馬昌芳 李春密

(1. 北京市昌平區(qū)第二中學,北京 102200; 2. 北京師范大學物理學系,北京 100875)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》在教學建議中指出:基于物理核心素養(yǎng)確定教學的目標和內(nèi)容,在教學設計和教學實施過程中重視情境的創(chuàng)設.物理學科核心素養(yǎng)是物理學科育人價值的集中體現(xiàn),是學生通過學習內(nèi)化的帶有物理學科特性的必備品格和關(guān)鍵能力.物理學科核心素養(yǎng)是新課程三維目標的提煉與升華,主要包括:物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任等4個方面的要素構(gòu)成.

在設計和實施“平拋運動”的課堂教學實踐中,以物理學科核心素養(yǎng)為目標,突出學生的主體地位,結(jié)合平拋運動的規(guī)律及學生的知識結(jié)構(gòu)、能力基礎等,注重情境設置、問題提出、科學探究,通過學生活動構(gòu)建教學過程主線,根據(jù)本節(jié)課需要完成的教學流程,分解為6個任務,每個任務的完成都通過問題引領學生活動為支撐,嘗試了物理學科核心素養(yǎng)目標的“落地”實施.

1 教學任務分解

基于課標分析、教材分析、教學內(nèi)容分析和學情分析,將本節(jié)課的教學流程分解為以下6個任務: (1) 情境設置,認識拋體運動；(2) 平拋運動規(guī)律分析；(3) 探究豎直方向分運動規(guī)律；(4) 探究水平方向分運動規(guī)律；(5) 運動的合成；(6) 遷移應用.

2 學生活動設計

為了更好地體現(xiàn)新課程改革的理念,突出學生的主體地位,以學生為中心,教師通過具體任務引領學生積極思考、提出問題、主動參與活動,旨在發(fā)展學生的物理學科核心素養(yǎng).下面就教學過程中如何通過學生活動的設計與實施進行簡單探討.

任務1:情境設置,認識拋體運動.

問題情境:如圖1所示.

設計意圖如表1所示.

圖1

問題問題設計指向的素養(yǎng)目標1.套圈游戲比賽,為何沒有套住目標?2.套圈落地位置跟哪些因素有關(guān)?3.若不計空氣阻力,套圈、鉛球、標槍等物體從運動學和動力學角度,做拋體運動有什么共同特點?哪些是平拋運動?生活中的有趣活動,激發(fā)探究熱情(科學態(tài)度與責任);會用學過的知識描述、分析運動的特點(科學思維);通過分析,知道平拋運動是有水平初速度、只受重力作用的勻變速曲線運動(物理觀念)

(1) 知識建構(gòu):由學生自主活動,感悟生活中存在的物理現(xiàn)象,豐富感性認識.由套圈游戲活動,分析套圈運動位移與哪些因素有關(guān),為后面內(nèi)容的學習——拋體運動的速度、位移做好鋪墊．用學過的運動學、動力學知識總結(jié)拋體運動特點,并通過對比分析,建立科學模型——平拋運動.

(2) 活動實施:全班學生分為4組進行比賽,要求:不能超過投擲線,以所用時間最短、套住物品最多的組為比賽冠軍組.學生總結(jié)失敗原因,引導、討論.體會拋體運動有什么特點,是否有初速度,運動過程是否受力,運動軌跡是直線或曲線.平拋運動的特點,初速度是沿什么方向,只受什么力的作用.

任務2:平拋運動規(guī)律分析.

問題情境:如圖1所示的套圈或飛鏢.

設計意圖如表2所示.

表2

(1) 知識建構(gòu):學生已學了運動的合成與分解,根據(jù)平拋運動的軌跡等效分解為豎直方向和水平方向的運動.至于兩個方向的運動規(guī)律,借助于運動學和動力學知識分析推斷.

(2) 活動實施:根據(jù)實驗得知,平拋運動是曲線運動,由運動效果分解成水平方向和豎直方向的分運動.繪出物體運動軌跡——曲線.根據(jù)運動效果,建立以拋出點為原點,建立水平和豎直方向的坐標系,受力分析——只受重力.學生分析討論得出:水平方向做勻速直線運動,豎直方向做自由落體運動.

任務3:探究豎直方向分運動規(guī)律.

問題情境如圖2所示.

設計意圖如表3所示.

(1) 知識建構(gòu):由受力分析,只受重力,豎直方向初速度是0——理論推導做的是自由落體運動.實驗探究,兩球同時下落,只聽到一次聲音,得出了平拋運動豎直方向是自由落體運動;頻閃照相法,豎直方向兩球總是處于同一水平高度,說明兩球豎直方向運動狀態(tài)相同.

