基于原始物理問題的“平拋運動”教學設計

沙桂宇，張 勇

(吉林師范大學，吉林 四平 136000)

1 引言

2017版《高中物理課程標準》中指出：“從生活走向物理，從物理走向世界?！盵1]原始物理問題作為從現(xiàn)實生活中直接挖掘出的問題，是物理習題的一種。學生在解決原始物理問題時真正做到了將理論與實際相結合，提高學生解決實際問題的能力。目前我國中學物理教學，教師更加注重將物理概念、物理公式直接教授給學生，學生機械地背誦直接應用在習題中，將物理學成了文科。當學生面對現(xiàn)實生活中的實際問題時常常無處下手，使物理學習與學生的生活脫軌，學生無法將自己在生活中積攢的直接經驗轉化為間接經驗。

2 原始物理問題表征理論

所謂原始物理問題，是指自然界及社會生活，生產中客觀存在且未被加工的物理問題[2]。它的特點是沒有給出明確的題設條件，需要學生自行查找有關方面的知識自行設置已知量和求解未知量。而物理習題則是指從實際問題中經過人為抽象加工出來的物理問題，是一種理想化的經過人為加工后的情境。他們的關系如圖1所示[3]。

圖1 原始物理問題表征邏輯圖

在平時的教學中，學生和教師更多的注意圖中虛線框中的演算推導得出正確結論的過程，學生對物理概念、物理規(guī)律的直接機械的應用，并沒有思考其中內在邏輯。當遇到現(xiàn)實生活中的問題時常束手無策。因此在教學過程中恰當?shù)匾朐嘉锢韱栴}能夠幫助學生理解物理學科的本質，培養(yǎng)學生的科學思維。原始物理問題與學生的實際生活緊密相連，日常生活中存在大量生動富有教育意義的生活現(xiàn)象，其中蘊含著豐富的物理知識，而這些有趣的現(xiàn)象不僅能激發(fā)學生的學習物理的興趣又能培養(yǎng)學生的建模能力。將生活中的物理現(xiàn)象引入到物理教學中，形成原始物理問題，使學生豐富的感性認知，學生親身體驗動腦動手，合作探究，自主查閱材料，培養(yǎng)學生舉一反三的能力，開闊學生的思路。

綜上所訴，筆者認為以原始物理問題的表征理論為指導，對《平拋運動》進行教學設計，使學生在解決原始物理問題的過程中，從而正確理解平拋運動的特點、性質和規(guī)律，提高學生解決實際問題的能力。

3 基于原始物理問題的教學設計

3.1 教材分析

平拋運動是一種重要的運動，他不僅是曲線運動知識的深化和擴展，更是物理能力的培養(yǎng)與提高。本節(jié)課是學生學習運動的一個重要轉折點，以往學生接觸的都是直線運動，對于本節(jié)課曲線運動的處理方法及運動規(guī)律比較陌生。平拋運動是典型的勻變速曲線運動，它體現(xiàn)了處理復雜曲線的基本方法——先分解成兩個簡單的直線運動，再利用上節(jié)課所講的合運動與分運動的性質。引入原始物理問題，在解決問題的過程中幫助學生理解平拋運動的規(guī)律及特點。

3.2 教學思路

在課堂教學過程中，恰當?shù)匾朐嘉锢韱栴}，提出能夠引起學生思維沖突的問題，吸引學生學習興趣，激發(fā)學生探索的欲望。

本節(jié)課的教學設計緊緊圍繞原始物理問題展開。

提出原始物理問題——細化原始物理問題——引導學生建立恰當?shù)哪Ｐ汀鉀Q問題——應用并解決新的原始物理問題。

由“扔飛鏢”的小游戲導入新課，激發(fā)學生的學習興趣。學生在教師的指導下回顧曲線運動中運動的合成與分解相關的知識。教師提出原始物理問題：飛鏢為什么能射中自由落體下落的硬紙板上的靶心。教師通過受力分析、牛頓第二定律、運動的合成與分解得出平拋運動的定義和計算公式。由“柯受良飛躍黃河”這一現(xiàn)實生活中典型的原始物理問題引導學生自己構建平拋運動的模型，自主查找相關資料獲得已知條件，利用公式求解原始物理問題。最后，觀看云南蝗災中無人機噴灑農藥的視頻，提出原始物理問題：農藥在空中運動的時間與什么因素有關？農藥的落地點與什么因素有關?學生需要自己尋找與解題相關的條件，解決現(xiàn)實生活中的問題，達到學以致用的效果。

