摘 要：以核心概念為中心的單元教學(xué)設(shè)計是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。學(xué)生在理解核心概念、應(yīng)用核心概念解決問題的過程中，能夠形成正確的物理觀念、良好的科學(xué)思維，從而提升自身的核心素養(yǎng)。文章以“圓周運(yùn)動”教學(xué)為例，從提煉單元核心概念、強(qiáng)化基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)、豐富真實情境應(yīng)用三個方面入手建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，以期促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：核心概念；知識網(wǎng)絡(luò)；核心素養(yǎng)；圓周運(yùn)動

在物理課程中，教材的編寫、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、課堂活動的組織、探究實驗的設(shè)計、配套習(xí)題的選取、學(xué)習(xí)情況的評價等都是圍繞物理核心概念展開的。物理教材基于物理學(xué)科大概念來編寫，而分解開的一個個章節(jié)則是基于章節(jié)的核心概念?；诤诵母拍畹膯卧R網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)過程體現(xiàn)了物理教學(xué)的常規(guī)思路，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。單元知識網(wǎng)絡(luò)應(yīng)包含學(xué)生學(xué)習(xí)的全部內(nèi)容，并且經(jīng)歷一個不斷完善、不斷深化的建構(gòu)過程。^［1］本文以“圓周運(yùn)動”教學(xué)為例探討基于單元核心概念建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)的方法。

1 提煉單元核心概念 理順邏輯關(guān)系

成體系知識學(xué)習(xí)的一般過程包括基本概念的學(xué)習(xí)、核心概念的學(xué)習(xí)以及核心概念的應(yīng)用。提煉核心概念是建構(gòu)單元知識網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。核心概念的提取要求教師研究《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）、研讀教材、聯(lián)系相關(guān)知識在生產(chǎn)生活中的實際應(yīng)用等，做到心中有數(shù)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中圍繞核心概念進(jìn)行知識網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu)。

“圓周運(yùn)動”一章的學(xué)習(xí)是學(xué)生對運(yùn)動與相互作用的理解逐步深入的過程?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》中主要能力要求是“能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動的向心力?！?sup>［2^］

教材編寫的主要結(jié)構(gòu)是“圓周運(yùn)動的描述→圓周運(yùn)動的受力分析→圓周運(yùn)動在實際生活中的應(yīng)用?！睆乃仞B(yǎng)目標(biāo)、《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求、教材編寫、生活中的實際應(yīng)用以及常見的考題等來看，應(yīng)確立“指向圓心的合外力提供向心力”作為本單元的核心概念。圍繞核心概念確定教學(xué)思路，理順知識間的邏輯關(guān)系，為引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)良好知識網(wǎng)絡(luò)做好充足準(zhǔn)備。具體的邏輯關(guān)系如圖1所示。

2 強(qiáng)化基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí) 構(gòu)建知識體系

單一知識的零散學(xué)習(xí)和獲取并不具備發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的功能，只有在一定的知識體系環(huán)境下，才能對事物有一定深度的認(rèn)識，單元知識體系的建構(gòu)是培育學(xué)生核心素養(yǎng)的最低要求。強(qiáng)化基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，建構(gòu)良好的單元知識體系，可以讓教師

知道要教什么，做到“胸有成竹”；讓學(xué)生知道要學(xué)什么，做到“清晰明了”?！皥A周運(yùn)動”一章的基礎(chǔ)知識有六個重要物理量，兩類常見轉(zhuǎn)動，一個核心概念，三種重要模型。

2.1 六個重要物理量

解釋物理現(xiàn)象需要一套完整的概念體系，概念體系的學(xué)習(xí)是建構(gòu)物理知識體系的基礎(chǔ)，需要基于學(xué)生已有的概念體系及建構(gòu)概念的方法，合理地應(yīng)用理論推導(dǎo)及探究實驗等手段習(xí)得概念的內(nèi)涵。在這個過程中，我們需要明確界定每個概念的物理意義、數(shù)學(xué)表達(dá)式、標(biāo)矢性、相互關(guān)系等。描述勻速圓周運(yùn)動的六個重要物理量分別為線速度、角速度、周期、頻率、向心加速度、向心力^［3］，具體內(nèi)容如表1所示。

2.2 兩類常見轉(zhuǎn)動

轉(zhuǎn)動問題是學(xué)生在學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動時能夠解決的主要問題之一，通過解決轉(zhuǎn)動問題使學(xué)生深入理解描述圓周運(yùn)動的物理量間的關(guān)系。轉(zhuǎn)動的主要類型可分為同軸轉(zhuǎn)動和傳動轉(zhuǎn)動，同軸轉(zhuǎn)動各個點(diǎn)角速度相等，傳動轉(zhuǎn)動外邊緣各個點(diǎn)線速度大小相等。具體的特征如表2所示。

