蔡 亮

(江蘇省南京市第十二中學(xué)，江蘇 南京 210011)

教育部考試中心研制的《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系說(shuō)明》明確指出：情境是高考評(píng)價(jià)體系中的考查載體，[1]高考評(píng)價(jià)體系中的“四層”考查內(nèi)容和“四翼”考查要求是通過(guò)情境與情境活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；谡鎸?shí)情境的物理課堂教學(xué)可以促進(jìn)的學(xué)生深度次學(xué)習(xí)，使其通過(guò)實(shí)驗(yàn)，整合和運(yùn)用知識(shí)，促進(jìn)高階思維的發(fā)展。

“曲線運(yùn)動(dòng)”為2019年版人教社物理必修第二冊(cè)第5章《拋體運(yùn)動(dòng)》的第1節(jié)內(nèi)容，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容要求為：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解曲線運(yùn)動(dòng)，知道物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件。[2]該內(nèi)容是在直線運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)之上，拓展對(duì)運(yùn)動(dòng)多樣性的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生形成運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，提高科學(xué)思維能力，為后續(xù)的拋體運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

基于以上分析，本節(jié)課將猜想假設(shè)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、活動(dòng)探究與理論分析相融合，體現(xiàn)問(wèn)題的情境性、活動(dòng)的趣味性和知識(shí)的完備性，以能力為核心，以實(shí)驗(yàn)為手段，以情境為載體，以素養(yǎng)為導(dǎo)向，幫助學(xué)生通過(guò)親歷科學(xué)探究過(guò)程，深度理解物理概念，整合物理知識(shí)，解決物理問(wèn)題。

1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)引入

1.1 模擬過(guò)山車

教學(xué)中常采用投出的籃球等運(yùn)動(dòng)實(shí)例來(lái)引入曲線運(yùn)動(dòng)，或者利用身邊的粉筆將其水平拋出或者斜向上拋出來(lái)演示物體的曲線運(yùn)動(dòng)，但過(guò)程短暫，軌跡不便觀察。因此，可將上述活動(dòng)(圖片、視頻等)引入改為情境體驗(yàn)引入——將“過(guò)山車”引進(jìn)教室(圖1)。

圖1

師：將小鋼球從斜槽最高點(diǎn)靜止釋放，小球的運(yùn)動(dòng)有哪些形式？

生：既有軌道前段和末段的直線運(yùn)動(dòng)，也有軌道中段的曲線運(yùn)動(dòng)。

機(jī)械運(yùn)動(dòng)中最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)，而生活中普遍發(fā)生的則是曲線運(yùn)動(dòng)，這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從直線運(yùn)動(dòng)到曲線運(yùn)動(dòng)的自然過(guò)渡。

1.2 顯現(xiàn)拋體運(yùn)動(dòng)的軌跡

拋出的籃球、粉筆頭，無(wú)論是水平拋出還是斜向上拋出，都能在空中劃過(guò)一條優(yōu)美的曲線，但如同流星劃破天際一般轉(zhuǎn)瞬即逝，不能留下清晰的運(yùn)動(dòng)軌跡，可視性不強(qiáng)。為了增加軌跡的顯現(xiàn)性，可采用水寫布(多見(jiàn)于書法臨摹使用，遇水后顯示黑色印跡，可重復(fù)使用)來(lái)顯示物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。將一定大小的水寫布釘在木板上，將木板傾斜放置，形成一定傾角的斜面。將浸水后的小球分別以水平和斜向上的速度在方木板上滾動(dòng)，可以清晰地看到小鋼球在傾斜木板滾動(dòng)后留下的印跡，而水寫布上留下的印跡非常接近平拋運(yùn)動(dòng)或者斜拋運(yùn)動(dòng)的軌跡(圖2)。

圖2

2 曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向

2.1 教材實(shí)驗(yàn)

在探究曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向時(shí)，新版教材中利用圖片設(shè)問(wèn)：砂輪打磨下來(lái)的熾熱微粒和飛出去的鏈球，分別沿著什么方向運(yùn)動(dòng)？在教學(xué)中為突破這一難點(diǎn)，從安全性和可操作性考慮，常采用向轉(zhuǎn)動(dòng)的光盤上滴墨水的實(shí)驗(yàn)來(lái)替代砂輪實(shí)驗(yàn)，當(dāng)將墨水滴在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的光盤上時(shí)，墨水會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)，會(huì)在光盤下的白紙上留下輻射狀的墨水射線，通過(guò)作圖畫出延長(zhǎng)線，可以確定它與光盤的切線方向重合(圖3)，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向沿軌跡在這一點(diǎn)的切線方向。

圖3

2.2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

如圖4、圖5所示，為加深學(xué)生的認(rèn)知感受，增加實(shí)驗(yàn)的趣味性和可視性，利用木板、水寫布、斜槽、小球和鐵絲彎曲軌道進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，鐵絲末段可以彎折成不同方向，兩圖中的線段為學(xué)生所猜測(cè)的小球離開(kāi)軌道時(shí)的速度方向。

