浅析“以学生为中心 促进深度学习”的新教材教学设计
田序海 张杰慕
摘 ? 要：新教材教学设计突出“以学生为中心”的教学理念，是基于全面提高学生核心素养的课程目标而确定的。围绕学生学习过程展开学习目标、学习重点、学习难点、学习方法的教学分析，促进学习者“深度学习”，培养学生学习物理的关键能力。本案例通过自制实验让学生感受向心力，定性探究影响向心力大小的因素，最后利用DISLab传感器实验定量研究向心力的大小规律。三部分都是以任务清单的形式围绕学生学习过程展开学习活动，体现了“以学生为中心，促进深度学习”的教育理念。
关键词：学生中心;深度学习;科学探究;核心素养
中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ?文章编号：1003-6148（2020）6-0033-4
《普通高中物理课程标准（2017年版）》提出“高中物理课程通过创设学生积极参与、乐于探究、善于实验、勤于思考的学习情境，培养和发展学生的自主学习能力。”构建以学生为中心的课堂，就是在教学中把学生的学习和成长放在中心位置来考虑。课堂教学从学习目标到学习过程都以学生学习为中心来进行组织，而不是以教师为中心来进行组织。“深度学习”是指在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。“以学生为中心，促进深度学习”的教学策略有五个原则：一是学为主线，教为辅线;二是少教多学，以学为主;三是倾听学生，捕捉灵感;四是问题导向，激发思维;五是立足高远，立德树人。
1 ? ?教材分析
本節课出自鲁科版新教材高中物理必修二第三章第二节《科学探究：向心力》（以下简称向心力），这节课含有《普通高中物理课程标准（2017年版）》新加入的学生必做实验。
向心力是高中物理中理解难度和教学难度相对较大的一节课，是深刻理解圆周运动的关键，为后面解决生活中的圆周运动实例、万有引力定律与天体运动及带电粒子在磁场中的运动打下了重要的基础，起到启下的作用。该部分内容在教材中是以学生对圆周运动的日常经验和观察为基础，以实验探究为主，帮助学生建立向心力的概念，探究影响向心力大小的因素，并最终得出向心力的表达式。
新课标中一个明显的变化是“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”成为学生必做实验之一，这一变化也体现了物理教学重视学生物理学科核心素养的提升，让学生获得更多探索物理问题的机会。相应的鲁科版新教材在内容编排方面也有很大的变化。比如，教材注重学生的体验，本节教材在理解向心力概念及来源方面共出现了五个可以在教学中实施的活动，教材中用一个质量很小的物体就可以拉起篮球，为笔者这节课的导入提供了思路与方向。另外，教材对本章内容在四个维度下的核心素养提出了明确要求，教材中设置了“素养提升”一栏，为学生的学习活动和教师的教学活动应达到的素养水平提供了明确、细致的指导。
2 ? ?教学设计
（1）学习目标
根据物理学科核心素养，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面制订了本节课学生学习的目标。
①物理观念：通过活动体验和定性、定量探究，建立向心力的概念，知道向心力是效果力;知道向心力大小与哪些因素有关，理解公式的含义。
②科学思维：通过从现象共性中提炼关键本质，培养学生总结归纳的能力;能将生活实例转化为物理模型，提高建模能力。
③科学探究：通过实验，体验和感受做匀速圆周运动的物体需要向心力，会分析向心力的来源;通过对向心力大小的探究，体验利用控制变量法研究问题的过程，培养学生从实验数据中总结规律的能力。
④科学态度与责任：通过体验，突出情境创设、体会生活中的物理;通过实验，突出科学探究过程，培养学生的辩证唯物主义观点，提高科学素养;利用物理知识解决实际问题，加强学生将物理知识应用于技术、社会领域的意识。
