麗芬

(江蘇省梅村高級(jí)中學(xué),江蘇 無(wú)錫 214112)

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，也是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分。物理核心素養(yǎng)主要包括：物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，這四者是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的。下面以“平拋運(yùn)動(dòng)”為例談?wù)劵谔嵘锢砗诵乃仞B(yǎng)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 基于物理核心素養(yǎng)的設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)關(guān)注提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的要求，注重物理學(xué)核心概念的建立，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程。為了讓學(xué)生充分體會(huì)物理學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的方法和樂(lè)趣，將課堂教學(xué)設(shè)計(jì)大致分為以下幾個(gè)主要環(huán)節(jié)，教學(xué)流程如圖1所示。

圖1

1.1 活動(dòng)導(dǎo)入，建構(gòu)模型

新課引入環(huán)節(jié)以比賽投籃的活動(dòng)展開(kāi)，其目的一是激發(fā)學(xué)生的興趣，將學(xué)生迅速帶入課堂；二是這個(gè)活動(dòng)貼近生活，能讓學(xué)生從身邊熟悉的生活現(xiàn)象中去探究并認(rèn)識(shí)物理規(guī)律，同時(shí)將學(xué)生了解到的物理知識(shí)及科學(xué)研究方法與社會(huì)實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生體會(huì)到物理在生活、生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。在活動(dòng)中，通過(guò)投擲石球和紙飛機(jī)的對(duì)比，提出拋體運(yùn)動(dòng)的概念，指出平拋運(yùn)動(dòng)是一種理想模型。

1.2 化曲為直，分析驗(yàn)證

此環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)目的：其一，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”的方法分析、處理平拋運(yùn)動(dòng)，利用牛頓第二定律進(jìn)行理論推理得出兩個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng)，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力；第二，在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用實(shí)驗(yàn)展開(kāi)科學(xué)論證，驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)在水平和豎直方向的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，這可以幫助學(xué)生發(fā)展探究能力，提高推理能力、批判思維能力和交流能力。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以通過(guò)“聽(tīng)”和“看”兩個(gè)小球是否同時(shí)落入框中，來(lái)推理得出結(jié)論，為了能讓結(jié)論的得出更為嚴(yán)密，在水平和豎直兩次驗(yàn)證中均用擋板在半途任意位置攔截小球，兩小球能同時(shí)撞擊擋板則更能說(shuō)明它們?cè)谠摲较蛏暇哂邢嗤倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律。最后，讓分別做平拋、勻速直線和自由落體的三個(gè)小球同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)落入框中，以產(chǎn)生視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上的震撼效果，使學(xué)生對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)印象深刻。

1.3 現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，總結(jié)規(guī)律

此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)打破常規(guī)例題的講解模式，將學(xué)生對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的得出和應(yīng)用融入活動(dòng)中，一來(lái)起到前后呼應(yīng)的效果，二來(lái)在問(wèn)題的設(shè)置上層層遞進(jìn)，加上計(jì)算機(jī)軟件的真實(shí)模擬，既引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)出相關(guān)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)會(huì)了將平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中，又能將生活經(jīng)驗(yàn)與物理理論知識(shí)結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣。

1.4 思維拓展，方法提升

此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)斜拋運(yùn)動(dòng)的分析，希望學(xué)生總結(jié)問(wèn)題解決的方法，將“化曲為直”的思想方法靈活運(yùn)用到其他拋體運(yùn)動(dòng)乃至其他的曲線運(yùn)動(dòng)中，同時(shí)體會(huì)“化繁為簡(jiǎn)”“化生為熟”的思維方法，為學(xué)生將來(lái)處理其他問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 活動(dòng)導(dǎo)入，建構(gòu)模型

活動(dòng)：請(qǐng)兩位同學(xué)比賽投籃，其中一位同學(xué)投石頭球，另一位同學(xué)投紙飛機(jī)，隨后交換再投一次。過(guò)程中請(qǐng)同學(xué)觀察并提出問(wèn)題：石頭球和紙飛機(jī)在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)各有什么特點(diǎn)？

