西藏民間體育運(yùn)動(dòng)在高中物理力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

李興祥 拉薩中學(xué) 尹佳 拉薩師范高等?？茖W(xué)校數(shù)學(xué)和自然科學(xué)系

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在“地方和學(xué)校實(shí)施本課程的建議”中提出要重視課程資源的開發(fā)、整合與利用。西藏地區(qū)擁有豐富獨(dú)特的的本土資源，包括歷史資源、文化資源、自然資源等。西藏民間體育運(yùn)動(dòng)是西藏本土資源的一部分，蘊(yùn)含著豐富的物理元素，可開發(fā)成為高中物理教學(xué)資源。在教學(xué)中恰當(dāng)融入當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)文化既可以增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，又可以為理論教學(xué)增添一絲“煙火氣”。［1］如何將民間體育運(yùn)動(dòng)等特色資源用于高中物理教學(xué)是值得探討的問題。

一、西藏民間體育的理解

藏族人民在長(zhǎng)期的生產(chǎn)、生活中創(chuàng)造了燦爛奪目的青藏高原文明，而藏族民間流傳下來的傳統(tǒng)體育運(yùn)動(dòng)可稱得上一枝獨(dú)秀，它有著悠久的歷史，又有著濃郁的民族特色，可分為八大類二十幾個(gè)項(xiàng)目。五百年前藏族學(xué)者達(dá)倉(cāng)·班覺桑布在《漢藏典籍》中寫道：“男子漢同時(shí)應(yīng)具備九大技能，這九大技能分別是射箭、擲石、跳遠(yuǎn)、擲色子、下棋、計(jì)算、跑步、套繩、游泳?！睆倪@幾行字中我們可以清楚地了解到五百多年前藏族民間體育運(yùn)動(dòng)已經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)?shù)乃?。西藏民間體育運(yùn)動(dòng)同其他科學(xué)文化藝術(shù)一樣，是中華民族寶貴的文化遺產(chǎn)，是社會(huì)主義體育事業(yè)的一個(gè)重要組成部分［2］,是增強(qiáng)文化自信、民族自信的重要手段。體育運(yùn)動(dòng)和物理教學(xué)緊密相連，我們可將最引人注目的幾個(gè)項(xiàng)目——鍋莊舞、跑馬射箭、抱石比賽、工布響箭、大象拔河、古朵等用于高中物理教學(xué)。

二、高中物理力學(xué)的解釋

力學(xué)是研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，可分為靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三部分，靜力學(xué)研究力的平衡或物體的靜止問題；運(yùn)動(dòng)學(xué)只考慮物體怎樣運(yùn)動(dòng)，不討論它與所受力的關(guān)系；動(dòng)力學(xué)討論物體運(yùn)動(dòng)和所受力的關(guān)系。在人教版高中物理必修一中學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)知識(shí)、必修二學(xué)習(xí)力相關(guān)知識(shí)及物體運(yùn)動(dòng)和受力關(guān)系——牛頓運(yùn)動(dòng)定律。很多西藏民間體育運(yùn)動(dòng)都涉及到這些知識(shí)點(diǎn)，可以通過對(duì)這些體育運(yùn)動(dòng)的分析，加強(qiáng)學(xué)生的理解與應(yīng)用，在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)提升人文素養(yǎng)。［3］

三、西藏民間體育運(yùn)動(dòng)在力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

中華文化博大精深，西藏民間體育運(yùn)動(dòng)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，它與歷史悠久的物理課程有很多相通相融的地方。每一種傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)都是力與運(yùn)動(dòng)的巧妙結(jié)合，高中物理力學(xué)知識(shí)在西藏民間體育運(yùn)動(dòng)中體現(xiàn)得淋漓盡致。本文從高中物理《必修一》和《必修二》入手，以舉例的方式詳細(xì)介紹如何將西藏民間體育元素融入力學(xué)教學(xué)中。

（一）“鍋莊舞”應(yīng)用物理教學(xué)實(shí)例

鍋莊舞，又稱為“歌莊”“果卓”“卓”等，藏語意為圓圈歌舞，是藏族三大民間舞蹈之一。2006年5月20日，鍋莊舞經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)列入第一批國(guó)家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄。舞蹈時(shí)拉手成圈，隊(duì)形按順時(shí)針行進(jìn)。

