海上航行（二）

李佩寧

帆船行進(jìn)時(shí)會(huì)遇到三種情況：順風(fēng)、橫風(fēng)和逆風(fēng)。順風(fēng)情況比較容易理解，而對(duì)于橫風(fēng)和逆風(fēng)情況，就需要運(yùn)用一些力的分解知識(shí)來(lái)具體進(jìn)行分析。

一、課程重點(diǎn)

本節(jié)課通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解并掌握力的分解的知識(shí)，并靈活運(yùn)用于帆船的設(shè)計(jì)中。

【涉及領(lǐng)域】物理、工程、數(shù)學(xué)

【建議年級(jí)】小學(xué)高年級(jí)

【建議時(shí)間】120分鐘

【材料】空牛奶盒子、黏土、手工棒、線、膠帶、織物、剪刀、臺(tái)扇、水容器、秒表

二、課程任務(wù)

首先，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，探究如何對(duì)力進(jìn)行分解。然后，各組設(shè)計(jì)帆船并制作。最后，教師模擬不同的風(fēng)向，讓各組通過(guò)分析后自選船帆角度，測(cè)試并記錄小船行進(jìn)的速度。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（10分鐘）

教師首先播放一段視頻，或者利用帆船模型向?qū)W生講解帆船行進(jìn)的原理。教師除了準(zhǔn)備單桅帆船模型外，還可以準(zhǔn)備多桅帆船模型，并讓學(xué)生討論以下問(wèn)題。

（1）當(dāng)順風(fēng)時(shí)，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(gè)帆的時(shí)候，怎么擺放船身和船帆的角度？

學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)，調(diào)整船帆角度和船身角度很有必要。對(duì)于雙桅桿帆船，如果船身順風(fēng)向前，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)帆是吹不到風(fēng)的，順風(fēng)直行向前反而不是速度最快的解決辦法。教師向?qū)W生提出以下問(wèn)題進(jìn)行引導(dǎo)。

（1）把雙帆船的船身側(cè)過(guò)來(lái)的時(shí)候，船不能直行向前，怎么解決這個(gè)問(wèn)題？

（2）在風(fēng)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(wù)及評(píng)價(jià)量規(guī)（5分鐘）

【宣布任務(wù)】各組需要制作一個(gè)可調(diào)節(jié)船帆方向的小船，然后在教師模擬的三種風(fēng)向下，自主調(diào)節(jié)帆船角度，以提高船只行駛速度。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表1）。

3.探究風(fēng)向、帆船方向和船帆方向的關(guān)系（25分鐘）

教師在黑板上畫(huà)出船、風(fēng)向和船帆的示意圖，并用箭頭標(biāo)出三者的受力情況。

順風(fēng)。當(dāng)風(fēng)從船只正后方吹過(guò)來(lái)的時(shí)候，船只頭部向前，所受力的分解如圖1（左）所示。在風(fēng)向有一些改變時(shí)，風(fēng)給船帆施加的力會(huì)有一個(gè)分力，如圖1（右）所示。

橫風(fēng)。讓學(xué)生拿出兩個(gè)三角板和直尺，對(duì)橫風(fēng)情況進(jìn)行模擬。直尺代表船行進(jìn)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(jiàn)圖2（右）。當(dāng)風(fēng)從一側(cè)吹過(guò)來(lái)時(shí)，學(xué)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(huì)向前行駛。學(xué)生可以選擇30度、45度和60度三種船帆角度，猜測(cè)哪種角度的船帆在橫風(fēng)下受力最大。

教師將三種情況畫(huà)在黑板上，然后引導(dǎo)學(xué)生在草稿紙上將三種情況繪制出來(lái)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的受力分析，然后比較在哪種情況下船帆受力最大。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，在橫風(fēng)為90度的情況下，45度的船帆受力最大。教師可以總結(jié)：在風(fēng)向?yàn)檎虻那闆r下，船帆角度最合理的值應(yīng)該是風(fēng)向的角度除以二。

逆風(fēng)。在逆風(fēng)情況下，帆船所受力的分解如圖3（左）所示。逆風(fēng)時(shí)，怎么才能讓帆船向前行駛？給各組試驗(yàn)的時(shí)間，教師進(jìn)行巡視，并引導(dǎo)各組思考。學(xué)生很快會(huì)發(fā)現(xiàn)，將船只方向擺一個(gè)角度，使船帆角度小于船只于風(fēng)向的角度時(shí)，帆船可以斜向行駛。在實(shí)際運(yùn)用中，小船可以通過(guò)Z字型的路線，逆著風(fēng)向行駛，如圖3（右）所示。教師可以播放一段影片，幫助學(xué)生理解并鞏固這一知識(shí)點(diǎn)。

4.設(shè)計(jì)帆船并制作（40分鐘）

各組進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)圖完整，有材料使用標(biāo)注和分工名單。小組設(shè)計(jì)圖完成后，交由教師檢查并領(lǐng)取材料進(jìn)行制作。制作完成后，各組將組名標(biāo)注在船身上，統(tǒng)一收集進(jìn)行測(cè)試。

5.帆船測(cè)試（20分鐘）

教師宣布測(cè)試方案，限定風(fēng)向分別為0度、30度和60度，要求各組按照順序依次測(cè)試。幾輪測(cè)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(jī)。

6.展示和總結(jié)（20分鐘）

所有小組完成后，給每個(gè)組至少5分鐘的時(shí)間進(jìn)行匯報(bào)。匯報(bào)內(nèi)容包括設(shè)計(jì)思路、問(wèn)題和解決方案、具體分工、作品應(yīng)用。將速度快的、質(zhì)量好的、設(shè)計(jì)優(yōu)秀的作品進(jìn)行展示，全班討論這些設(shè)計(jì)中的優(yōu)秀之處，以及有待改進(jìn)之處。

（責(zé)任編輯 張慧籽）