摘 要：基于Scratch軟件以小球做圓周運(yùn)動(dòng)這類物理場(chǎng)景，從理論分析到模型建立，形象生動(dòng)地向?qū)W生展示了整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)軌跡和特殊點(diǎn)處的受力情況，便于學(xué)生更好地理解和掌握這類物理類型。

關(guān)鍵詞：Scratch技術(shù);圓周運(yùn)動(dòng);小球模型

當(dāng)前社會(huì)已經(jīng)步入信息化發(fā)展時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)、游戲、動(dòng)畫、視頻短片和手機(jī)通信等成為生活的重要組成部分，教學(xué)也正在朝著信息化方向發(fā)展[1]。Scratch軟件[2]是由麻省理工學(xué)院開發(fā)的面向中小學(xué)生的一種簡(jiǎn)易編程軟件，由100多塊功能“積木”指令組成。相對(duì)于傳統(tǒng)的通過敲擊代碼來編程的軟件而言，它最大的優(yōu)點(diǎn)是只需要通過搭積木的方式就可以完成程序編寫。也正是由于它簡(jiǎn)單易學(xué)、交互性強(qiáng)、表現(xiàn)力好、一改傳統(tǒng)編程的枯燥低效的特點(diǎn)，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生對(duì)自然科學(xué)的自主探究精神，所以其在課堂教學(xué)應(yīng)用中具有良好的發(fā)展前景，符合現(xiàn)代社會(huì)教育改革對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的要求，成為現(xiàn)在中小學(xué)乃至高中課堂教學(xué)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。

小球做圓周模型經(jīng)常和圖像結(jié)合，題目難度較大，學(xué)生不能建立相關(guān)的模型并進(jìn)行分析，導(dǎo)致解題思路不清、錯(cuò)誤率較高。本文從實(shí)際課堂出發(fā)，基于Scratch軟件以小球做圓周運(yùn)動(dòng)這類物理場(chǎng)景[3]，從理論分析到模型建立，形象生動(dòng)地向?qū)W生展示了整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中、運(yùn)動(dòng)軌跡和特殊點(diǎn)處的受力情況，便于學(xué)生更好地理解和掌握這類物理類型。

一、物理模型理論分析

輕繩類和輕桿類

1.輕繩類

（1）最高點(diǎn)

運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在一輕繩的作用下繞中心點(diǎn)作變速圓周運(yùn)動(dòng)。由于繩子只能提供拉力而不能提供支持力，質(zhì)點(diǎn)在最高點(diǎn)所受的合力不能為零，合力的最小值是物體的重力。在最高點(diǎn)的向心力方程：

可知此時(shí)繩子的拉力不可能為零，其最小值為mg，速度為零，但不能通過最高點(diǎn)。

2.輕桿類

最高點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在一輕桿的作用下，繞中心點(diǎn)作變速圓周運(yùn)動(dòng)，由于輕桿能對(duì)質(zhì)點(diǎn)提供支持力和拉力，所以質(zhì)點(diǎn)過最高點(diǎn)時(shí)受的合力可以為零，質(zhì)點(diǎn)在最高點(diǎn)可以處于平衡狀態(tài)。所以質(zhì)點(diǎn)過最高點(diǎn)的最小速度為零。

（1）當(dāng)v=0時(shí)，輕桿對(duì)質(zhì)點(diǎn)有豎直向上的支持力，其大小等于質(zhì)點(diǎn)的重力，即：FN=mg。

二、Scratch軟件具體設(shè)計(jì)過程

1.竿拉小球做圓周模型

以最低點(diǎn)為開始狀態(tài)，分別考察最低點(diǎn)和最高點(diǎn)受力情況。相關(guān)代碼如下：首先切換為無受力背景，將起始點(diǎn)移到原點(diǎn)，隨后從最低點(diǎn)開始等待1秒后運(yùn)動(dòng)，重復(fù)執(zhí)行144次左轉(zhuǎn)5度循環(huán)，轉(zhuǎn)完2圈后在最低點(diǎn)停留，并提問：“最低點(diǎn)受力情況？”引導(dǎo)學(xué)生思考并分析最低點(diǎn)受力情況，隨后運(yùn)行模型使小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，并提問：“最高點(diǎn)受力情況？”此時(shí)在最高處桿受力分3種情況，可以依次進(jìn)行講解。

2.繩拉小球做圓周模型

和桿拉小球類似，分別考察最低點(diǎn)和最高點(diǎn)受力情況。程序設(shè)計(jì)代碼類似桿拉小球模型。在此就不做重復(fù)描述。值得一提的是在繩拉小球做圓周模型中，當(dāng)速度小于臨界速度時(shí)，小球不能通過最高點(diǎn)，模型中增加了小球下落過程，形象直觀更便于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解。小球在光滑豎直的圓弧軌道內(nèi)側(cè)的圓周運(yùn)動(dòng)等效于繩拉小球模型。

三、結(jié)語(yǔ)

通過以上幾種模型的討論與思考，對(duì)提升競(jìng)賽中學(xué)生數(shù)形結(jié)合分析能力及物理思想方法有積極作用。綜上所述，Scratch軟件在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用需要根據(jù)學(xué)生的群體特點(diǎn)，針對(duì)不同的教學(xué)需求，利用不同的教學(xué)方法，將Scratch軟件與物理知識(shí)進(jìn)行整合教學(xué)，提高學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李金瑞.高中物理教學(xué)如何培養(yǎng)核心素養(yǎng)[J].中國(guó)民族教育，2017（5）：65-66.

[2]胡慧婷，徐曉梅.Scratch軟件在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用初探[J].物理通報(bào)，2016（3）：93-99.

[3]崔勇.“做中學(xué)”在小學(xué)信息技術(shù)課堂實(shí)踐探析：以Scratch軟件教學(xué)為例[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2016（3）：16-18.

注：本文系江蘇省無錫市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃立項(xiàng)課題“基于Scratch軟件的高中物理項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究”（D/D/2018/006）研究成果。

作者簡(jiǎn)介：李春勝（1989—），男，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)與研究。