（2）学习重点
圆周运动中向心力的来源;向心力的确定方法与表达式。
（3）学习难点
圆周运动中向心力的来源;探究影响向心力大小的因素。
（4）学习方法
实验探究方法、归纳法、实验验证法、物理建模法。
（5）实验器材
自制实验器材：感知向心力器材（重球、轻球、空心笔管、细绳等）;
分组实验器材：定性探究实验（向心力演示器）;
演示实验器材：定量探究向心力大小（带有刻度的悬臂、不同质量的砝码、力传感器、光电门、数据采集器、电脑等）。
3 ? ?学习过程
任务一：创设实验引入新课
教师活动1：展示自制仪器（图1），提出问题：如何让轻球提起重球？
学生活动1：认真观察，积极思考，小组内操作实践。
设计意图1：创设情境，提出问题，导入新课。
教师活动2：请部分小组分享、展示成果，并引导学生思考轻球运动情况对拉力大小的影响。
学生活动2：小组展示，并从物理学的角度分析实验现象。
设计意图2：初步让学生感受向心力大小与哪些因素有关。
任务二：感知向心力，探究其来源
教师活动1：展示两组实验器材（图2），引导学生通过实际操作，感受向心力的来源。
学生活动1：
学生分组动手体验两个实验：手拉小球在水平面上转动、加速、减速、匀速、最后放手;用玻璃杯带动小球转动，完成加速、减速、匀速、最终提起玻璃杯。实验后组织语言描述实验感受。
设计意图1：用身边常见的物体动手体验，丰富学生对向心力的感知，也更能启发学生思考，从而使学生意识到物理来源于生活，生活处处是物理。
教师活动2：请部分小组分享交流自己的体验感受，并分析实验中小球的受力情况。
学生活动2：交流感受，并通过分析小球的受力情况，找出向心力的来源。
设计意图2：通过动手操作感知，并结合示意图进行理论分析，更能帮助学生理解向心力的来源，认识到向心力是一种效果力。实验来源于生活的情景，让学生倍感亲切，和谐友好的课堂氛围让学生都能参与其中，产生自己的想法并敢于表达。
教師总结：向心力的定义并归纳向心力的来源。
任务三：定性研究圆周运动向心力的大小
教师活动1：展示向心力演示器（图3），让学生阅读使用说明书并实际操作向心力演示器。
学生活动1：通过阅读使用说明书了解仪器的构造，并尝试操作仪器。 ? ? ? ? ? ? ? ? ?
设计意图1：利用说明书学会使用工具是现代社会要求的一项技能，将仪器的使用操作放手给学生，以学生的视角为中心，增强学生探索的求知欲。
教师活动2：
在初步了解仪器构造后，提出两个问题：
问题1：小球做圆周运动的向心力由谁来提供？
问题2：结合实验感受，猜想影响向心力大小的因素。
学生活动2：根据操作体验完成猜想。
设计意图2：问题1的提出能让学生在新的情境中找到向心力的来源，巩固对向心力概念的理解;问题2则是让学生在实际操作后再提出猜想，这样的猜想更有依据和方向，符合学生的认知规律。
教师活动3：
提出新的问题并引导学生进行小组讨论：
问题1：实验要采用什么科学方法。
问题2：如何设计实验方案控制变量。
学生活动3：小组内讨论设计实验方案，交流成果。
设计意图3：引导学生自主设计实验方案，体现了严谨的科学探究过程。
教师活动4：巡视指导，协助学生根据实验方案完成数据分析，并得到结论。
学生活动4：自主实验探究、分工合作、记录数据、分享数据，并得出结论。
设计意图4：通过以学生为主导的形式完成分组实验的每一个步骤，体现了以学为主的教学策略;探究问题层层递进，激发思维。
教师活动5：组织各小组交流成果，展示数据，同时引导学生分析不同小组的实验数据，思考实验的局限性。
学生活动5：交流思考，对不同小组的实验结果进一步探究，思考更好的解决方式。
设计意图5：用向心力演示器直接得到向心力的表达式，从科学性和严谨性上都存有一定问题，让不同小组交流分析实验数据，目的就是让学生在真实情境中发现问题并敢于质疑问题，从而自发地由定性实验转移到定量探究，培养学生严谨的科学态度。
