曲線運動的高端備課

郭暢 邢紅軍

摘 要：以“曲線運動”一節(jié)為例，針對“曲線運動的條件”教學(xué)中存在的過渡生硬、邏輯不清等問題提出改進意見.通過找準癥結(jié)，把握教學(xué)起點;層層分析，確定研究方向;設(shè)計實驗，驗證猜想結(jié)果三個教學(xué)步驟，從而幫助學(xué)生理解曲線運動的本質(zhì)，形成順暢的教學(xué)邏輯，最終達到提升教學(xué)效果的目的.

關(guān)鍵詞：曲線運動;概念;邏輯;科學(xué)方法

1 教材編寫分析

以人教版高中物理教材為例，“曲線運動”一節(jié)主要由“曲線運動的位移”“曲線運動的速度”“運動描述的實例”“物體做曲線運動的條件”四部分組成.整體來看，教材編寫并未明確曲線運動的定義，就直接對曲線運動的特點進行逐一分析.這種著眼于局部特征而忽視整體概念把控的做法，容易導(dǎo)致學(xué)生對概念的認識模糊，造成認知上的偏差，影響對曲線運動的學(xué)習(xí).筆者通過對魯科版、滬科版、粵教版等高中物理教科書進行對比分析，發(fā)現(xiàn)三版教材都沒有設(shè)置獨立章節(jié)描述曲線運動，也未曾給曲線運動以明晰的定義，而是針對拋體運動、圓周運動等曲線運動形式進行分析.由于教材編寫的這種處理方式，就導(dǎo)致課堂教學(xué)中教師普遍采用“運動軌跡是曲線”這一表述對曲線運動進行概念界定.基于此，本文的討論將在“運動軌跡是曲線的運動叫做曲線運動”這一定義的基礎(chǔ)上展開.

由于“物體做曲線運動的條件”涉及曲線運動的本質(zhì)，因此，就成為本節(jié)教學(xué)的重點和難點.教材指出，“當(dāng)物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一條直線上時，物體做曲線運動.”為什么教材會給出這樣的定義？依據(jù)從何而來？其緣起不免讓學(xué)生感到迷惑，因為這一定義中涉及了“力”和“速度”兩個物理量，它們是怎樣聯(lián)系到一起的？由于“力”屬于動力學(xué)的范疇，“速度”屬于運動學(xué)的范疇，如何讓學(xué)生聯(lián)想到從速度和力之間的關(guān)系去探尋曲線運動的本質(zhì)這一問題，便成了本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的關(guān)鍵所在.因此，搭建二者聯(lián)系的橋梁，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的研究思路，就顯得尤為重要.

在中國知網(wǎng)上以“曲線運動教學(xué)設(shè)計”為主題進行搜索發(fā)現(xiàn)，關(guān)于“曲線運動的條件”的設(shè)計思路基本上是由曲線運動的軌跡引入，以“速度”為切入點，按照“軌跡—加速度—力”的邏輯順序展開，最后通過實驗，探究力與速度方向間的關(guān)系，從而得到曲線運動的條件.傳統(tǒng)的教學(xué)思路流程簡化見表1.

基本呈現(xiàn)出較為清晰的教學(xué)思路，但仍存在著一定的問題.首先，“軌跡”是曲線運動的結(jié)果，以此為起點去分析曲線運動的條件，可謂邏輯上的“本末倒置”;其次，由于整個運動過程相對復(fù)雜，涉及了眾多物理量，雖然最終追溯到“力”，但始終未能觸及“為何討論力與速度”的關(guān)系這一核心問題，沒有為學(xué)生搭建起從運動學(xué)到動力學(xué)過渡的橋梁，教學(xué)邏輯還是存在一定的問題.因此，有必要對本節(jié)課展開新的探索.

2 彰顯邏輯的高端備課

基于以上分析，我們以物理現(xiàn)象為出發(fā)點，按照“現(xiàn)象—速度方向—力”的邏輯順序展開，具體教學(xué)思路見表2.

2.1 找準癥結(jié)，把握教學(xué)起點

如前所述，本節(jié)課的難點在于尋找“曲線運動的條件”.那么，按照什么樣的研究思路才能找到這一條件呢？顯然，這就需要借助于觀察，從物體做曲線運動的現(xiàn)象出發(fā)去進行研究.

按照這種思路，學(xué)生最容易觀察到的是曲線運動的軌跡.雖然物體運動的軌跡是曲線，但是曲線運動的結(jié)果并不能說明曲線運動的條件.教師需要進一步引導(dǎo)學(xué)生進行分析：“在觀察物體做曲線運動的時候，是哪個物理量的改變使物體做曲線運動呢？”由于物體做曲線運動的位移和加速度都無法直接通過觀察得到，唯一能夠觀察到的是做曲線運動的物體速度方向一直在改變.因此，正是由于物體運動的速度方向一直在改變，所以物體才能做曲線運動.

那么進一步就需要追問，是什么導(dǎo)致做曲線運動的物體速度方向一直改變？通過簡單的分析就能知道，是力改變了速度的方向.

至此，學(xué)生由現(xiàn)象出發(fā)，通過觀察思考，在教師的不斷提問和引導(dǎo)下，逐步建立起運動學(xué)范疇的物理量“速度”與動力學(xué)范疇的物理量“力”之間的聯(lián)系，從而為理解曲線運動的本質(zhì)奠定了基礎(chǔ).相比于傳統(tǒng)教學(xué)，從物理現(xiàn)象出發(fā)，不僅簡化了教學(xué)流程，而且更加自然地引出了“速度”和“力”兩個矢量，有利于學(xué)生形成完整的思維邏輯.

