(江蘇省江陰市青陽中學(xué)，江蘇 無錫 214401)

1 引言

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中將“物理觀念”列為高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的第一個方面，“物理觀念”所包含的一個要求是:會用物理觀念解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題。要做到這一點，必須強(qiáng)化物理知識與實踐情境的關(guān)聯(lián)，提高學(xué)生把物理知識與實踐情境進(jìn)行聯(lián)系的自覺性，增強(qiáng)學(xué)生的實踐意識。

在目前的教學(xué)實踐中，由于種種因素，部分教師往往把課堂重點放在講解所學(xué)概念的含義、理解該概念需要的注意點等方面，即將精力放在知識的應(yīng)用上，而忽視了知識的建構(gòu)過程，甚至把新授課上成了復(fù)習(xí)課。這與課標(biāo)的理念是背道而馳的，課標(biāo)要求教學(xué)活動尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，重視知識的建構(gòu)過程，基于情境創(chuàng)設(shè)和實驗探究，將學(xué)生的“學(xué)”由“被動接受”向“主動建構(gòu)”轉(zhuǎn)變，使學(xué)科教學(xué)的目標(biāo)從“知識本位”向“核心素養(yǎng)本位”轉(zhuǎn)變，這樣才能充分彰顯物理學(xué)科的育人價值。

“曲線運(yùn)動”是人教版高中物理必修二第五章第1節(jié)的內(nèi)容，它為學(xué)生學(xué)習(xí)本章的知識和方法奠定基礎(chǔ)。通過之前必修一模塊直線運(yùn)動、牛頓運(yùn)動定律的學(xué)習(xí)，學(xué)生在運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)兩個方面，都已經(jīng)為曲線運(yùn)動的學(xué)習(xí)儲備了必要的知識和能力基礎(chǔ)，同時，學(xué)生在生活中已經(jīng)具有比較豐富的關(guān)于曲線運(yùn)動的感性認(rèn)識。筆者基于這樣的學(xué)情、學(xué)習(xí)任務(wù)以及對新課程理念的理解，在“曲線運(yùn)動”的教學(xué)中，試圖基于情境創(chuàng)設(shè)和實驗探究進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。

2 “曲線運(yùn)動”的教學(xué)設(shè)計

2.1 教學(xué)引入

教學(xué)片斷1

觀看視頻，展示不同情境下物體在做曲線運(yùn)動，要求學(xué)生注意觀察視頻中物體的運(yùn)動軌跡，通過學(xué)生的描述，引出本節(jié)課的課題:曲線運(yùn)動。要求學(xué)生根據(jù)自己的生活體驗和所學(xué)知識，再舉出一些曲線運(yùn)動的例子，大到天體的運(yùn)動，如地球繞太陽公轉(zhuǎn)，小到微觀粒子的運(yùn)動，如電子繞原子核運(yùn)動，再到生活中的足球、煙花、汽車、輪船等等，進(jìn)一步點明本節(jié)課的研究主題:生活中無處不在的曲線運(yùn)動。

明確研究思路，研究機(jī)械運(yùn)動時都是先從運(yùn)動學(xué)的角度進(jìn)行描述，知道物體做怎樣的運(yùn)動;然后再從動力學(xué)的角度進(jìn)行分析，知道物體做這種運(yùn)動的原因，這是由現(xiàn)象到本質(zhì)、由表及里的研究過程，我們也按照這一思路來研究曲線運(yùn)動。

通過播放比較熟悉的視頻，讓學(xué)生進(jìn)入生活情境，回憶生活體驗，從而能夠比較自然地明確曲線運(yùn)動的定義，再根據(jù)定義，回顧生活中的類似情境，體現(xiàn)了情境——思維——情境的教學(xué)策略，有利于學(xué)生深入理解情境并能夠抽象情境，基于情境又能夠跳出情境，幫助學(xué)生逐步形成提取信息、建立模型的能力。

2.2 教學(xué)展開

教學(xué)片斷2

教師水平拋出一塊橡皮，要求學(xué)生觀察橡皮的運(yùn)動軌跡。將其軌跡用曲線呈現(xiàn)在PPT中(如圖1)，用有向線段表示出不同時間內(nèi)的位移。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行情境對比:在研究直線運(yùn)動的時候，位移的大小在改變，但是方向不變，因此，可以用一維坐標(biāo)系來進(jìn)行描述。那么，對于曲線運(yùn)動，還能用一維坐標(biāo)系描述嗎?應(yīng)該建立怎樣的坐標(biāo)系?

圖1

學(xué)生通過思考與討論，認(rèn)為曲線運(yùn)動的位移方向在不斷變化，由于位移是矢量，可以跟力一樣運(yùn)用平行四邊形法則來對其進(jìn)行分解和合成，即用坐標(biāo)軸上的兩個直線分矢量來將這個方向不斷變化的位移表達(dá)出來。

通過分析橡皮拋出后的運(yùn)動軌跡，可以抽象出研究問題：如何描述曲線運(yùn)動？教師對學(xué)生的思考和討論進(jìn)行提煉：曲線運(yùn)動的位移方向與之前研究的直線運(yùn)動存在很大的差異，因此，需要引入新的研究工具和研究方法，即二維坐標(biāo)系和“化曲為直”的思想方法。

教學(xué)片斷3

教師手持細(xì)線牽拉小布偶使其旋轉(zhuǎn)，要求學(xué)生觀察小布偶的運(yùn)動情況。當(dāng)教師分別在不同的位置松手時，小布偶沿不同的方向飛向不同的學(xué)生。教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出:做曲線運(yùn)動的物體在不同位置的速度方向不同。確定布偶在某一位置的速度方向，最大的困難是無法及時記錄，那我們該如何解決這個問題呢?

