人教版《第五章　拋體運(yùn)動(dòng)》編寫說明

魏昕

摘 要：新人教版第五章的編寫說明，以使教師了解教材的內(nèi)容結(jié)構(gòu)變化及核心素養(yǎng)的落實(shí).

關(guān)鍵詞：新教材;內(nèi)容結(jié)構(gòu)變化;核心素養(yǎng)落實(shí);編寫說明

文章編號(hào)：1008-4134（2019）19-0002中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在學(xué)習(xí)了直線運(yùn)動(dòng)以及力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系后，學(xué)生掌握了位移、速度、加速度等描述運(yùn)動(dòng)的基本概念，以及利用質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系來(lái)描述物體運(yùn)動(dòng)的方法.相比直線運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)更加普遍，本章既新介紹了運(yùn)動(dòng)合成與分解的思想來(lái)研究曲線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，又用已學(xué)的牛頓運(yùn)動(dòng)定律對(duì)有關(guān)曲線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析.因此，本章既是之前所學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)在曲線運(yùn)動(dòng)中的具體應(yīng)用，又是對(duì)學(xué)生運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)的進(jìn)一步拓展和延伸.通過對(duì)本章的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)、力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系有更加完整和深入的認(rèn)識(shí).

1 全章概述

1.1 內(nèi)容結(jié)構(gòu)的變化

相比《課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》“會(huì)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法分析拋體運(yùn)動(dòng)”的要求，《課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）增加了“通過實(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.通過實(shí)驗(yàn)，探究并認(rèn)識(shí)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.體會(huì)將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的物理思想.能分析生產(chǎn)生活中的拋體運(yùn)動(dòng).”等內(nèi)容.

新課標(biāo)要求教師在教學(xué)過程中讓學(xué)生通過研究拋體運(yùn)動(dòng)，體會(huì)物理學(xué)中化繁為簡(jiǎn)的研究方法，拓展對(duì)運(yùn)動(dòng)多樣性的認(rèn)識(shí)，深化對(duì)位移、速度等重要概念的理解，進(jìn)一步提高對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí).要求學(xué)生在學(xué)完后，能夠認(rèn)識(shí)平拋運(yùn)動(dòng)的物理模型特征，體會(huì)實(shí)驗(yàn)和理論的推導(dǎo)方法，能使用證據(jù)說明自己的觀點(diǎn)，能對(duì)一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)提出質(zhì)疑.會(huì)做“探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)”等實(shí)驗(yàn)，能明確需要測(cè)量的物理量，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，會(huì)用提供的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并獲得數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)其中的特點(diǎn)，進(jìn)而歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并嘗試對(duì)其作出解釋.能撰寫簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告.教材根據(jù)以上變化，對(duì)本章內(nèi)容進(jìn)行了修訂.

與《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理 必修2》（以下簡(jiǎn)稱“必修2”）不同，新教材將原“曲線運(yùn)動(dòng)”分為“拋體運(yùn)動(dòng)”“圓周運(yùn)動(dòng)”兩章，在“拋體運(yùn)動(dòng)”中，相比“必修2”按照“曲線運(yùn)動(dòng)”“平拋運(yùn)動(dòng)”“實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)”的編排方式，新教材按照曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、形成的原因、研究的方法，以及探究典型曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的順序，將本章分為“曲線運(yùn)動(dòng)”“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”“拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”等4節(jié)，這樣的順序更能體現(xiàn)出研究物理問題的基本思路，也使得各節(jié)的重難點(diǎn)、內(nèi)容容量更加均衡，便于師生使用.

課時(shí)安排建議

1. 曲線運(yùn)動(dòng) 1課時(shí)

2. 運(yùn)動(dòng)的合成與分解1課時(shí)

3. 實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1課時(shí)

4. 拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律2課時(shí)

1.2 對(duì)核心素養(yǎng)的落實(shí)

本章立足于核心素養(yǎng)，圍繞力與運(yùn)動(dòng)觀念的形成組織內(nèi)容，充分體現(xiàn)科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的育人價(jià)值.

