讓物理課堂充滿生長的氣息
——“曲線運動”教學設計與感悟

(江蘇省天一中學,江蘇 無錫 214101)

1 研究背景

“生長課堂”立足學生的學習實際,著眼于學生發展的可能性,以追求“生長”為其價值取向。筆者常常思考這樣的問題:什么樣的物理課堂才是當前學生最需要的課堂?隨著學校“生長課堂”的實施和不斷推進,越來越體會到“教育不是注滿一杯水,而是點燃一把火”；“課堂，不僅僅是呈現‘鮮花’,還應該有‘花開的聲音’,課堂上最美的應該是學生生命‘拔節’的聲音”;“教學絕不只是滋養學生,也應變成滋養教師自我的過程、豐富教師自我的過程。”在課堂這個特定的空間,師生應一起生長知識、智慧、能力、情感。

筆者基于“生長課堂”模式設計了“曲線運動”一課教學,本設計從創設問題情境、激發探究欲望出發,以學生的學習為中心組織教學,倡導師生在課堂研究中共同成長,最終實現物理課堂的價值。

2 教學過程及感悟

2.1 創設情境

2.1.1 創設多媒體情境,激趣導入

播放視頻:八一飛行表演隊、過山車、鏈球運動。

問題1:三段視頻中物體的運動有何共同特征?

設計思路:觀察是學生認識物理現象、獲得感性認識的源泉,學習物理就是從對物理現象的觀察入手的,即“以物求理”。觀察能力的培養對物理學的學習具有深遠的意義,它既是學習和研究物理問題的首要步驟,又是學生能力生長的首要任務。

生長體驗:三段震撼的視頻在為學生提供豐富感性認識材料的同時還創設了物理情境,營造了課堂氛圍,激發了學生求知欲望和探索興趣。這樣的設計,不僅順利地引入課題,而且促進了學生觀察能力的生長。

2.1.2 創設問題情境,溫故知新

問題2:在學習直線運動時,我們用哪些物理量來描述它?曲線運動呢?

演示實驗1:水平拋出粉筆頭,利用粉筆頭軌跡分析物體的位置、位移,提出速度方向問題。

生長體驗:子曰“溫故而知新,可以為師矣”,溫故知新在教學中的重要性可見一斑。從學生原有的、較易的描述直線運動的物理量出發遷移到學生未知的、較難描述的曲線運動的物理量,過渡自然,符合學生的認知規律,不僅可以使學生的舊知識得以鞏固,而且可以更好地讓學生循序漸進地探尋、推知、掌握新知識,使學生在學習過程中樹立自信,最終促使學生思維廣度和深度以及情感的生長。

2.2 問題探究,發現規律

2.2.1 探究曲線運動的速度方向

(1) 實驗探究

演示實驗2:雨天旋傘。為增強可視性,利用智能手機在雨天拍攝,放視頻慢動作,提醒學生觀察雨滴離開傘邊緣時飛出的方向。

演示實驗3:砂輪打磨鋼釘,提醒學生觀察火星飛出的方向。

問題3:通過以上兩個實驗,你認為做曲線運動的物體的速度方向有何特征?

演示實驗4:筆者用3D打印機自制了曲線運動演示儀(如圖1),它是由幾段稍短的弧形軌道組合而成。為增強留跡效果,筆者將課本演示實驗進行了改進,將白紙改為水寫書法布,將鋼球改為普通鼠標內的鼠標球,以增加吸水性。當蘸了水的鼠標球沿不同位置滾出去時,在水寫布上留下清晰的軌跡,演示效果較好。

圖1

學生體悟活動:觀察用絲帶系住的小球在空中運動時絲帶的方向。

設計思路:課堂演示實驗是中學物理實驗教學的重要組成部分,它不僅是建立物理概念和規律、理解和掌握物理知識不可缺少的環節,還能激發學生學習物理的興趣,提供物理感性認識的材料,培養學生觀察能力、思維能力和探索精神。

生長體驗:三個趣味盎然的演示實驗,不僅將知識線索與情境線索巧妙地融合,而且讓學生探尋物理規律發現的過程。首先通過特殊的圓周運動實驗引導學生猜想曲線運動的速度方向,然后通過具有普遍意義的軌道實驗引導學生得出一般曲線運動的速度方向,最后讓學生自己動手實驗，體悟曲線運動速度的方向。從簡單到復雜、從特殊到一般的探究活動符合學生的認知規律,可以有效促進學生觀察、分析、推理、動手能力的生長。馬克·吐溫曾說:科學真是迷人。根據零星的事實,增添一點猜想,竟能獲得那么多收獲!