圖4

圖5

為防止木板的傾斜對(duì)小球運(yùn)動(dòng)造成的干擾，可利用手機(jī)水平儀功能進(jìn)行水平調(diào)整。小球從斜槽上某一位置由靜止釋放后，以一定速度沿方木板上的鐵絲軌道做曲線運(yùn)動(dòng)。教師激疑設(shè)問(wèn)：小球離開(kāi)鐵絲末段時(shí)將做何種運(yùn)動(dòng)？速度又沿什么方向？為取得較好的實(shí)驗(yàn)效果，鐵絲末段方向最好和田字格的虛線保持平行，以便學(xué)生觀察和比較其實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與原先的猜想是否一致。彎折鐵絲的末段，再次由學(xué)生提出猜想和完成實(shí)驗(yàn)。兩次不同的實(shí)驗(yàn)在水寫布上留下的印跡與原先的猜想一致(圖6)，使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)曲線運(yùn)動(dòng)，然后自然過(guò)渡到分析割線和曲線關(guān)系的教學(xué)，這樣就體現(xiàn)了“做中學(xué)”的教學(xué)思想，并將學(xué)生的猜想和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，體現(xiàn)了物理與數(shù)學(xué)的融合。

圖6

3 物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件

3.1 教材實(shí)驗(yàn)

在探究物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件時(shí)，教材采用如圖7所示的演示實(shí)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生觀察鋼球的運(yùn)動(dòng)軌跡，并思考：物體受什么樣的力才會(huì)做曲線運(yùn)動(dòng)？

圖7

3.2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

為激發(fā)好奇心，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，可以創(chuàng)新設(shè)計(jì)富有趣味的“巧克力保齡球”活動(dòng)。利用木板、水寫布、斜槽、小球(塑料小球和小鋼球各1個(gè))、強(qiáng)磁體等對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。在方木板底部沿小球直線運(yùn)動(dòng)軌跡的偏右側(cè)固定兩顆自攻螺絲，用于吸附強(qiáng)磁體，在小球離開(kāi)斜槽末端位置的正對(duì)面放置一粒巧克力糖。

師：請(qǐng)你將小球從斜槽上標(biāo)記位置釋放，若小球能撞到巧克力糖，它就歸你了。

上臺(tái)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生面露疑色，將手里的塑料小球放在手里，小心翼翼地將小球放在斜槽指定位置處，其他學(xué)生則屏息凝神，認(rèn)真觀察，結(jié)果小球撞到了巧克力糖，操作實(shí)驗(yàn)的學(xué)生面露喜色，似乎幸福來(lái)得太突然。

師：還有同學(xué)愿意嘗試嗎？

老師將小鋼球遞給第二位同學(xué)，釋放后只見(jiàn)小鋼球“不聽(tīng)話”似地向右側(cè)偏離，運(yùn)動(dòng)軌跡在投影屏上一覽無(wú)遺，全班同學(xué)都驚呆了。該名同學(xué)不服氣，連續(xù)重復(fù)操作3次，小鋼球都是向右側(cè)偏離而做曲線運(yùn)動(dòng)(圖8)。此時(shí)課堂氣氛達(dá)到高潮，所有學(xué)生都心有所思：?jiǎn)栴}出在哪里？學(xué)生猜測(cè)：木板底部有磁鐵，磁力對(duì)小鋼球的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生影響。教師將木板反轉(zhuǎn)，把隱藏在背后的“罪魁禍?zhǔn)住薄獜?qiáng)磁體“公之于眾”，此時(shí)學(xué)生的情感體驗(yàn)必定是豐滿的，課堂效果也較佳。

圖8

教師將強(qiáng)磁體擺在正面(右側(cè)、左側(cè)、正前方)，學(xué)生觀察小鋼球?qū)?yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡(圖9)，進(jìn)行多重建構(gòu)，物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件應(yīng)勢(shì)而出，使學(xué)生在活動(dòng)中體驗(yàn)，在體驗(yàn)中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中成長(zhǎng)。

圖9

4 教學(xué)反思

經(jīng)歷了現(xiàn)象觀察、活動(dòng)參與、理論猜想和實(shí)驗(yàn)探究后，教師因勢(shì)利導(dǎo)，促使學(xué)生在活動(dòng)中體驗(yàn)探究的樂(lè)趣，有效突破了曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向、物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件等教學(xué)難點(diǎn)。通過(guò)“設(shè)疑—激趣—探究—體驗(yàn)—提升—發(fā)展”環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知和理解，教學(xué)目標(biāo)得以有效達(dá)成，依據(jù)“以能力為核心，以實(shí)驗(yàn)為手段，以情境為載體，以素養(yǎng)為導(dǎo)向”的理念，促進(jìn)學(xué)生形成較為完備的知識(shí)體系和必備的關(guān)鍵能力。

5 結(jié)語(yǔ)

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中有著舉足輕重的作用?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)要求：加強(qiáng)科學(xué)探究的真實(shí)性，注重培養(yǎng)學(xué)生的探究能力及科學(xué)態(tài)度等。[2]科學(xué)探究活動(dòng)的具體內(nèi)容、方式和要求應(yīng)根據(jù)不同模塊的性質(zhì)和任務(wù)有所不同，或以驗(yàn)證物理規(guī)律為主，或以技能性實(shí)驗(yàn)操作為主，或以開(kāi)放性科學(xué)探究為主，有效體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)的育人功能。對(duì)于一線物理教師，教學(xué)教研之路雖長(zhǎng)，但行則將至，應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生積極參與、樂(lè)于探究、善于實(shí)驗(yàn)、勤于思考，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。