關(guān)于《曲線運(yùn)動(dòng)》的幾點(diǎn)疑問

按照《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》編寫的高中物理新教材已經(jīng)使用三個(gè)學(xué)期了，筆者在教學(xué)的過程中體會(huì)到，新教材在處理知識(shí)的廣度和深度、知識(shí)和社會(huì)、技術(shù)之間的關(guān)系方面有了突破性的進(jìn)展，充滿了改革的精神和新課標(biāo)的理念。新教材立圖體現(xiàn)那些讓學(xué)生終生受益的東西，往往不是所學(xué)的內(nèi)容，而是在形成這些內(nèi)容的過程中蘊(yùn)含的思想方法和科學(xué)素養(yǎng)的精髓。新教材對(duì)比于以往教材的優(yōu)越性顯而易見。

筆者在仔細(xì)研讀了教科書和《教師教學(xué)用書》中的“編者的話”、“致教師們”等內(nèi)容后，深切體會(huì)到教材編寫者為落實(shí)三維目標(biāo)的努力和良苦用心。但是，筆者在教材的實(shí)際使用過程中，總感覺到個(gè)別章節(jié)中有很多與編者的初衷不一致的地方，現(xiàn)將必修Ⅰ第六章《曲線運(yùn)動(dòng)》中幾點(diǎn)不明白的地方列舉出來，請(qǐng)專家給予指教。

1 難度大

比較以往多種版本的物理教材，新教材中的《曲線運(yùn)動(dòng)》一章應(yīng)是最難的，現(xiàn)舉兩例。

其一，九五年版的高中物理必修本中，曲線運(yùn)動(dòng)只是一節(jié)課的內(nèi)容，而新教材中不但出現(xiàn)了斜拋運(yùn)動(dòng)及斜拋物體軌跡關(guān)系式的推導(dǎo)，還要涉及關(guān)系式中各物理量之間的關(guān)系及得出的結(jié)論。這是二十多年前物理甲種本中的內(nèi)容。

其二，關(guān)于向心加速度概念的教學(xué)，新教材也是最難的，不但要用極限思想得出當(dāng)Δt很小很小時(shí)，A、B兩點(diǎn)非常接近，Δv也就與v_A(或v_B)垂直，指向圓心的結(jié)論，而且還要再一次運(yùn)用極限概念嘗試推導(dǎo)出向心加速度的公式。編者的良好愿望是為了培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，引導(dǎo)學(xué)生通過小步走千里，體會(huì)成就感的過程。但很多教師在施教過程中體會(huì)到，分析向心加速度的方向，僅從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度而不是從牛頓第二定律出發(fā)去，對(duì)高一學(xué)生來講是一個(gè)很難的問題，能體會(huì)到成就感的只有少數(shù)學(xué)生。

2 疑問多

第六章內(nèi)容中，學(xué)生容易產(chǎn)生疑問或歧義的地方很多，如果想要在課堂上解釋清楚那又要花去較長(zhǎng)時(shí)間。

例如，關(guān)于自行車運(yùn)動(dòng)問題，物理教科書中已多年未出現(xiàn)了。但本章在《思考與討論》和《問題與練習(xí)》欄目中出現(xiàn)了三次。事實(shí)上，自行車行駛時(shí)車輪、齒輪上的運(yùn)動(dòng)情況很復(fù)雜，只有在相對(duì)于自行車架時(shí)才可認(rèn)為是各點(diǎn)在做圓周運(yùn)動(dòng)。編者也許發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題，在2006年5月第二次印刷時(shí)加上了“若以自行車架為參考系”這句話。

筆者在授課時(shí)，很多學(xué)生提問，若以地面為參考系則又如何，故筆者在課堂上補(bǔ)充了自行車輪在滾動(dòng)過程中輪緣各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況分析，并且還加上了如圖1所示的一個(gè)分析圖。并解釋，車輪最高點(diǎn)D點(diǎn)的瞬時(shí)速度v_D是車軸O點(diǎn)的瞬時(shí)速度v₀的二倍，車輪此瞬間是以O(shè)′點(diǎn)為圓心的轉(zhuǎn)動(dòng)物體，各點(diǎn)的角速度相等，故要研究分析自行車后輪及齒輪的圓周運(yùn)動(dòng)問題，必須強(qiáng)調(diào)是以車架為參考系，或者強(qiáng)調(diào)把后支架立起，讓車輪空轉(zhuǎn)才行。