教師演示實驗，如圖2所示，將用印泥染色的小鋼球從斜槽上滾動下來后，在水平面內(nèi)的白紙上做直線運(yùn)動，并在白紙上留下了軌跡。

直線運(yùn)動的速度方向，沿著軌跡的方向標(biāo)注出來就可以了(如圖3)。對于不易直接觀察、記錄的速度的方向，可以借助于小球留下的軌跡反映出來，即運(yùn)用轉(zhuǎn)換法。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧生活，大家常用到這種研究方法，例如:風(fēng)向無法直接觀察，但是通過看樹葉飄落和國旗飄揚(yáng)等，就能判斷出風(fēng)的方向。

圖2

圖3

教師在黑板上畫出一條如圖4所示的曲線軌跡，表示某物體沿該曲線軌跡由A點途經(jīng)B點運(yùn)動到C點。學(xué)生猜想各點的速度方向與曲線軌跡之間的幾何關(guān)系應(yīng)該是相切，教師引導(dǎo)學(xué)生通過實驗來驗證猜想。

圖4

學(xué)生進(jìn)行分組實驗，如圖5所示，將染色小鋼球從斜槽上釋放，獲得初速度的小鋼球沿著弧形板內(nèi)側(cè)做曲線運(yùn)動，離開弧形板后，小球做直線運(yùn)動，先后在白紙上留下了曲線痕跡和直線痕跡。然后通過拼裝弧形板并重復(fù)剛才的實驗來完成驗證。為了便于更好地觀察實驗，更好地感知切線方向，實際實驗操作過程可優(yōu)化為“卸裝弧形板”來進(jìn)行實驗，借助于軌跡確定了小鋼球在作曲線運(yùn)動的過程中經(jīng)過A、B、C、D時的速度方向。學(xué)生通過動手做實驗，驗證了自己的猜想。

圖5

教師展示如圖6所示的圖片，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用極限思想，從理論上進(jìn)一步探討做曲線運(yùn)動的物體在某一點的速度方向，的確是沿軌跡上該點的切線方向，從而將實驗結(jié)論上升為規(guī)律來進(jìn)行推廣應(yīng)用。

圖6

教師展示如圖7所示的圖片，提出問題:為什么騎車男士的背上會甩滿泥漿?該如何設(shè)計擋泥板?學(xué)生根據(jù)剛才的學(xué)習(xí)，很順利地進(jìn)行了解釋，并提出了合理的擋泥板設(shè)計方案(如圖8)。

圖7

圖8

教師設(shè)計了具有邏輯性的自主探究實驗，讓學(xué)生經(jīng)歷了實驗探究的過程:觀察現(xiàn)象、提出猜想、實驗驗證、理論推理、解釋現(xiàn)象、實踐應(yīng)用等。這樣的探究過程不僅關(guān)注了學(xué)生知識的學(xué)習(xí)，更加關(guān)注了學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

教學(xué)片斷4

教師提出問題:物體做曲線運(yùn)動的條件是什么?

學(xué)生提出了不同的觀點，如有學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗和剛才的實驗觀察，認(rèn)為物體做曲線運(yùn)動的條件是合力不為零，有學(xué)生提出了異議，并舉出了反例。經(jīng)過反復(fù)討論，學(xué)生逐步形成了比較統(tǒng)一的猜想:物體所受合力的方向與其速度方向不在同一直線上。

教師引導(dǎo)學(xué)生通過實驗來驗證猜想，如圖9所示，要求學(xué)生利用條形磁鐵、小鋼球、斜槽、印泥等材料，自主探究物體做曲線運(yùn)動的條件。學(xué)生在實驗中通過改變條形磁鐵的位置、距離等，在熱烈的討論中逐步驗證了自己的猜想。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生將此結(jié)論用來解釋其他曲線運(yùn)動，如:水平拋出的粉筆頭、弧形軌道內(nèi)運(yùn)動的小球、繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的月亮等等，均符合這一結(jié)論：物體所受合外力方向與速度方向不在同一條直線上。

圖9

教師通過設(shè)計邏輯清晰的學(xué)生分組實驗，讓學(xué)生自主探究物體做曲線運(yùn)動的條件。實際上該分組實驗更具有探究性和挑戰(zhàn)性，首先，條形磁鐵放置的位置存在較多的可能性:在小鋼球速度方向的正前方、正后方、側(cè)向等;其次，在實驗操作中，剛開始有的同學(xué)無論將磁鐵放在哪個方位，均未能觀察到鋼球做曲線運(yùn)動，經(jīng)反復(fù)討論后，運(yùn)用控制變量法進(jìn)行排查，通過調(diào)整磁鐵與小鋼球的距離(增大吸引力)以及降低小鋼球在斜槽上的高度(減小速度)，成功地使小鋼球做曲線運(yùn)動。該分組實驗讓學(xué)生在經(jīng)歷實驗探究的過程中，學(xué)會了合作與交流，學(xué)會了分析與表達(dá)，并有效地增強(qiáng)了證據(jù)意識，該分組實驗取得了良好的教學(xué)效果，充分體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的課程理念。

3 結(jié)語

要培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，不能夠只停留在理論層面，不應(yīng)該只是少數(shù)精英教師的小眾實踐，需要我們一線教師從立德樹人的高度，認(rèn)真領(lǐng)會課程標(biāo)準(zhǔn)的理念，并在教學(xué)實踐中落實。通過情境創(chuàng)設(shè)和實驗探究等方式，精心設(shè)計系列的學(xué)習(xí)和實踐活動，讓學(xué)生在分析和解決真實問題的過程中發(fā)展核心素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。