3.3 教學過程

3.3.1 新課引入

教師首先進行師生互動小游戲“扔飛鏢”。引入新課，啟發(fā)學生的思考。

問題1：飛鏢做什么運動？

設計意圖：以“扔飛鏢”小游戲導入新課，使學生產生濃厚的學習興趣，學生會產生躍躍欲試的心態(tài)，學生的自主探索欲望很強烈，并恰當?shù)奶岢鰡栴}，引發(fā)學生的思考，提高學生自主探究的能力，解決原始物理問題，培養(yǎng)學生的建模思維。

學生直接分析以上現(xiàn)象，具有一定的難度，為此需要建立一個簡單的模型，去探究飛鏢運動的特點。

3.3.2 平拋運動的特點

“扔飛鏢”是在游樂場中較為常見的游戲，教師將學生分成小組進行小游戲，教師簡單介紹小游戲的內容，讓學生帶著問題做游戲：飛鏢的運動軌跡是怎樣的。

設計方案：讓學生課前自主準備飛鏢、畫有靶心的硬紙板，引導學生做“扔飛鏢”的小游戲，使飛鏢放于拉伸的橡皮筋上并瞄準靶心，在飛鏢射出的同時釋放靶心，讓硬紙板做自由落體運動，觀察實驗結果。

問題2：飛鏢的初速度是什么方向？

問題3：為什么飛鏢能正好擊中靶心？

設計意圖：教師利用“扔飛鏢”小游戲，將現(xiàn)實生活中常見的小游戲與教學聯(lián)系起來，使學生親身感受平拋的場景，設計由淺入深的問題引發(fā)學生的思維沖突，讓學生自主的聯(lián)系上一節(jié)課曲線運動的合成與分解，思考如何將平拋運動進行分解，分解后分運動的特點是怎么樣的。利用簡單的生活現(xiàn)象啟發(fā)學生思考。

學生通過小游戲發(fā)現(xiàn)初速度方向水平，根據(jù)已經學過的受力分析對運動的飛鏢進行分析，得出飛鏢受到重力和空氣阻力的作用，在教師的引導下為了研究方便忽略空氣阻力。將平拋運動分為水平方向和豎直方向的兩個分運動。

問題4：飛鏢在水平方向和豎直方向分別做什么運動？

學生回答：水平方向由于沒有外力，則小球在水平方向做勻速直線運動，在豎直方向上由于只受的重力則小球做自由落體運動。

教師因勢利導，得出平拋運動的定義、平拋運動的性質，使學生自己建構出平拋運動水平方向和豎直方向的運動學公式。

3.3.3 解決原始物理問題幫助學生鞏固平拋運動計算公式

教師用視頻展示柯受良飛躍黃河的片段，如圖2 再次吸引學生的注意力，讓學生利用本節(jié)課所學習的平拋運動特點和計算公式進行查閱資料和計算，從而達到學以致用的目的。

圖2 飛躍黃河片段圖

教師簡單介紹背景，44 歲的柯受良決定飛躍黃河為香港回歸獻上一份厚禮。他經過5 次沿黃河岸邊勘察選點，4 次親臨壺口考察，一次次與陜西等有關部門和單位聯(lián)系，經過3 次試飛。柯受良最終駕駛三菱汽車成功飛躍黃河壺口瀑布，成為華人心中的驕傲。

