張嗣春

(寧波市慈湖中學(xué) 浙江 寧波 315031)

高中物理教材中旁白的功能及應(yīng)用

張嗣春

(寧波市慈湖中學(xué) 浙江 寧波 315031)

“旁白”——高中物理教材中的一道靚麗的風景，它不是教材中的主要部分，但不可缺少，它對正文知識或是總結(jié)補充，或是提煉和延伸．不同的“旁白”在教材的編排中有著不同的意圖．本文就如何利用“旁白”把學(xué)生帶入課堂，探索未知世界；把學(xué)生帶出課堂，理論聯(lián)系實際；對學(xué)生進行學(xué)科素養(yǎng)的熏陶，提高思維品質(zhì)3個方面進行探討．

旁白 有效利用 思維品質(zhì) 學(xué)科素養(yǎng)

“旁白”通常是針對戲劇、影視作品來說的．通過“旁白”，可以傳遞更豐富的信息，表達特定的情感，啟發(fā)觀眾思考，“旁白”也是畫外音的一種，能讓觀眾更好地了解戲劇、影視的深層次內(nèi)涵．事實上，能夠起到“旁白”效果的東西不僅存在于戲劇、影視中，在我們的教學(xué)環(huán)境中也有類似功能的東西．以高中物理課堂為例來談?wù)勅绾问褂媒滩闹械摹芭园住保?/p>

人教版高中《物理·必修1》、《物理·必修2》共出現(xiàn)81處“旁白”，他們準確地鑲嵌在每一位學(xué)生需要的地方，對教材有一個很好的補充和支撐，蘊含著豐富的物理思想．因此，教師在課堂中要建立用好教材“旁白”的意識，充分挖掘“旁白”功效．

1 讓“旁白”把學(xué)生帶入課堂 探索未知世界

課本中有些“旁白”語言簡練精辟，對本節(jié)甚至本章內(nèi)容起概括總結(jié)作用，同時又給學(xué)生留下很大的思考空間，吸引著學(xué)生去對未知知識的探索．如果教師在課堂上稍加引導(dǎo)就可以作為本節(jié)知識的切入點．

比如在人教版《物理·必修2》第六章第2節(jié)“太陽與行星間的引力”中，給出這樣的“旁白”，“太陽坐在它的星位上，管理著繞它的一切星球”如圖1所示．

圖1 旁白

在上課前有意識讓學(xué)生關(guān)注了這個“旁白”，然后給學(xué)生播放了行星繞太陽公轉(zhuǎn)的畫面如圖2所示．提出問題：太陽和行星間并沒有直接接觸，哪有如此大的威力成為行星運動的立法者，支配著行星繞著太陽做如此和諧而有規(guī)律的運動呢？

圖2 行星繞太陽公轉(zhuǎn)的畫面

問題提出之后，把學(xué)生按班級的4個角落分成4個小組進行討論，然后要求每小組選出代表到講臺上進行陳述．為了使同學(xué)們討論更具有方向性和目的性，用PPT展示了下面4個問題．第一小組思考問題1，以此類推．

問題1：行星在橢圓軌道上運動是否需要力？這個力是什么力提供的？大小跟太陽與行星間的距離有什么關(guān)系嗎？

問題2：行星的實際運動是橢圓運動，但我們還不知道求出橢圓運動加速度的運動學(xué)公式，我們現(xiàn)在怎么辦？把它簡化為什么運動呢？

問題3：既然把行星繞太陽的運動簡化為圓周運動．那么行星繞太陽的運動可進一步簡化為勻速圓周運動嗎？為什么？

問題4：假設(shè)行星繞太陽做勻速圓周運動，根據(jù)行星運動數(shù)據(jù)(周期、太陽與行星距離)表1，算出各個行星的加速度，觀察一下加速度和距離的數(shù)據(jù)，猜測它們之間存在怎樣的關(guān)系？

表1 行星運動數(shù)據(jù)(周期、太陽與行星距離)

把黑板分成了4塊，讓每小組分別寫上他們的答案．問題1答案：行星在橢圓軌道上運動需要力，這個力可能是太陽與行星之間引力提供的，大小跟太陽與行星間的距離應(yīng)有關(guān);問題2答案：猜測可以簡化為圓周運動；問題3答案：猜測可以簡化為勻速圓周運動；第四組同學(xué)計算出了各個行星的加速度(表2)并猜測加速度和距離之間存在反比關(guān)系．

表2 各個行星的加速度

多媒體展示八大行星的軌道數(shù)據(jù)如表3所示. 觀察八大行星的軌道半長軸與半短軸的區(qū)別并結(jié)合開普勒第二定律的內(nèi)容得到結(jié)論：行星繞太陽的運動可以看作是勻速圓周運動．

表3 八大行星的軌道數(shù)據(jù)

總結(jié)：行星做曲線運動→必受到力的作用→把行星繞太陽的運動簡化為圓周運動→進一步簡化為勻速圓周運動．

那么，太陽對各個行星的力是否與它們之間的距離成反比呢？下面我們閱讀課本第37和38頁，推導(dǎo)出太陽與行星間的作用力與它們距離間的關(guān)系．

就這樣通過課文的“旁白”一步步展開，把學(xué)生帶入課堂，探索未知的世界．

2 讓“旁白”把學(xué)生帶出課堂 理論聯(lián)系實際

課本中很多“旁白”恰恰能給學(xué)生提供走出課堂的機會．例如人教版必修1第89頁，課本在介紹完自由落體之后給出這樣的“旁白”：“實際物體下落時都要受到空氣的阻力，速度越快，阻力越大．但是，如果物體開始下落時的高度不太高，例如幾米、幾十米，它的下落速度不會太大．再有，如果物體的質(zhì)量不太小、體積不太大，物體所受的重力就會比阻力大得多，這時也可以忽略阻力的作用．” 讀到這里我們不禁要想到底多高就不能用自由落體的運動．這里給學(xué)生播放一段“鮑姆加特納 3.9萬米太空跳傘”視頻，并記錄了一組下落20 s后的數(shù)據(jù)如表4所示．

表4 人下落的時間和速度

根據(jù)上述表格做出速度-時間圖像如圖3所示.