1.2.1 物理觀念

本章拓展了學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)多樣性的認(rèn)識(shí)，深化對(duì)位移、速度、加速度等基本概念的理解，豐富并完善學(xué)習(xí)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的有關(guān)運(yùn)動(dòng)與力的知識(shí)結(jié)構(gòu).解決曲線運(yùn)動(dòng)的問題，基本思路是將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，教材專門介紹了運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法，隨后在這一思路的指導(dǎo)下研究平拋運(yùn)動(dòng)，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決平面運(yùn)動(dòng)問題時(shí)化繁為簡(jiǎn)的意識(shí)和方法.

1.2.2 科學(xué)思維

本章重在促使學(xué)生體會(huì)模型、極限與遷移創(chuàng)新的思維過程.本章的核心分析方法是運(yùn)動(dòng)的合成與分解，教材在介紹時(shí)從實(shí)際問題出發(fā)，提取主要變量、簡(jiǎn)化問題，利用數(shù)學(xué)方法解決問題的步驟，清晰地體現(xiàn)了物理學(xué)中構(gòu)建模型的思維脈絡(luò)和研究方法.與建構(gòu)模型一樣，極限的思想也始終貫穿物理研究之中，教材在分析曲線運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速度的方向時(shí)，利用幾根虛線逼近切線的方式，形象地展現(xiàn)了這種思想.同時(shí)，教材也引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識(shí)和方法來(lái)分析新的問題.例如，教材在介紹物體平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)后，鼓勵(lì)學(xué)生仿照平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法分析得到斜拋運(yùn)動(dòng)的關(guān)系式，為學(xué)生發(fā)展遷移創(chuàng)新能力提供了合適的載體.

1.2.3 科學(xué)探究

本章實(shí)驗(yàn)方案具有較大的開放性，采用“問題串”的方式，鼓勵(lì)學(xué)生自主形成猜想和假設(shè)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，能主動(dòng)思考需要測(cè)量的物理量以及如何獲得數(shù)據(jù)，在得出結(jié)論時(shí)，能通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)其中的特點(diǎn)，進(jìn)而歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.與“必修2”先理論、后實(shí)驗(yàn)相比，新教材先對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究、然后進(jìn)行理論推導(dǎo)的編排設(shè)計(jì)，更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力.

1.2.4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

本章主要通過引導(dǎo)學(xué)生思考拋體運(yùn)動(dòng)模型的適用條件、實(shí)驗(yàn)時(shí)如何減小誤差、真實(shí)記錄和處理數(shù)據(jù)等方式，認(rèn)識(shí)到科學(xué)是對(duì)客觀世界的一種描述、并不是世界本身，形成事實(shí)求是的科學(xué)態(tài)度.

2 具體說明

2.1 第1節(jié)“曲線運(yùn)動(dòng)”：精簡(jiǎn)內(nèi)容，聚焦主線，重視體驗(yàn)

與“必修2”相比，新教材對(duì)節(jié)中的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和精簡(jiǎn).第1節(jié)“曲線運(yùn)動(dòng)”是學(xué)生思考曲線運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)究竟有何區(qū)別的起點(diǎn)，教材減小本節(jié)的容量，只圍繞認(rèn)識(shí)曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)展開，思路更加清晰.

通過生活現(xiàn)象——實(shí)驗(yàn)觀察——理論分析的路徑，幫助學(xué)生逐步聚焦于研究曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向有何特點(diǎn).只通過對(duì)特定生活現(xiàn)象的觀察，尚不能得出普遍的結(jié)論，只有將客觀事實(shí)和理性分析結(jié)合起來(lái)形成結(jié)論，才是科學(xué)的研究方法.因此，教材安排了斜槽軌道更具有普遍意義的演示實(shí)驗(yàn)，以及基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)的理論分析.演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了認(rèn)識(shí)和猜想的素材，而后的理論分析中隱含著極限的思想.教材用一系列的虛線來(lái)逼近切線，形象地展示了極限的思想.如圖1所示，AB割線的長(zhǎng)度與質(zhì)點(diǎn)由B至A的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比等于AB過程的平均速度大小，其平均速度的方向由B指向A.當(dāng)B非常非常接近A時(shí)，AB割線變成了過A點(diǎn)的切線，同時(shí)AB間的平均速度近似等于A點(diǎn)的瞬時(shí)速度，因此質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)的瞬時(shí)速度方向就是過A點(diǎn)的切線方向.同時(shí)，這也是教材第一次在非直線運(yùn)動(dòng)中對(duì)位移、平均速度、瞬時(shí)速度等概念進(jìn)行辨析，要在分析的過程中注意幫助學(xué)生加深對(duì)這些概念的理解.得出曲線運(yùn)動(dòng)速度的特點(diǎn)后，自然要思考其背后的原因是什么，從而引出研究物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件.教材引導(dǎo)學(xué)生自主從力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系著手思考，得出速度方向不斷改變必有合力不為零的結(jié)論，隨后安排演示實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助學(xué)生研究合力的特點(diǎn).