1.講解描述運(yùn)動(dòng)的物理量

假設(shè)眾人圍成的圈子半徑為10m，三首歌（10分鐘）轉(zhuǎn)一圈，則一個(gè)人在這段時(shí)間的位移、路程、平均速度、平均速率都可以計(jì)算出來。因?yàn)殄伹f舞是一直在轉(zhuǎn)圈，轉(zhuǎn)一圈回到原點(diǎn)可知這段時(shí)間內(nèi)的位移為0，但路程卻是一圈的周長(zhǎng)，以此區(qū)分路程和位移。高一學(xué)生對(duì)速度的理解停留在初中所學(xué)的路程除以時(shí)間，實(shí)際上速度是一個(gè)矢量，有方向有大小，應(yīng)該是位移與所用時(shí)間的比值。簡(jiǎn)單的一個(gè)鍋莊舞例子既可以幫助學(xué)生區(qū)分路程和位移的概念、速度和速率的概念，還能設(shè)置簡(jiǎn)單的計(jì)算題，使同學(xué)們掌握計(jì)算方法。

2.考查質(zhì)點(diǎn)的概念

質(zhì)點(diǎn)，是用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)，物體可簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)的條件是物體的形狀和大小在所研究的問題中可以忽略。研究跳鍋莊舞的某一個(gè)人運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，可以將這個(gè)人看成質(zhì)點(diǎn)；在研究跳舞的某一個(gè)人動(dòng)作是否規(guī)范時(shí)，不能將這個(gè)人看成質(zhì)點(diǎn)。以此來幫助學(xué)生理解。

（二）“騎馬射箭”應(yīng)用物理教學(xué)實(shí)例

西藏農(nóng)牧區(qū)的傳統(tǒng)節(jié)日望果節(jié)和賽馬節(jié)是有悠久歷史的民間傳統(tǒng)節(jié)日，它是以露天集會(huì)的形式開展各項(xiàng)活動(dòng)的，有飛馬射擊、飛馬拾哈達(dá)、馬上射箭、牦牛賽跑等項(xiàng)目。［1］

1.講解力學(xué)相關(guān)知識(shí)

在射擊時(shí)，手對(duì)弓箭的作用力和弓箭對(duì)手的作用力屬于相互作用力，大小相等，方向相反。弓箭射到靶上時(shí)，弓箭對(duì)靶的作用力和靶對(duì)弓箭的作用力屬于相互作用力。

2.講解描述運(yùn)動(dòng)的物理量

我們可以給學(xué)生介紹弓箭的速度和制作材料、重量、拉弓大小等有關(guān)，速度為50-90米/秒；駿馬奔跑的速度大約20公里/小時(shí)，最快的能達(dá)到60-70公里/小時(shí)，換算單位是16.7米/秒；牦牛體型龐大，看似笨重，實(shí)則擅長(zhǎng)奔跑，時(shí)速可達(dá)40公里以上，換算單位是11米/秒。但我們知道這些是最大速度，是某一時(shí)刻的速度，也就是瞬時(shí)速度。以此講解速度的分類、計(jì)算和單位換算。根據(jù)比賽前的準(zhǔn)備狀態(tài)和結(jié)束時(shí)的靜止?fàn)顟B(tài)，可知速度的大小在整個(gè)過程中是有變化的，從0到最大速度再到0，必然存在加速度。

3.考查運(yùn)動(dòng)中的圖像問題

設(shè)某次牦牛運(yùn)動(dòng)時(shí)，某同學(xué)記錄了牦牛運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間關(guān)系，并作出了x-t圖像，如圖1：

圖1

根據(jù)x-t圖像，圖像的斜率反應(yīng)速度的大小，可以分析牦牛運(yùn)動(dòng)過程中速度如何變化；也可根據(jù)牦牛運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間關(guān)系，做出以上v-t圖像，再根據(jù)v-t圖像斜率分析牦牛運(yùn)動(dòng)過程中加速度如何變化。

（三）“抱石頭”應(yīng)用物理教學(xué)實(shí)例

藏族人民崇拜大力士，抱石頭是西藏藏族民間獨(dú)特的一種體育活動(dòng)，是廣大勞動(dòng)群眾在勞動(dòng)生產(chǎn)的實(shí)踐過程中逐步演變發(fā)展起來的。抱石頭時(shí)需要兩手抱住大石頭的側(cè)面，緩慢移動(dòng)腳步奔向終點(diǎn)。［2］