2.2 層層分析，確定研究流程

在此基礎(chǔ)上，教師便可針對速度和力的關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生進一步思考和討論：力是矢量，既有大小又有方向.那么，究竟是力的哪個因素發(fā)生變化才導(dǎo)致物體速度方向發(fā)生改變而做曲線運動？為此，教師可為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，幫助學(xué)生明確分析思路：水平面上一物體在水平拉力F的作用下做勻速直線運動.以下哪種情況，可使物體在水平面做曲線運動？（1）改變拉力的大?。?）改變拉力的方向.

據(jù)此，學(xué)生便能夠結(jié)合已學(xué)的知識，分別對“改變力的大小是否會影響速度方向”“改變力的方向是否會影響速度方向”兩個問題展開思考.通過討論，學(xué)生認識到：只有改變拉力的方向才能夠使物體的速度方向發(fā)生改變.

通過對“力如何影響速度方向”的進一步分析，才能夠幫助學(xué)生更加深入地認識問題并形成正確的認識，經(jīng)過層層抽絲剝繭，最終將解決問題的關(guān)鍵鎖定在“力的方向”與“速度方向”二者之間的關(guān)系上.

2.3 設(shè)計實驗，驗證猜想結(jié)果

根據(jù)“力的方向改變會影響速度方向的變化”這一猜想，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過實驗進行探究，從而進一步驗證物體作曲線運動的條件.教材提到的“鋼球在磁鐵吸引下如何運動”的實驗，的確在某種程度上能夠顯示物體作曲線運動的條件，但還可以做一些改進.筆者認為，不應(yīng)直接將磁鐵放在鋼球運動路線旁，應(yīng)當(dāng)展現(xiàn)“沒有磁力作用”“合力（磁力）與運動方向共線（同向、反向）”“合力（磁力）與運動方向不共線”三類情況，便于學(xué)生進行對比思考，對實驗現(xiàn)象進行歸納總結(jié)，最終得出物體做曲線運動的條件.

綜上所述，由物理實驗現(xiàn)象出發(fā)總結(jié)得出物體作曲線運動的條件，既符合科學(xué)探究的一般步驟，也符合學(xué)生認知發(fā)展的規(guī)律，還能較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識、證據(jù)意識和動手能力.

3 高端備課的啟示

3.1 重視物理現(xiàn)象的創(chuàng)設(shè)

現(xiàn)象是物理學(xué)的根源[1].因此，物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)象作為出發(fā)點，把創(chuàng)設(shè)情境作為物理概念與規(guī)律教學(xué)的第一步， 為學(xué)生提供感性認識的材料[2]，幫助學(xué)生形成直觀的感受和認識，明確概念建立的事實依據(jù).本節(jié)高端備課正是以對曲線運動的觀察為教學(xué)起點，讓學(xué)生通過觀察逐步深入分析，按照“從現(xiàn)象到本質(zhì)”的教學(xué)順序進行，較好地解決了傳統(tǒng)教學(xué)“由結(jié)果推原因”所造成的“因果倒置”邏輯問題，從而幫助學(xué)生更加順暢地理解物體作曲線運動的條件，使得整個教學(xué)過程更具邏輯性和條理性.

3.2 關(guān)注教學(xué)邏輯的詮釋

教學(xué)的邏輯順序是至關(guān)重要的，只有形成合理的教學(xué)邏輯，才能幫助學(xué)生正確認識物理概念的內(nèi)涵和外延.教材在描述物體作曲線運動的條件時，沒有充分詮釋“力”和“速度”兩個不同類別物理量的關(guān)聯(lián)，缺乏由運動現(xiàn)象到運動本質(zhì)的過渡，存在著不易察覺的邏輯問題，這就容易導(dǎo)致學(xué)生不能形成清晰的學(xué)習(xí)思路.因此，幫助學(xué)生厘清邏輯，建構(gòu)正確的分析思路就顯得尤為重要.通過分別討論力的大小和方向如何影響速度方向改變，幫助學(xué)生建立嚴謹?shù)姆治鏊悸?，再借由實驗驗證，從而實現(xiàn)由教學(xué)邏輯到認知邏輯的過渡.由此可見，清晰的教學(xué)邏輯可以幫助學(xué)生認識知識的來龍去脈，有利于發(fā)展學(xué)生的邏輯思維，同時促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提高.

3.3 注重思維方法的應(yīng)用

分析是思維方法的重要組成內(nèi)容，也是學(xué)習(xí)物理的基本思維方法.所謂分析，就是把整體分解為部分、把復(fù)雜事物分解為簡單要素、把過程分解為片段、把動態(tài)作為靜態(tài)來研究的一種思維方式[3].通過本節(jié)高端備課可以看到，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，由物理現(xiàn)象出發(fā)，把曲線運動這一復(fù)雜的、動態(tài)的物理過程進行分解和轉(zhuǎn)化，最終找到導(dǎo)致物體速度方向改變的主要因素，從現(xiàn)象到本質(zhì)，通過層層分析，從而得到物體做曲線運動的條件，充分體現(xiàn)出思維方法與物理知識的融合.在教學(xué)過程中，教師不僅要幫助學(xué)生獲取知識，也要重視思維方法的滲透和顯化，訓(xùn)練學(xué)生的思維品質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生在概念和規(guī)律的獲得過程中體會思維方法的重要性，從而發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

參考文獻：

[1]楊振寧.楊振寧文集[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，1998.

[2]邢紅軍，張抗抗，胡揚洋等.物理概念與規(guī)律的教學(xué)要求：反思與重構(gòu)[J].課程·教材·教法，2018，38（02）：91-96.

[3]邢紅軍.中小學(xué)思維教學(xué)的深化研究[J].課程·教材·教法，2016，36（07）：33-39+75.