2.3 一個核心概念

圓周運(yùn)動的核心問題是圍繞著向心力的來源展開討論的，核心概念是“指向圓心的合外力提供圓周運(yùn)動的向心力”。實質(zhì)是對力和運(yùn)動關(guān)系的再討論，是牛頓運(yùn)動定律的深入應(yīng)用。主要討論的問題是“供需關(guān)系”，即提供的力與需要的向心力相對應(yīng)，才能讓物體持續(xù)做圓周運(yùn)動。對勻速圓周運(yùn)動而言，合外力提供向心力。

若提供的合外力大于需要的向心力（F合gt;Fn），物體做近心運(yùn)動；

若提供的合外力等于需要的向心力（F合＝Fn），物體做圓周運(yùn)動；若提供的合外力小于需要的向心力（F合lt;Fn），物體做離心運(yùn)動；若提供的合外力為零（F合＝0），則物體沿切線方向做勻速直線運(yùn)動。運(yùn)動情況如圖2所示。

2.4 三種重要模型

中學(xué)階段能夠解釋的圓周運(yùn)動問題多數(shù)是對上述核心概念的應(yīng)用，而在眾多應(yīng)用中有三種模型是學(xué)生必須掌握的，分別為“mgtanθ”模型、圓盤模型、豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動模型。

2.4.1 模型一：“mgtanθ”模型

“mgtanθ”模型是指物體僅在重力和一個彈力的作用下沿水平方向運(yùn)動，合力為mgtanθ，此時物體的加速度為gtanθ，其中θ為彈力和重力的夾角，如圖3（a）所示。由于彈力在豎直方向的分力始終等于重力，如圖3（b）所示，故彈力的大小為mgcosθ，且始終不變。若物體在水平方向再受一個力F其他，彈力F不變，物體受到的合外力為F其他和mgtanθ的矢量和?！癿gtanθ”模型主要應(yīng)用于圓錐擺、轉(zhuǎn)彎問題、飛車走壁等問題。

2.4.2 模型二：圓盤模型

圓盤模型是指物塊置于轉(zhuǎn)動的水平圓盤上，重力和支持力平衡，圍繞著靜摩擦力及其他力的合力提供向心力的相關(guān)模型問題。主要涉及的問題是尋找物體發(fā)生側(cè)滑的臨界條件，具體討論如表3所示。

臨界條件F為零時，汽車沿切線飛出F最大時，汽車的速度達(dá)到最大值最高點(diǎn)：mg＝mv²mRv₁gt;0，物體可持續(xù)做圓周運(yùn)動

v₁＝gR，F(xiàn)₁＝0

v₁lt;gR，F(xiàn)₁為支持力

v₁gt;gR，F(xiàn)₁為拉力

2.4.3 模型三：豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動模型

豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動模型主要是指有重力參與的非勻變速圓周運(yùn)動，特別是圍繞核心思想對物體在最高或最低點(diǎn)所受彈力討論的模型問題。主要討論的模型可分為拱形橋模型、輕繩模型、輕桿模型。具體討論如表4所示。

3 豐富真實情境應(yīng)用 提升核心素養(yǎng)

由于物理課程的難度，學(xué)生很難在單一情境中形成正確的認(rèn)識，只有在豐富的情境中才能深刻地體會物理概念及規(guī)律，從而有效地提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。教學(xué)中應(yīng)以理解和應(yīng)用核心概念及基本知識體系為目的，創(chuàng)設(shè)豐富的真實情境，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決不同情境中的問題，從而發(fā)展思維、增長智慧，逐步建構(gòu)完善的知識網(wǎng)絡(luò)。

例如“mgtanθ”模型在生產(chǎn)生活中有大量的應(yīng)用（見表5），教學(xué)中不能只盯著課本上介紹的火車轉(zhuǎn)彎問題，應(yīng)適當(dāng)?shù)丶尤腼w機(jī)轉(zhuǎn)彎、飛車走壁、圓錐擺等真實生活情境中的應(yīng)用，更好地實現(xiàn)知識的遷移應(yīng)用。

4 結(jié)語

核心概念是學(xué)生必須掌握的內(nèi)容，只有將核心概念置于單元知識體系中才對發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)具有意義。教學(xué)的全過程應(yīng)該緊緊地圍繞以核心概念為中心的知識體系展開，所有的教學(xué)行為都應(yīng)為使學(xué)生建構(gòu)完善的知識網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。通過提煉核心概念使學(xué)生理順知識間的邏輯關(guān)系，通過強(qiáng)化基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)使學(xué)生構(gòu)建良好的知識體系，通過豐富的真實情境應(yīng)用使學(xué)生充分地理解知識，建構(gòu)適于自己的知識網(wǎng)絡(luò)，可有效推動學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］劉杭州，宋書婷，郭曉雪，等.建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展核心素養(yǎng)——以“電磁感應(yīng)”教學(xué)為例［J］.物理教學(xué)，2022，44（10）：5-8，4．

［2］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：15．

［3］王棟.描述圓周運(yùn)動的物理量和物理規(guī)律解讀［J］.中學(xué)生數(shù)理化（高一使用），2022（2）：33-34．