圖3 人下落20 s后速度與時間圖像

再要求學(xué)生按自由落體的規(guī)律(g=9.8 m/s2)把人在0～20 s內(nèi)的圖像補充上去，如圖4中不帶數(shù)據(jù)標記的部分所示．

圖4 人下落20 s后速度與時間圖像

從圖像我們可以看出在t=20 s時人的速度的理論與實際值基本吻合．再根據(jù)物體做自由落體運動公式：v=gt(g=9.8 m/s2)計算，在物體下落20 s后的速度196 m/s，與實際實驗中的193 m/s基本相符．在0～20 s內(nèi)人可以看作自由落體運動．但隨著速度越來越大加速度逐漸減小，特別是40 s后速度變化非常緩慢，說明阻力越來越大．通過這一過程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對自由落體運動有了新的認識．

3 讓“旁白”對學(xué)生進行學(xué)科素養(yǎng)的熏陶 提高思維品質(zhì)

物理學(xué)史在物理教學(xué)中起重要作用，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和良好習(xí)慣；能激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)、培養(yǎng)勇于進取的精神；有助于對學(xué)生進行學(xué)科素養(yǎng)的熏陶，提高思維品質(zhì)．必修教材中有12處“旁白”是關(guān)于物理學(xué)史的介紹．以必修2第39頁介紹萬有引力定律給出的“旁白”為例，“根據(jù)牛頓的朋友對他晚年談話的回憶，當牛頓思考月亮繞地球運行的原因時，蘋果偶然落地引起了他的遐想．”課堂上以微課的形式補充了對牛頓的背景介紹、前期的研究以及如何導(dǎo)出萬有引力定律的前前后后．

“牛頓生于1642年，23歲大學(xué)畢業(yè)后留在大學(xué)研究室工作．就在這年6月鼠疫流行，學(xué)校被迫停課，牛頓回到了家鄉(xiāng)沃爾斯索普村．在這里一住就是兩年，這段時間里他一直在梳理著大學(xué)學(xué)習(xí)中碰到的種種謎團，他全身心被物體運動的原因所占據(jù)著．在這之前，亞里士多德、哥白尼、開普勒和伽利略等科學(xué)家都對天體運動作了研究．甚至，開普勒找到了行星運轉(zhuǎn)的規(guī)律，伽利略證明了行星的運轉(zhuǎn)．但是為什么要那樣運轉(zhuǎn)？對此誰也沒有做出過明確的回答．

為了解開這個謎團，牛頓翻遍了有關(guān)天體運動的書籍，卻僅僅找到了在科學(xué)上站不住腳的近乎幻想的說法：古希臘人認為有引力存在；哥白尼認為引力是按照神的意志給予物質(zhì)的各部分的自然屬性；開普勒認為月球被地球所吸著，相反月球也吸著地球上的海水[1]．

天體運動難道真的是引力作用的結(jié)果嗎？如果有引力存在，那么引力又是什么呢？牛頓一直在想著這個問題．直到有一天傍晚在后院蘋果園里散步，突然“啪嗒”一聲，樹上一個熟透了的蘋果被風吹落在地上．牛頓的思路一跳：咦！蘋果為什么不往天上掉？難道是地球的引力在吸引著它？ 牛頓進行了聯(lián)想：月球以一定的距離繞地球轉(zhuǎn)動，就是因為月球總是向地球落的原因？

牛頓豁然開朗：只要證明地球?qū)υ虑虻奈Υ_實就是月球繞地球運動所需的向心力，那么天體間有相互吸引力的結(jié)論就是正確的了．

其結(jié)果是，牛頓的計算證明了引力的存在，他根據(jù)月球與地球的距離(r=60R地)、月球公轉(zhuǎn)的周期(27.3天)和運動學(xué)公式

計算出月球繞地球運轉(zhuǎn)的加速度，再計算出

也就是說引力的減弱同距離的平方成反比．牛頓由此證明了地球吸引蘋果的力和地球使月球圍繞自己轉(zhuǎn)動的力，以及太陽使行星繞自己轉(zhuǎn)動的力，都是相同的．就這樣牛頓完成了人類歷史中的第一次理論大綜合，把天上的力和地上的力統(tǒng)一起來，人們稱之為“萬有引力”．

牛頓一生有許多重大成就，但是他卻很謙虛．他說：我不知道世上的人對我怎么評價，我卻這樣認為，我好像是海邊玩耍的孩子，時而拾到幾塊瑩潔的石子，時而拾到幾塊魅力的貝殼并為之歡欣，那浩瀚的真理海洋仍然在我的面前未被發(fā)現(xiàn)．”

通過這樣的學(xué)習(xí)讓學(xué)生深深體會到科學(xué)家們的謙虛的態(tài)度，堅強的毅力，科學(xué)思維方法．給學(xué)生進行一次學(xué)科素養(yǎng)的熏陶，提高思維品質(zhì)．

總之，教材中的“旁白”不僅能讓正文內(nèi)容更加簡潔、鮮活，而且又承載體驗知識發(fā)展和創(chuàng)造的歷程，有利于提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)，值得教師認真揣摩和研究，并加以應(yīng)用．

1 張滿福.萬有引力與航天的師生對話.杭州：西泠印社，2009

2017-05-16)