沙桂宇，張 勇

(吉林師范大學(xué)，吉林 四平 136000)

1 引言

2017版《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出：“從生活走向物理，從物理走向世界。”[1]原始物理問題作為從現(xiàn)實(shí)生活中直接挖掘出的問題，是物理習(xí)題的一種。學(xué)生在解決原始物理問題時真正做到了將理論與實(shí)際相結(jié)合，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。目前我國中學(xué)物理教學(xué)，教師更加注重將物理概念、物理公式直接教授給學(xué)生，學(xué)生機(jī)械地背誦直接應(yīng)用在習(xí)題中，將物理學(xué)成了文科。當(dāng)學(xué)生面對現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題時常常無處下手，使物理學(xué)習(xí)與學(xué)生的生活脫軌，學(xué)生無法將自己在生活中積攢的直接經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為間接經(jīng)驗(yàn)。

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(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理問題[2]。它的特點(diǎn)是沒有給出明確的題設(shè)條件，需要學(xué)生自行查找有關(guān)方面的知識自行設(shè)置已知量和求解未知量。而物理習(xí)題則是指從實(shí)際問題中經(jīng)過人為抽象加工出來的物理問題，是一種理想化的經(jīng)過人為加工后的情境。他們的關(guān)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(xué)中，學(xué)生和教師更多的注意圖中虛線框中的演算推導(dǎo)得出正確結(jié)論的過程，學(xué)生對物理概念、物理規(guī)律的直接機(jī)械的應(yīng)用，并沒有思考其中內(nèi)在邏輯。當(dāng)遇到現(xiàn)實(shí)生活中的問題時常束手無策。因此在教學(xué)過程中恰當(dāng)?shù)匾朐嘉锢韱栴}能夠幫助學(xué)生理解物理學(xué)科的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。原始物理問題與學(xué)生的實(shí)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(yùn)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(xué)生的學(xué)習(xí)物理的興趣又能培養(yǎng)學(xué)生的建模能力。將生活中的物理現(xiàn)象引入到物理教學(xué)中，形成原始物理問題，使學(xué)生豐富的感性認(rèn)知，學(xué)生親身體驗(yàn)動腦動手，合作探究，自主查閱材料，培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的能力，開闊學(xué)生的思路。

綜上所訴，筆者認(rèn)為以原始物理問題的表征理論為指導(dǎo)，對《平拋運(yùn)動》進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在解決原始物理問題的過程中，從而正確理解平拋運(yùn)動的特點(diǎn)、性質(zhì)和規(guī)律，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

3 基于原始物理問題的教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 教材分析

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

3.2 教學(xué)思路

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

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)緊緊圍繞原始物理問題展開。

提出原始物理問題——細(xì)化原始物理問題——引導(dǎo)學(xué)生建立恰當(dāng)?shù)哪Ｐ汀鉀Q問題——應(yīng)用并解決新的原始物理問題。

由“扔飛鏢”的小游戲?qū)胄抡n，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下回顧曲線運(yùn)動中運(yùn)動的合成與分解相關(guān)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(yùn)動的合成與分解得出平拋運(yùn)動的定義和計(jì)算公式。由“柯受良飛躍黃河”這一現(xiàn)實(shí)生活中典型的原始物理問題引導(dǎo)學(xué)生自己構(gòu)建平拋運(yùn)動的模型，自主查找相關(guān)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(zāi)中無人機(jī)噴灑農(nóng)藥的視頻，提出原始物理問題：農(nóng)藥在空中運(yùn)動的時間與什么因素有關(guān)？農(nóng)藥的落地點(diǎn)與什么因素有關(guān)?學(xué)生需要自己尋找與解題相關(guān)的條件，解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，達(dá)到學(xué)以致用的效果。

3.3 教學(xué)過程

3.3.1 新課引入

教師首先進(jìn)行師生互動小游戲“扔飛鏢”。引入新課，啟發(fā)學(xué)生的思考。

問題1：飛鏢做什么運(yùn)動？

設(shè)計(jì)意圖：以“扔飛鏢”小游戲?qū)胄抡n，使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生會產(chǎn)生躍躍欲試的心態(tài)，學(xué)生的自主探索欲望很強(qiáng)烈，并恰當(dāng)?shù)奶岢鰡栴}，引發(fā)學(xué)生的思考，提高學(xué)生自主探究的能力，解決原始物理問題，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維。

學(xué)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(yùn)動的特點(diǎn)。

3.3.2 平拋運(yùn)動的特點(diǎn)

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

設(shè)計(jì)方案：讓學(xué)生課前自主準(zhǔn)備飛鏢、畫有靶心的硬紙板，引導(dǎo)學(xué)生做“扔飛鏢”的小游戲，使飛鏢放于拉伸的橡皮筋上并瞄準(zhǔn)靶心，在飛鏢射出的同時釋放靶心，讓硬紙板做自由落體運(yùn)動，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shè)計(jì)意圖：教師利用“扔飛鏢”小游戲，將現(xiàn)實(shí)生活中常見的小游戲與教學(xué)聯(lián)系起來，使學(xué)生親身感受平拋的場景，設(shè)計(jì)由淺入深的問題引發(fā)學(xué)生的思維沖突，讓學(xué)生自主的聯(lián)系上一節(jié)課曲線運(yùn)動的合成與分解，思考如何將平拋運(yùn)動進(jìn)行分解，分解后分運(yùn)動的特點(diǎn)是怎么樣的。利用簡單的生活現(xiàn)象啟發(fā)學(xué)生思考。