1.講解相互作用力和平衡力的關(guān)系

人抱石頭過程中，人對(duì)石頭的力和石頭對(duì)人的力是相互作用力，大小相等，方向相反，作用在不同的物體上，力的性質(zhì)相同。人抱著石頭靜止不動(dòng)或者勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，石頭受到的重力和人對(duì)石頭的力屬于平衡力，大小相等，方向相反，作用在同一個(gè)物體上，力的性質(zhì)不同。

2.考查受力分析

假設(shè)一參賽選手抱住一百公斤石頭的兩邊向前勻速運(yùn)動(dòng)，其他身體部位并未接觸到石頭，我們可以分析出因?yàn)槭莿蛩偾斑M(jìn)，所以石頭此時(shí)受力平衡，它受重力、雙手對(duì)它的壓力及向上的靜摩擦力。假設(shè)參賽選手抱住石頭的兩邊向前加速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，腹部也對(duì)石頭施加了力，那么我們可以分析出石頭受重力、雙手對(duì)石頭的壓力、腹部對(duì)石頭的壓力和豎直向上的靜摩擦力四種力的作用，由于石頭正被抱著加速運(yùn)動(dòng)，水平方向的力由腹部的壓力提供。受力分析如圖2所示：

圖2

（四）“工布響箭”應(yīng)用物理教學(xué)實(shí)例

工布響箭，是藏地的一種傳統(tǒng)射箭比賽，有1500多年的歷史。是工布地區(qū)在慶祝豐收、迎接新年等重要節(jié)慶活動(dòng)中必不可少的競(jìng)技娛樂活動(dòng)。因箭尾上有木質(zhì)圓頭，內(nèi)鉆小孔，箭在飛射期間，會(huì)發(fā)出尖銳的鳴哨聲,“響箭”由此得名。

1.介紹彈力相關(guān)知識(shí)

響箭表演時(shí)，人站在距離靶圍50米的地方開弓，靶圍分為黑白紅三圈，白紅兩圈都是活動(dòng)的，有外力作用時(shí)，會(huì)從外圈脫落出來。從拉弓射箭到射掉靶心都有彈力的因素，拉弓時(shí)可以感受到彈力，也可以觀察到彈性形變，更可以畫出彈力的方向。當(dāng)箭射掉靶心也是因?yàn)榧o了靶心推力，推力正是彈力的一種，由此講解彈力的分類。

2.解釋能量轉(zhuǎn)換、慣性

拉弓射箭涉及能量的轉(zhuǎn)換，拉彎的弓具有彈性勢(shì)能，箭被射出時(shí)，其彈性勢(shì)能減小，箭的動(dòng)能變大，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。箭射出后，由于箭具有慣性，仍然要保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以箭能繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。

（五）“大象拔河”應(yīng)用物理教學(xué)實(shí)例

“大象拔河”不是真正的大象在拔河，而是一種藏式拔河，在西藏已有百年的歷史。比賽前，先選一塊平地畫好兩端的邊界和中線，參賽雙方各選一人，把一根約4.5米的繩子兩端打結(jié)套在脖子上，將繩子經(jīng)過腹胸部從襠下穿過，趴在中線的兩端，頭部向前，屁股相對(duì)，形如大象。［2］聽到比賽開始的口令后，兩人用力互拉前爬（爬拉動(dòng)作模擬大象）。用腿腰肩頸的力量拖動(dòng)繩子奮力向前爬，以將紅布標(biāo)志拉過河界者為勝。

提到拔河，我們會(huì)想到一些問題：拔河的力從何而來？是不是力氣大就能贏得比賽？有人會(huì)說這個(gè)力就是我們自己使出的力，誰的力氣比較大誰就能贏得比賽?？墒窃诎魏舆^程中，甲方拉乙方的力和乙方拉甲方的力是一對(duì)作用力和反作用力，不論誰的力氣大，只要繩子拉緊，兩個(gè)力就一定是大小相等的。所以拔河的力其實(shí)來源于摩擦力，是地面給人的摩擦力，是摩擦力阻止人被拉走。我們從這個(gè)問題引出摩擦力的概念，再提問如何增大這個(gè)力贏得比賽，也就是如何增大摩擦力，來進(jìn)行新課講解。隨后介紹摩擦力分為滑動(dòng)摩擦力、靜摩擦力和滾動(dòng)摩擦力，通過親身實(shí)踐找出增大滑動(dòng)摩擦力的方法是增大接觸面粗糙程度和增大正壓力，如圖3。