根據(jù)學(xué)生的回答總結(jié)出拋體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：① 球以一定的初速度拋出；② 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力很小可忽略，故只考慮重力；③ 球的運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線。

紙飛機(jī)所受空氣阻力不能忽略，故紙飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)不是拋體運(yùn)動(dòng)，從而得出拋體運(yùn)動(dòng)其實(shí)是一種理想模型，進(jìn)而提出平拋運(yùn)動(dòng)的概念：初速度沿水平方向的拋體運(yùn)動(dòng)，是一種勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。

2.2 化曲為直，分析驗(yàn)證

拋體運(yùn)動(dòng)顯然是一個(gè)曲線運(yùn)動(dòng)，我們應(yīng)該如何來(lái)研究這一種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)？以比較常見(jiàn)的平拋運(yùn)動(dòng)為例，請(qǐng)學(xué)生思考。提示：能否利用已有的直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來(lái)解決運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題？想辦法化曲線為直線。

環(huán)節(jié)1：利用動(dòng)力學(xué)知識(shí)從理論上分析處理平拋運(yùn)動(dòng)

提問(wèn)：平拋運(yùn)動(dòng)可以分解成哪兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生提供方案，并說(shuō)明這樣處理的理由。

以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閤軸，豎直向下方向?yàn)閥軸，建立坐標(biāo)系，并從這一瞬間開(kāi)始計(jì)時(shí)。

提問(wèn)：從動(dòng)力學(xué)角度分析，水平方向和豎直方向分別是什么運(yùn)動(dòng)？

引導(dǎo)學(xué)生從受力分析入手研究?jī)蓚€(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得出：在水平方向上，初速度為v0，不受力，加速度為0，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；在豎直方向上，初速度為0，只受重力作用，加速度為g，做自由落體運(yùn)動(dòng)。

環(huán)節(jié)2：利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證(平拋運(yùn)動(dòng)演示儀)

對(duì)于理論分析，或許還是有學(xué)生對(duì)之仍存懷疑，怎么辦？能否從實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)一步加以驗(yàn)證？請(qǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，提出驗(yàn)證思路。

① 如何證明水平方向的勻速運(yùn)動(dòng)？

將平拋運(yùn)動(dòng)與相同初速度的水平方向的勻速運(yùn)動(dòng)對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)演示：重復(fù)實(shí)驗(yàn)，將擋板豎直置于小球運(yùn)動(dòng)的任意位置，觀察現(xiàn)象。

② 如何證明豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)？

將平拋運(yùn)動(dòng)與同高度釋放的自由落體運(yùn)動(dòng)對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)演示：重復(fù)實(shí)驗(yàn)，將擋板水平置于小球運(yùn)動(dòng)的任意位置，觀察現(xiàn)象。

兩次驗(yàn)證過(guò)程中提醒學(xué)生注意“看”“聽(tīng)”，請(qǐng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。

③ 將平拋運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、水平勻速運(yùn)動(dòng)三個(gè)運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)，一起觀察。

2.3 現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，總結(jié)規(guī)律

利用軟件模擬真實(shí)環(huán)境中的平拋運(yùn)動(dòng)，如圖2建立二維坐標(biāo)系，圖中每格代表實(shí)際長(zhǎng)度0.4米，小球開(kāi)始位于坐標(biāo)原點(diǎn)，右下角方塊表示籃筐。

圖2

環(huán)節(jié)1：模擬前面的投籃過(guò)程

提問(wèn)：如圖2所示，要將小球從籃筐正中間投入，所需初速度為多大？

學(xué)生思考計(jì)算并給出具體方法及答案，讓他們通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，體會(huì)運(yùn)動(dòng)分解的思想方法。

環(huán)節(jié)2：投籃活動(dòng)

提問(wèn)：從相同的高度，但離開(kāi)籃筐的水平距離不同，均要求從籃筐正中間投入，請(qǐng)比較兩次拋出時(shí)的初速度大小？

① 學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)可得出：離籃筐越遠(yuǎn)拋出時(shí)需要的初速度越大；

