李佩寧

帆船行進時會遇到三種情況：順風、橫風和逆風。順風情況比較容易理解，而對于橫風和逆風情況，就需要運用一些力的分解知識來具體進行分析。

一、課程重點

本節(jié)課通過探究實驗，讓學生了解并掌握力的分解的知識，并靈活運用于帆船的設計中。

【涉及領域】物理、工程、數(shù)學

【建議年級】小學高年級

【建議時間】120分鐘

【材料】空牛奶盒子、黏土、手工棒、線、膠帶、織物、剪刀、臺扇、水容器、秒表

二、課程任務

首先，學生分組實驗，探究如何對力進行分解。然后，各組設計帆船并制作。最后，教師模擬不同的風向，讓各組通過分析后自選船帆角度，測試并記錄小船行進的速度。

三、課程步驟

1.導入（10分鐘）

教師首先播放一段視頻，或者利用帆船模型向學生講解帆船行進的原理。教師除了準備單桅帆船模型外，還可以準備多桅帆船模型，并讓學生討論以下問題。

（1）當順風時，怎么擺放船身和船帆的角度，使船行駛得最快？

（2）在船上有不止一個帆的時候，怎么擺放船身和船帆的角度？

學生很容易發(fā)現(xiàn)，調整船帆角度和船身角度很有必要。對于雙桅桿帆船，如果船身順風向前，學生會發(fā)現(xiàn)有一個帆是吹不到風的，順風直行向前反而不是速度最快的解決辦法。教師向學生提出以下問題進行引導。

（1）把雙帆船的船身側過來的時候，船不能直行向前，怎么解決這個問題？

（2）在風大小相同的情況下，船是直行還是走Z字型的速度更快？為什么？

2.宣布任務及評價量規(guī)（5分鐘）

【宣布任務】各組需要制作一個可調節(jié)船帆方向的小船，然后在教師模擬的三種風向下，自主調節(jié)帆船角度，以提高船只行駛速度。宣布任務后，呈現(xiàn)評價量規(guī)（見表1）。

3.探究風向、帆船方向和船帆方向的關系（25分鐘）

教師在黑板上畫出船、風向和船帆的示意圖，并用箭頭標出三者的受力情況。

順風。當風從船只正后方吹過來的時候，船只頭部向前，所受力的分解如圖1（左）所示。在風向有一些改變時，風給船帆施加的力會有一個分力，如圖1（右）所示。

橫風。讓學生拿出兩個三角板和直尺，對橫風情況進行模擬。直尺代表船行進的方向，三角板的一條斜邊代表船帆的角度，另一條斜邊靠在直尺上，如圖2（左）所示。不同迎角下，船帆所受推力的情況見圖2（右）。當風從一側吹過來時，學生用筆推代表船帆的斜邊，可以發(fā)現(xiàn)代表船的三角板同樣會向前行駛。學生可以選擇30度、45度和60度三種船帆角度，猜測哪種角度的船帆在橫風下受力最大。

教師將三種情況畫在黑板上，然后引導學生在草稿紙上將三種情況繪制出來，進行簡單的受力分析，然后比較在哪種情況下船帆受力最大。學生會發(fā)現(xiàn)，在橫風為90度的情況下，45度的船帆受力最大。教師可以總結：在風向為正向的情況下，船帆角度最合理的值應該是風向的角度除以二。

逆風。在逆風情況下，帆船所受力的分解如圖3（左）所示。逆風時，怎么才能讓帆船向前行駛？給各組試驗的時間，教師進行巡視，并引導各組思考。學生很快會發(fā)現(xiàn)，將船只方向擺一個角度，使船帆角度小于船只于風向的角度時，帆船可以斜向行駛。在實際運用中，小船可以通過Z字型的路線，逆著風向行駛，如圖3（右）所示。教師可以播放一段影片，幫助學生理解并鞏固這一知識點。

4.設計帆船并制作（40分鐘）

各組進行設計，要求設計圖完整，有材料使用標注和分工名單。小組設計圖完成后，交由教師檢查并領取材料進行制作。制作完成后，各組將組名標注在船身上，統(tǒng)一收集進行測試。

5.帆船測試（20分鐘）

教師宣布測試方案，限定風向分別為0度、30度和60度，要求各組按照順序依次測試。幾輪測試期間，各組可以改變船帆角度。教師在黑板上呈現(xiàn)表2，記錄每一組的成績。

6.展示和總結（20分鐘）

所有小組完成后，給每個組至少5分鐘的時間進行匯報。匯報內容包括設計思路、問題和解決方案、具體分工、作品應用。將速度快的、質量好的、設計優(yōu)秀的作品進行展示，全班討論這些設計中的優(yōu)秀之處，以及有待改進之處。

（責任編輯 張慧籽）