圖3

（六）“古朵”應(yīng)用物理教學(xué)實(shí)例

“古朵”也稱“屋兒跺”，意為拋擲石頭。它起源于放牧。古時(shí)，用于牧民放牧和驅(qū)趕虎豹豺狼，在西藏歷史悠久。［2］現(xiàn)在用的“古朵”鞭是一種用牦牛毛或者山羊毛編織而成的拋石頭工具。鞭長(zhǎng)約一米五，用拋石繩包著石頭，使勁掄圓轉(zhuǎn)幾圈便可以把石頭打出去，可以把石頭拋得更遠(yuǎn)。通過“古朵”，可以講解很多物理知識(shí)點(diǎn)。

1.講解慣性、參考系

石頭由“靜止”到“空中飛行”，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化，石頭還未拋出時(shí)，相對(duì)于地面，石頭在運(yùn)動(dòng)；相對(duì)于“古朵”，石頭靜止，從而理解參考系及相對(duì)運(yùn)動(dòng)。而石頭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，可以知道力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，石頭最終因?yàn)槭艿街亓涂諝庾枇Φ挠绊懚矒舻孛嫱Ｖ惯\(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)再次因?yàn)榱Χ淖儭熒€可以親身感受一下大石頭和小石頭的區(qū)別，大石頭更難拋出去因?yàn)樗馁|(zhì)量更大，慣性就更大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更難改變。所以拋擲石頭可以很好地解釋牛頓第一定律即慣性定律。

2.分析曲線運(yùn)動(dòng)中速度的方向

使用“古朵”拋石時(shí)，拋出的位置不同，石頭運(yùn)動(dòng)的方向不同。有經(jīng)驗(yàn)的牧民根據(jù)拋出時(shí)的位置、傾角，可以將石頭拋得更遠(yuǎn)。使用“古朵”拋石，拋出石頭瞬間，石頭運(yùn)動(dòng)方向與繩的方向垂直，石頭將以拋出時(shí)的速度方向運(yùn)動(dòng)，從而說明曲線運(yùn)動(dòng)中，某一點(diǎn)速度方向?yàn)樵擖c(diǎn)切線方向。

3.計(jì)算描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量

使用“古朵”拋石時(shí)，拋出石頭前，人拉住“古朵”繩使石頭繞手做圓周運(yùn)動(dòng)，通過記錄t時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，可以計(jì)算石頭做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度、周期、頻率等，通過“古朵”繩長(zhǎng)，用公式v=ωr，可以計(jì)算石頭的線速度，從而也能解釋為什么用“古朵”能把石頭拋得更遠(yuǎn)。把石頭做的圓周運(yùn)動(dòng)近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，用前面計(jì)算的物理量，可以計(jì)算出石頭做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，通過受力分析可得石頭所受到的合力提供向心力，可以計(jì)算描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理量。

4.考查斜拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)

圖4

四、總結(jié)

我們很多優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化中含有大量物理學(xué)知識(shí)和概念，有些具有豐富有趣的歷史背景或故事，有些是以優(yōu)美的詩(shī)詞歌賦的形式呈現(xiàn)［4］，有些則通過連續(xù)或不連續(xù)的動(dòng)作體現(xiàn)。西藏本土傳統(tǒng)文化是其中的一部分，蘊(yùn)含著豐富的教學(xué)資源，我們本著教學(xué)生活化的原則，從當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)體育運(yùn)動(dòng)入手，分析其中凸顯的物理原理，實(shí)現(xiàn)與高中物理教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。通過一年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，無論是調(diào)查問卷還是隨機(jī)訪談?wù){(diào)查都能發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)這樣的教學(xué)內(nèi)容有濃厚的興趣，也降低了對(duì)物理學(xué)習(xí)的排斥感。本土資源進(jìn)課堂不僅縮短了漢族教師與藏族學(xué)生的距離，也促進(jìn)了傳統(tǒng)文化的弘揚(yáng)與發(fā)展。