學(xué)生通過小游戲發(fā)現(xiàn)初速度方向水平，根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的受力分析對運(yùn)動的飛鏢進(jìn)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(dǎo)下為了研究方便忽略空氣阻力。將平拋運(yùn)動分為水平方向和豎直方向的兩個分運(yùn)動。

問題4：飛鏢在水平方向和豎直方向分別做什么運(yùn)動？

學(xué)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(yùn)動，在豎直方向上由于只受的重力則小球做自由落體運(yùn)動。

教師因勢利導(dǎo)，得出平拋運(yùn)動的定義、平拋運(yùn)動的性質(zhì)，使學(xué)生自己建構(gòu)出平拋運(yùn)動水平方向和豎直方向的運(yùn)動學(xué)公式。

3.3.3 解決原始物理問題幫助學(xué)生鞏固平拋運(yùn)動計(jì)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(xué)生的注意力，讓學(xué)生利用本節(jié)課所學(xué)習(xí)的平拋運(yùn)動特點(diǎn)和計(jì)算公式進(jìn)行查閱資料和計(jì)算，從而達(dá)到學(xué)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(xiàn)上一份厚禮。他經(jīng)過5 次沿黃河岸邊勘察選點(diǎn)，4 次親臨壺口考察，一次次與陜西等有關(guān)部門和單位聯(lián)系，經(jīng)過3 次試飛?？率芰甲罱K駕駛?cè)馄嚦晒︼w躍黃河壺口瀑布，成為華人心中的驕傲。

問題5：請自主調(diào)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(xué)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(yùn)動看成近似的平拋運(yùn)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(diào)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(jì)算時可取60 米），汽車可在短時間內(nèi)加速到150 公里的時速，由此可根據(jù)平拋運(yùn)動在水平方向做勻速直線運(yùn)動可求出車輛運(yùn)行時間，進(jìn)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?yàn)樗椒较?，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(yùn)動。通過物理公式和數(shù)學(xué)知識即可求解。

設(shè)計(jì)意圖：將原始物理問題引進(jìn)課堂教學(xué)，能夠清晰地讓學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。讓學(xué)生分析真實(shí)的物理問題，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，有利于將在課堂上所學(xué)到的書本知識順應(yīng)內(nèi)化為自己頭腦中的知識結(jié)構(gòu)?？率芰硷w躍黃河是一個典型的原始物理問題，首先學(xué)生必須建立適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，了解平拋的性質(zhì)，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(yùn)動的公式和數(shù)學(xué)運(yùn)算來解決實(shí)際生活中的問題。

3.3.4 解決原始物理問題幫助學(xué)生鞏固平拋規(guī)律

通過播放“無人機(jī)噴灑農(nóng)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(zāi)爆發(fā)，由老撾地區(qū)飛來的黃脊竹蝗導(dǎo)致萬畝農(nóng)田成災(zāi)，在抗災(zāi)的過程中，為有效遏制竹蝗的危害，防治人員啟用了無人機(jī)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(jī)噴藥時，需要提前將藥噴灑在農(nóng)田上，大家思考一下噴灑出的農(nóng)藥做什么運(yùn)動？

學(xué)生：通過觀看視頻和新聞材料，飛機(jī)在空中做勻速直線運(yùn)動，則由飛機(jī)噴灑出來的農(nóng)藥的初速度方向也一定是沿水平方向的。農(nóng)藥在空中運(yùn)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(nóng)藥在空中受到重力這一主要因素。則農(nóng)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(yùn)動的條件，農(nóng)藥在空中做平拋運(yùn)動。

問題7：有哪些因素會影響農(nóng)藥的落地時間和落地位置？

學(xué)生：農(nóng)藥在空中做平拋運(yùn)動，則在豎直方向上做自由落體運(yùn)動，在水平方向上做勻速直線運(yùn)動。則由，可得到，落地時間僅與豎直高度有關(guān)，飛機(jī)高度越高，運(yùn)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(jī)飛行的速度和高度有關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過了解資料，可以對國家時事有所了解，將所學(xué)過的知識應(yīng)用于農(nóng)業(yè)保護(hù)中，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。通過教師導(dǎo)入原始物理問題，激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇欲，引導(dǎo)學(xué)生建立平拋模型，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下根據(jù)平拋運(yùn)動的性質(zhì)、自己推導(dǎo)水平位移的公式，進(jìn)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(xué)生自己推導(dǎo)得出，可以大大加深學(xué)生的記憶。

4 結(jié)論

在《平拋運(yùn)動》一課的傳統(tǒng)教學(xué)模式中教師往往向?qū)W生傳授結(jié)論性知識，側(cè)重于讓學(xué)生死記硬背，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系較少，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)過程中常將錯誤的感性認(rèn)識帶入到學(xué)習(xí)做題中，這樣不利于學(xué)生的知識構(gòu)建。而基于“原始物理問題”下的教學(xué)過程，通過教師用語言或者課件創(chuàng)設(shè)出情境，將生活中的物理現(xiàn)象呈現(xiàn)出來，把所學(xué)物理知識與實(shí)際生活現(xiàn)象相結(jié)合，讓學(xué)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(gòu)恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識，提高學(xué)生的科學(xué)思維。