新教材對(duì)實(shí)驗(yàn)有所改進(jìn)，為了確保小球每次滾下的速度都相同，新教材在實(shí)驗(yàn)裝置中特意設(shè)計(jì)了斜槽導(dǎo)軌，避免因初速的不同而對(duì)小球運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生影響，確保實(shí)驗(yàn)中只有力能夠影響小球的運(yùn)動(dòng)情況，提升實(shí)驗(yàn)的可操作性（如圖2）.本節(jié)除了安排兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)外，還特意安排了“做一做”，讓學(xué)生親自動(dòng)手，觀察體會(huì)做曲線運(yùn)動(dòng)物體的速度方向與軌跡的關(guān)系.這一活動(dòng)旨在增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶和理解.

2.2 第2節(jié)“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”：凸顯分析曲線運(yùn)動(dòng)的一般思路

“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”是解決一般曲線運(yùn)動(dòng)問題的基本方法，新教材將此內(nèi)容剝離出來(lái)，單獨(dú)作為第2節(jié)，標(biāo)題也從“運(yùn)動(dòng)描述的實(shí)例”變?yōu)椤斑\(yùn)動(dòng)的合成與分解”，正是為了凸顯這一解決問題“化繁為簡(jiǎn)”的基本思路.本節(jié)是從定量研究直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)入定量研究曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是接下來(lái)研究平拋運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵和基礎(chǔ).在之前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)掌握了描述直線運(yùn)動(dòng)的方法，也知道如何分解與合成力，這些都為本節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ).通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將了解如何用平面坐標(biāo)系描述曲線運(yùn)動(dòng)，以及把一個(gè)運(yùn)動(dòng)分解成幾個(gè)分運(yùn)動(dòng)的方法.隨著后續(xù)兩節(jié)關(guān)于平拋運(yùn)動(dòng)的討論，學(xué)生將進(jìn)一步理解、應(yīng)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的思想和方法.

在具體編寫時(shí)，本節(jié)同樣注重讓學(xué)生經(jīng)歷解決物理問題的基本過程——模型建構(gòu).教材以人游泳過河會(huì)在哪里上岸這一實(shí)際問題展開討論.為了回答此問題，教材提取問題的主要因素，將其簡(jiǎn)化為一個(gè)可研究的物理問題，即研究蠟塊在沿水平方向運(yùn)動(dòng)的玻璃管中的運(yùn)動(dòng)情況.在此基礎(chǔ)上，為了獲得準(zhǔn)確、定量的研究結(jié)果，教材引入了平面直角坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)系定量描述蠟塊位置隨時(shí)間的變化情況，得出蠟塊運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，從而也最終回答了“人在哪里上岸”的問題（如圖3）.此外，在例題的設(shè)計(jì)上也同樣遵從了這一理念.與“必修2”中計(jì)算飛機(jī)分速度的例題相比，新例題以乘電梯和走樓梯誰(shuí)更快為情境，更加突出以實(shí)際問題為導(dǎo)向，再次經(jīng)歷模型建構(gòu)的過程，在解決實(shí)際問題的過程中體會(huì)分速度與合速度的關(guān)系，而不是為了計(jì)算而計(jì)算.