再例如，新教材中雖然只是滲透著微分、極限、無窮小量等高等數(shù)學(xué)知識(shí)的初步思想，但是還是應(yīng)該符合高一學(xué)生的實(shí)際理解能力和接受水平。在本章中頻繁使用微積分思想，可是卻出現(xiàn)了前后不統(tǒng)一的問題。如，在51頁第六節(jié)《做一做》欄目中“探究向心加速度大小的表達(dá)式”中，說“當(dāng)θ很小很小時(shí)，弧長(zhǎng)與弦長(zhǎng)沒什么區(qū)別”，意思是在θ很小時(shí)，圓弧可以看作直線；但在54頁，又說一般的曲線分為很小段，每段都可以看做一小段圓弧，各段圓弧的半徑不一樣，等等……同樣是分成很小很小的一小段，怎么就一個(gè)地方可看成線段，另一個(gè)地方看成圓弧，學(xué)生很不理解。

3 《問題與練習(xí)》設(shè)計(jì)粗糙

筆者認(rèn)為，每一節(jié)物理課的課后所附《問題與練習(xí)》中的習(xí)題，應(yīng)是精選的，應(yīng)該與本課內(nèi)容緊密結(jié)合，且難易適中，以達(dá)到鞏固本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)本節(jié)課所涉及到的知識(shí)點(diǎn)和物理思維方式、分析方法的認(rèn)識(shí)能再提高一步的目的。但是本章中有的課后練習(xí)，未經(jīng)仔細(xì)推敲，難易程度反差太大。而且對(duì)應(yīng)的《教師教學(xué)用書》上的練習(xí)解答也不到位，分析不透徹。

例如，課本55頁中的第4題，內(nèi)容是：“細(xì)繩的一端固定于O點(diǎn)，另一端系一小球，在O點(diǎn)的正下方釘一個(gè)釘子A，小球從一定高度擺下。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)細(xì)繩與釘子相碰時(shí)，如果釘子的位置越靠近小球，繩子越容易斷。請(qǐng)你對(duì)這一經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行論證”。很明顯，這是一道豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問題，即使是第八節(jié)內(nèi)容學(xué)過，且經(jīng)過全章復(fù)習(xí)，有些學(xué)生也不一定能理解。把此題放在此處筆者認(rèn)為不妥。

再例如，課本55頁的第3題，講的是隨水平圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的物體的靜摩擦力方向問題。這是學(xué)習(xí)高中物理一定會(huì)碰到的一個(gè)難點(diǎn)，教師講評(píng)時(shí)如果分析不透徹，可能有些今后不再學(xué)習(xí)物理的學(xué)生終生無法理解?！督處熃虒W(xué)用書》第47頁是這樣解答的：“甲的意見是正確的，靜摩擦力的方向是與物體相對(duì)接觸面運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)方向相反。設(shè)想一下，如果在運(yùn)動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)盤突然變得光滑了，物體將沿軌跡切線方向滑動(dòng)。這就如同在光滑的水平面上，一根細(xì)繩一端固定在豎直立柱上，一端系一小球，讓小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，突然剪斷細(xì)繩一樣，小球?qū)⒀剀壽E切線方向飛出，這說明物體在隨轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，相對(duì)圓盤有沿半徑向外的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”。不用說學(xué)生，就是教師也不認(rèn)同這樣的解釋，因?yàn)樗緵]有解釋清楚。筆者認(rèn)為，既然新教材經(jīng)常用微分思想解答問題，本題不妨用下述解答：

4 數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用欠周全

新教材中充分應(yīng)用了數(shù)學(xué)知識(shí)的工具性，這是符合物理教學(xué)應(yīng)提高學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題能力這一原則的。

在第六章中，教材一方面對(duì)學(xué)生在初中和高一上學(xué)期已學(xué)過的和已經(jīng)掌握得較好的二次函數(shù)問題用了相當(dāng)?shù)钠M(jìn)行介紹(如第4節(jié))；另一方面，卻對(duì)學(xué)生認(rèn)為較抽象的微元法(微分思想)、極限概念、曲率半徑問題(如教材54頁圖4)，這些知識(shí)猶抱琵琶半遮面地進(jìn)行大量應(yīng)用。用難以理解的工具，去學(xué)習(xí)抽象的物理知識(shí)，給學(xué)生的學(xué)習(xí)客觀上設(shè)置了極大的障礙。

對(duì)這一問題，猶如槍是好槍，打目標(biāo)也很準(zhǔn)，但太重了，大多數(shù)學(xué)生扛不動(dòng)。退一步講，如果這部分知識(shí)非要在高中階段處理不可，也可以放在后面的選修模塊中。

5 物理量表示符號(hào)的應(yīng)用隨意性大

這一點(diǎn)是新教材中存在的比較明顯的問題，本章也有此毛病(在此不再列舉)。這給教師的規(guī)范化教學(xué)帶來麻煩，因?yàn)槲锢韺W(xué)中的很多物理量是用專用的英文或希臘字母表示的。

參考文獻(xiàn)：

［1］《物理2》（必修）人民教育出版社 2004年5月第1版

［2］《物理2教師教學(xué)用書》（必修）人民教育出版社 2004年6月第1版

(欄目編輯鄧 磊)

“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>