力的来源，理解匀速圆周运动中供求关系．

传统的教学方式是通过精选实际应用型的习题让学生分析并解决问题来突破这一难点．然而效果并不明显，因为在电子产品的冲击下，现在学生日常生活中对外部事物的观察较少，脑子中缺少相应的情境，更难建立物理模型解决问题，只能机械式地掌握解题的方法，真正的物理核心素养并没有得到培养．而本人设计的实验教具可以很好地解决这一问题，本教具将一些常见的实际情境展现在学生面前，让学生观察分析并建立物理模型，最终通过向心力的知识点解决问题．

例如习题中常见的游乐场魔盘问题，如图1所示，一般的学生都没有体验过，没有相应的情景经历，也没有探究的兴趣．

图1 魔盘

鉴于此，笔者做了一个可调速电动转盘，如图2所示.以一些不同质量、不同材料的物块分别放置在不同位置来模拟不同人员在魔盘中转动的情况，让学生观察过之后建立相应物理模型，然后进行向心力来源分析，做离心运动的原因分析？哪些因素决定谁最先滑出去？然后再通过实验分别验证学生分析的结果．

图2 自制可调速转盘

再如游乐场内还有这样一种设施：如图3所示，在一个密闭的竖直滚筒内部，人们靠着内壁站立，然后逐渐加大滚筒转速到一定程度后，通过设置机关突然将人站立的地板撤去，此时人虽然悬空但是不会掉落.

图3 滚筒模型

一般题目中直接将模型呈现给学生，学生缺少了建立物理模型的过程，而且也没有观察过该设施，甚至都不相信人不会掉下去，解决问题的兴趣不大．所以教师在课堂上需要将该物理情景境呈现给学生.笔者在如上所述的转盘上再设置一个透明塑料桶(图4)，用转动起来会发光的自行车风火轮来代替人，便于观察．为模拟转动过程中突然撤去的地板，本人在滚筒外壁设置一磁铁，在滚筒静止时将自行车风火轮吸在内壁上，当转速足够大时磁铁由于离心运动会脱离滚筒，这时可以等效于地板突然消失，可以发现，风火轮依然靠着内壁没有滑下．学生观察了该现象后就有了解决问题的兴趣，教师可以让学生先建立模型，然后再分析向心力来源，进一步还可以分析多大的转速人才不会下滑．