2.3 第3節(jié)“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”：注重問題導(dǎo)向，促進(jìn)學(xué)生自主思考，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)開放性

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)通過實(shí)驗(yàn)探究并認(rèn)識(shí)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并將該實(shí)驗(yàn)列為必做實(shí)驗(yàn).新教材將探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)置于理論推導(dǎo)之前，單獨(dú)作為第3節(jié)，目的在于切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的探究能力.實(shí)驗(yàn)思路圍繞運(yùn)動(dòng)的合成與分解展開，考慮到學(xué)生通過之前的探究實(shí)驗(yàn)已經(jīng)具備了一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，因此，在?shí)驗(yàn)方案中，教材將實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟變成“問題串”，引導(dǎo)學(xué)生自主作出猜想、確定要測(cè)量的物理量、如何減小實(shí)驗(yàn)誤差等，不再給出實(shí)驗(yàn)的具體細(xì)節(jié)和步驟，這樣的設(shè)計(jì)能夠真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主思考、自主探究的目的.

本實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)方案：第一個(gè)方案是以頻閃照相的方法研究平拋運(yùn)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)在于能夠直接觀察物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，便于學(xué)生獲得直觀的認(rèn)識(shí)，并可在照片中建立坐標(biāo)系，研究位移、速度與時(shí)間的關(guān)系.該方案的研究方法更加普遍，與根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶研究小車運(yùn)動(dòng)情況在本質(zhì)上是一致的，學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上較為容易地自主展開探究活動(dòng).方案二則是先研究豎直方向的分運(yùn)動(dòng)，然后研究水平方向的分運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上更加巧妙，注重實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操控，體現(xiàn)了轉(zhuǎn)化和等效的思想，是鍛煉學(xué)生科學(xué)思維的良好機(jī)會(huì).雖然教材給出了參考案例，但在討論階段并不一定拘泥于此.例如，教材在正文中提出“是否需要獲取物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡？”的問題，參考案例和習(xí)題當(dāng)中的實(shí)驗(yàn)裝置給出了不同的答案（如圖4），關(guān)鍵是要激發(fā)學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生的遷移創(chuàng)新能力，檢驗(yàn)學(xué)生是否具備獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置的能力.

此外，該節(jié)最后還設(shè)計(jì)了“拓展學(xué)習(xí)”欄目，即利用傳感器和計(jì)算機(jī)等數(shù)字實(shí)驗(yàn)設(shè)備探究平拋運(yùn)動(dòng)，供有條件的學(xué)校和學(xué)生參考.

2.4 第4節(jié)“拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”：重視理論推導(dǎo)，關(guān)注前后內(nèi)容的聯(lián)系

通過第3節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果知道了平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，第4節(jié)“拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”則是通過理論分析，更進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí).理論推導(dǎo)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，既涉及研究曲線運(yùn)動(dòng)的方法，又涉及受力分析和牛頓運(yùn)動(dòng)定律，是對(duì)之前所學(xué)內(nèi)容的綜合應(yīng)用.教材在推導(dǎo)平拋運(yùn)動(dòng)的速度、位移和軌跡時(shí)給出了清晰、完整的推導(dǎo)過程，目的在于讓學(xué)生體會(huì)邏輯推理的嚴(yán)謹(jǐn)性和規(guī)范性，為了讓學(xué)生加深這種體會(huì)，教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注重過程，強(qiáng)調(diào)解決問題的程序與步驟的合理性與完整性，形成規(guī)范.在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生嘗試分析一般拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，則是培養(yǎng)學(xué)生如何將現(xiàn)有知識(shí)、方法遷移到新問題的難得機(jī)會(huì).

本節(jié)最后安排了“思考與討論”的欄目，讓學(xué)生在推導(dǎo)出一般拋體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上思考空氣阻力對(duì)上述規(guī)律的影響.目的在于與第3節(jié)進(jìn)行呼應(yīng)，再次提醒學(xué)生認(rèn)識(shí)到，與自由落體等運(yùn)動(dòng)一樣，拋體運(yùn)動(dòng)也是一種理想化的運(yùn)動(dòng)模型，只有在空氣阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響可忽略時(shí)，運(yùn)用該模型得出的結(jié)果才與實(shí)際情況相符，引發(fā)學(xué)生更進(jìn)一步思考物理模型與客觀現(xiàn)實(shí)的差異，為學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)打開一扇窗戶.

（收稿日期：2019-08-15）