問題5：請自主調查數(shù)據(jù)，并估算出柯受良成功飛躍黃河時，跑車與對岸水平面的最低高度（即柯受良安全飛躍的高度差）？

問題6：通過觀看視頻，先畫出情景圖，簡單的畫出大致的軌跡。

學生：通過查閱新聞和觀看視頻，題目只要求估算柯受良安全飛躍高度差，可以將跑車運動看成近似的平拋運動，所以只需要知道飛躍壺口瀑布的時間即可求出高度。通過調查資料可知：壺口瀑布的寬度大約為55 米（為了安全起見，在計算時可取60 米），汽車可在短時間內加速到150 公里的時速，由此可根據(jù)平拋運動在水平方向做勻速直線運動可求出車輛運行時間，進而求出壺口瀑布與對岸的高度差。

教師：車輛起飛時的初速度方向為水平方向，在解題過程中忽略空氣阻力和車輛啟動所需時間等次要因素，突出主要因素，柯受良飛躍黃河可以近似看成平拋運動。通過物理公式和數(shù)學知識即可求解。

設計意圖：將原始物理問題引進課堂教學，能夠清晰地讓學生感受到物理來源于生活、解決生活中的問題，極大的增加了學生學習的興趣。讓學生分析真實的物理問題，能夠培養(yǎng)學生的科學思維，有利于將在課堂上所學到的書本知識順應內化為自己頭腦中的知識結構?？率芰硷w躍黃河是一個典型的原始物理問題，首先學生必須建立適當?shù)奈锢砟Ｐ?，了解平拋的性質，通過查閱資料才能得到解決問題的已知條件，再根據(jù)平拋運動的公式和數(shù)學運算來解決實際生活中的問題。

3.3.4 解決原始物理問題幫助學生鞏固平拋規(guī)律

通過播放“無人機噴灑農藥”視頻，教師簡單介紹背景。在2020 年6 月份我國云南勐臘等地區(qū)蝗災爆發(fā)，由老撾地區(qū)飛來的黃脊竹蝗導致萬畝農田成災，在抗災的過程中，為有效遏制竹蝗的危害，防治人員啟用了無人機噴藥開展飛防作業(yè)，幫助云南盡早走出困境。

問題6：無人機噴藥時，需要提前將藥噴灑在農田上，大家思考一下噴灑出的農藥做什么運動？

學生：通過觀看視頻和新聞材料，飛機在空中做勻速直線運動，則由飛機噴灑出來的農藥的初速度方向也一定是沿水平方向的。農藥在空中運動的過程中可以忽略所受的空氣阻力這一次要因素，突出農藥在空中受到重力這一主要因素。則農藥的初速度是水平方向且只受重力的作用，完全符合平拋運動的條件，農藥在空中做平拋運動。

問題7：有哪些因素會影響農藥的落地時間和落地位置？

學生：農藥在空中做平拋運動，則在豎直方向上做自由落體運動，在水平方向上做勻速直線運動。則由，可得到，落地時間僅與豎直高度有關，飛機高度越高，運動時間越長。落地位置即為水平位移，由x=v0t，則，可以得出落地位置與飛機飛行的速度和高度有關。

設計意圖：學生通過了解資料，可以對國家時事有所了解，將所學過的知識應用于農業(yè)保護中，提高學生解決實際問題的能力。通過教師導入原始物理問題，激發(fā)學生的求知欲和好奇欲，引導學生建立平拋模型，學生在教師的指導下根據(jù)平拋運動的性質、自己推導水平位移的公式，進而可以知道水平位移受什么因素的影響，這一過程完全是由學生自己推導得出，可以大大加深學生的記憶。

4 結論

在《平拋運動》一課的傳統(tǒng)教學模式中教師往往向學生傳授結論性知識，側重于讓學生死記硬背，學生在學習過程中，與現(xiàn)實聯(lián)系較少，導致在學習過程中常將錯誤的感性認識帶入到學習做題中，這樣不利于學生的知識構建。而基于“原始物理問題”下的教學過程，通過教師用語言或者課件創(chuàng)設出情境，將生活中的物理現(xiàn)象呈現(xiàn)出來，把所學物理知識與實際生活現(xiàn)象相結合，讓學生動手動腦親身體會，自主查閱資料數(shù)據(jù)、觀看視頻，找到解決問題的已知量，突出主要因素、忽略次要因素建構恰當?shù)奈锢砟Ｐ?，幫助學生理解所學知識，提高學生的科學思維。