圖2

問題問題設計指向的素養(yǎng)目標1.做平拋運動的物體,豎直方向分運動有什么特點?2.怎樣設計實驗,來驗證我們的猜想———豎直方向做的是自由落體運動?3.平拋豎落儀,怎么知道豎直方向做的是自由落體運動?4.頻閃照相法,如何分析豎直方向運動規(guī)律?設計方案:對比方法,平拋豎落儀,總結(jié):①用兩個物體在同一高度同時分別做自由落體和平拋運動,觀察它們是否同時落地(科學探究);②用頻閃照像方法,拍攝兩物體的運動軌跡照片,建立坐標系進行研究(科學探究)

(2) 活動實施:學生利用平拋豎落儀進行探究,教師要注意引領,強調(diào)注意事項:如初始狀態(tài),保持兩球同一水平高度,不是用眼看,而是用耳仔細去聽,聽到一次聲音.教師再通過頻閃照相法進行演示,進一步驗證,以拋出點為原點,建立水平、豎直方向坐標系,通過作圖,發(fā)現(xiàn)兩球運動中,總是位于同一高度.

任務4:探究水平方向分運動規(guī)律.

問題情境如圖3所示.

設計意圖如表4所示.

(1) 知識建構(gòu):教師引領學生進行理論探究,由水平方向不受力,有初速度,做勻速直線運動.學生進行實驗探究,如圖3實驗裝置,發(fā)現(xiàn)兩球相碰,說明平拋運動的物體水平方向做的是勻速直線運動.教師通過頻閃照相法,進行演示,豎直方向時間相等時,對應做平拋的小球各段水平位移皆相同——勻速直線運動.

圖3

問題問題設計指向的素養(yǎng)目標1.做平拋運動的物體,水平方向分運動有什么特點?2.怎樣設計實驗,來證明我們的猜想———水平方向做的是勻速直線運動?3.裝置如圖,讓兩球處于不同高度的豎直平面內(nèi),每個斜面高度相同,怎么知道水平方向做的是勻速直線運動?4.頻閃照相法,如何分析水平方向運動規(guī)律?兩個小球在同一豎直面內(nèi)不同高度,使它們具有相同的水平初速度,分別做平拋和勻速直線運動,比較是否相碰(科學探究)頻閃照像法,先繪出小球運動軌跡,以拋出點為原點,取水平和豎直方向分別為x軸和y軸,建立坐標系.取y軸y1=h,y2=3h,y3=5h,…,對應x軸上各點間距x1=a,x2=a,x3=a,…說明相等時間間隔內(nèi),所對應的水平位移皆相等,可見水平方向做的是勻速直線運動,探究得到水平方向速度、位移表達式(科學探究)

(2) 活動實施:水平方向不受力,有初速度,做勻速直線運動.同一豎直面內(nèi)兩球的運動,實驗時確保上面的小球初速度水平,下面的小球,水平面光滑,相碰說明什么問題,師生討論.頻閃照相法,要建立坐標系,由豎直小球做自由落體運動,相等時間位移的比,對比得出做平拋運動的小球,在相同時間內(nèi)各段位移都相同.

任務5:運動的合成.

問題情境:由圖3中的頻閃照片所示.

設計意圖如表5所示.

表5

(1) 知識建構(gòu):利用上節(jié)運動合成與分解的關(guān)系,求解合速度、合位移及其方向.合理建立坐標系,利用矢量合成規(guī)律,求解未知量.由合運動和分運動的獨立性,平拋運動的物體在空中運動時間取決于水平拋出物體的豎直高度.

圖4

(2) 活動實施:學生利用合成與分解的知識,來求解.引導學生建立合理坐標系,根據(jù)合速度與分速度、合位移與分位移關(guān)系如圖4所示,利用數(shù)學知識求解.由水平、豎直方向運動的獨立性、等時性,平拋物體運動時間由高度決定.

圖5 射出的箭

任務6:遷移應用.

問題情境如圖5所示,若射出箭的速度為36 m/s,位于距離地面高度10 m的位置水平射出(g=10 m/s2).

設計意圖如表6所示.

表6

3 教學反思

物理情境的創(chuàng)設可以讓學生在輕松愉快的情境里學習,提出問題,主動探究,激發(fā)了學生的積極主動性,提高學習的效率(科學態(tài)度與責任).

本節(jié)設計的學生活動,注重了物理學科核心素養(yǎng)的要素,活動過程中蘊含了很多的科學思維方法,學生通過觀察、探究、實驗、分析綜合、體會、創(chuàng)新等,發(fā)展了物理學科核心素養(yǎng),把以前的“學生被動的學”改為“學生主動的學”,學生自己動手、動腦,自主討論、分析研究去發(fā)現(xiàn)規(guī)律,認識規(guī)律,體現(xiàn)成功的樂趣.