③ 由以上分析可得出一般規(guī)律：平拋運(yùn)動(dòng)下落時(shí)間僅由高度決定；水平位移則由初速度和時(shí)間(高度)共同決定。

學(xué)生提供數(shù)據(jù)，模擬演示，同時(shí)加以頻閃，如圖3所示。

圖3

現(xiàn)象：① 離籃筐遠(yuǎn)近不同的兩球同時(shí)拋出，同時(shí)由同一位置進(jìn)籃；② 每一時(shí)刻兩個(gè)小球都處在相同的高度。

結(jié)果表明：兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，時(shí)間由豎直方向的分運(yùn)動(dòng)決定。

環(huán)節(jié)3：加深理解

活動(dòng)：請(qǐng)身高差異較大的兩位同學(xué)站在離開(kāi)籃筐水平距離相同的位置，同時(shí)拋出小球；

提問(wèn)：① 哪位同學(xué)拋出球的水平速度比較大？

② 兩個(gè)小球同時(shí)進(jìn)籃嗎？如果不同時(shí)，請(qǐng)問(wèn)哪位同學(xué)拋的球先進(jìn)籃？

學(xué)生分析：由于水平位移相同，則矮的同學(xué)初速度大。不同時(shí)進(jìn)籃，矮的同學(xué)球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間短，先進(jìn)籃(學(xué)生提供數(shù)據(jù)模擬演示)。

提問(wèn)：若要求兩個(gè)球同時(shí)進(jìn)籃，兩位同學(xué)應(yīng)該怎樣拋？

環(huán)節(jié)4：平拋運(yùn)動(dòng)的速度

在軟件模擬環(huán)節(jié)3的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中顯示速度矢量，發(fā)現(xiàn)小球運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，速度越大，且速度方向越來(lái)越接近豎直方向，這與生活經(jīng)驗(yàn)相符。

提問(wèn)：球進(jìn)籃時(shí)的速度如何確定？

圖4

提問(wèn)：若球運(yùn)動(dòng)時(shí)間足夠長(zhǎng)，速度的方向會(huì)變成豎直方向嗎？

環(huán)節(jié)5：平拋運(yùn)動(dòng)的位移和軌跡

提問(wèn)：小球從拋出到進(jìn)籃的位移如何確定？

圖5

提問(wèn)：小球從拋出到進(jìn)籃過(guò)程的軌跡如何？

2.4 思維拓展，方法提升

圖6

平拋運(yùn)動(dòng)可以采用化曲為直的方法處理，而實(shí)際生活中還有更多拋體運(yùn)動(dòng)初速度不在水平方向，而是斜向上方或斜向下方(斜拋)。斜拋又如何解決？請(qǐng)學(xué)生提出處理方案。

如圖6所示，建立直角坐標(biāo)系，水平方向做初速度為v0cosθ的勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向做初速度為v0sinθ向上、加速度為g的豎直向下的勻變速運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)學(xué)生課后嘗試推導(dǎo)出斜拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，分析斜拋運(yùn)動(dòng)軌跡方程，總結(jié)其運(yùn)動(dòng)特征。

3 總結(jié)反思

筆者基于“物理核心素養(yǎng)”培養(yǎng)的要求展開(kāi)教學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境，形成物理觀念，建構(gòu)理想模型，培養(yǎng)科學(xué)思維能力。通過(guò)學(xué)生自主展開(kāi)理論探究，加以實(shí)驗(yàn)論證，注重科學(xué)探究的能力培養(yǎng)。打破常規(guī)例題的講解模式，將平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用融入日?；顒?dòng)中，加上軟件的仿真模擬，讓學(xué)生體會(huì)學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣，學(xué)以致用，最后以斜拋運(yùn)動(dòng)為例在方法上加以提升。

[1] 戴國(guó)成.基于核心素養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性探討[J].物理教師,2016,(12):43-44.

[2] 王高.物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)淺探[J].物理教師,2016,(12):15-19.