教师总结：通过分组实验发现向心力大小确实与质量、半径、角速度的平方有关，并且通过实验初步判断为正比关系，但是要得到最终的表达式还需要进行定量探究。
任务四：定量探究圆周运动向心力的大小
教师活动1：介绍实验器材（图4），演示操作一组实验，得到F-ω图像后引导学生观察。
学生活动1：观察演示操作，分析F-ω图像，并结合上个任务所学向教师提出完成F-ω2图像的想法，最终得出正比关系。
设计意图1：教师通过第一组演示，让学生熟悉仪器及操作步骤，为下一步参与合作实验提供保障;学生在初步判断F与ω2成正比的基础上，通过该实验从而更有目的性地进行验证，增强知识获得感与成就感。
教师活动2：引导学生共同合作，完成F-r、F-m关系的定量探究。
学生活动2：在教师的协助下，完成F-r、F-m关系的定量探究，通过分析图像得出正比关系。
设计意图2：通过让学生亲身体验，让他们感受数字科技的便捷，增强求知欲，培养探索精神。
学生总结：在经历了定性和定量探究的基础上，学生可以自主完成向心力表达式的推导，即向心力大小与质量、半径和角速度的平方成正比，写成表达式为F=mω2r。
任务五：学以致用，课堂小结
教师活动1：
引导学生思考上课之初的自制实验，提出问题：如果想要提起质量更大的球，该如何做。
学生活动1：小组讨论积极思考，整理思路分享交流。
设计意图1：
和本节课导入部分形成呼应，解决上课之初的疑惑，使所学知识得到应用，提升学生发现问题、解决问题的能力。
教师活动2：
引导学生自主完成课堂小结，回顾、总结本节课的收获和感悟。
布置作业：观看神舟11号飞船发射视频，上网查找资料，了解向心力在生产、生活中的应用。
设计意图2：让学生学会反思，学会总结，并通过我国日益强大的科技力量激发学生的爱国情怀。
4 ? ?教学反思
（1）课堂导入简单直接，源于生活。导入部分设计了一个分组小实验，让学生想办法用轻球提起重球，目的是让学生在操作和观察的过程中，感知向心力，用直观的现象建立向心力的概念。之后通过观察圆周运动，对物体进行受力分析，从而较好地理解向心力的来源。关于向心力的概念和来源本节课没有过多地讲解，因为学生对向心力概念、来源的理解需要过程和时间，应遵从学生的认知规律，所以本节的重点放在了探究向心力大小方面。
（2）分组实验严格遵循科学探究的步骤，渗透科学的探究方法。在分组实验探究向心力环节，学生第一次见到向心力演示器，笔者没有按照传统的方法介绍仪器的使用，而是给每位学生准备了向心力演示器说明书。因为阅读说明书掌握器材的使用是现代社会的基本能力，通過这个学习活动可以锻炼学生认真阅读、提取有用信息的能力，在勇敢尝试的过程中获得成功的体验，提高学生的动手能力，提升学生的自我认同和获得感。分组实验严格按照科学探究的基本步骤来设计，始终站在学生的角度思考问题，引导学生采用控制变量法设计方案，而后小组合作分工，记录实验数据，完成实验表格，并在分析数据之后得到实验结论。整个过程学生活动设计充分，有利于提升科学探究素养。
（3）用DISLab传感器进行定量实验，拉近现代科技与物理课堂的距离。学生自主探究之后笔者又设计了DISLab定量探究实验，设计这个学习过程是因为作为传统实验的向心力演示器实验现象直观，物理意义体现得比较充分，学生容易接受，但是它不能够充分定量探究物理量之间的关系。DISLab实验的优点在于能够准确地描述物理量之间的定量关系，体现了现代技术准确性高的特点;缺点是所有的测量工作都是由传感器完成，过程不够直观，学生动手的机会少。因此，笔者认为有必要让传统实验与DISLab有效结合，发挥各自的优势，让学生从对物理问题的初步了解上升到更加严密的定量研究，从对问题的感性认识上升到理性认识，对所研究的问题有更加深入的了解。
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（栏目编辑 ? ?邓 ? 磊）