(2) 理論探究

引導學生運用極限的思想，從數學角度和物理學角度分析一般曲線運動的速度方向。

生長體驗:數學是物理學習的工具,理論探究與實驗探究相結合,更具有嚴謹性和說服力。采用極限的思想引導學生得出一般曲線運動的速度方向,不僅體現了數學在物理學研究中的重要地位,培養了學生運用數學知識解決物理問題的能力,而且培養了學生嚴密的邏輯思維,促使學生科學思維能力的生長。

圖2

(3) 學以致用

問題4:圖2是一輛沒有安裝后擋泥板的兒童自行車,請你畫出后輪上各點在正常行駛時相對騎車人速度的方向?

問題5:如果這輛車在下雨天騎行時會出現什么狀況?

問題6:請你為該車設計安裝擋泥板。

設計思路:著名教育學家陶行知先生說過：“生活即教育”,這為我們指明了物理教學活動的方向,在物理教學中我們不僅要讓學生學到物理基礎知識,更要讓學生會用物理知識指導生活、為社會生活服務。在學生初步掌握曲線運動的速度方向特點后,筆者適時提出三個生活化且能力要求逐漸遞進的問題,問題4是要讓學生學會從生活中提煉物理問題,問題5是要讓學生用新學的物理知識解釋生活中的現象,讓學生感受生活化的物理,問題6是要讓學生在出現問題后利用所學知識去分析問題解決問題,通過這三個問題的設計,使學生學用結合,培養學生的科學思維能力。

圖3

生長體驗:教學中,筆者請甲同學上黑板給自行車安裝擋泥板(用粉筆畫擋板),該同學胸有成竹地在圖2上畫出了白色部分所示的擋泥板。筆者不動聲色,繼續巡視,給予學生足夠的時間,發現其他學生對甲同學的畫法開始品頭論足,幾位膽大的學生更是躍躍欲試。筆者請乙同學點評,乙同學評論說：如運用甲同學擋泥板的設計，雨水可以從輪子上A點和B點間濺起，飛到騎車人后背上,所以應該加由D點到B點的半圓形擋泥板(如圖3)。此時甲同學不服氣地說：我家的山地車擋泥板就是我剛才畫的那個樣子,有些學生好像被他動搖了,若有所思地紛紛點頭。看到學生思維的火花被徹底激發出來后,筆者及時安排學生進行大討論,大家各抒己見,最后學生統一意見:乙同學設計是正確的，甲同學的山地車擋泥板不適用于下雨天。為證實學生的說法,筆者讓布娃娃(后背貼了一張白紙)分別坐在甲、乙兩位學生所設計擋泥板的兒童車上,后輪下放一盆水(加少許墨水),搖動踏板模擬騎車,發現甲同學設計的車上的布娃娃后背濺滿了墨水,乙同學設計的車上的布娃娃后背卻沒有濺到墨水。學生們在發出陣陣嘖嘖贊嘆聲后，露出了滿意的笑容，并進入下一階段的學習。

生長課堂要體現“生成”特點,課堂中要有師生、生生間真情實感、智慧的交流。當學生有疑惑時,教師要舍得等待,給予學生生長的機會；當學生有奇思妙想時,教師要善于捕捉學生思維的閃光點,給予學生生長的舞臺。總之,教師在教學中要多創設生活化情境,將學生熟悉的、蘊含著物理知識的生活實例引進課堂,讓每個學生運用物理知識的意識和能力在課堂上得到生長,同時激發學生的質疑精神和潛能,這對培養學生的創新思維有重大的現實意義。

2.2.2 探究物體做曲線運動的條件

(1) 創設問題情境,點撥思維

問題7:你認為物體做曲線運動的條件是什么?

生長體驗:思維起于疑問,小疑則小進,大疑則大進。教師的主陣地在于課堂,在物理課堂教學中,我們要善于用問題來組織教學,充分調動學生的“知、情、意、行”，主動參與到教師所設定的問題解決過程中來。問題可以打破課堂沉悶的局面,可以激發思維,撥亮學生智慧的火花,促使學生獨立解決問題能力的生長。

(2) 創設實驗情境,尋找條件

問題8:請設計實驗方案,驗證你的猜想。

提供的器材:小鋼球、磁鐵、痱子粉等。

提示:如何讓小鋼球獲得初速度v0?如何讓它轉彎?學生進行分組實驗,交流分享結論。

設計思路:物理是一門以實驗為基礎的自然科學,物理實驗既是物理教學的重要內容,又是物理研究的重要方法,同時也是激發學生學習興趣、培養學生能力的前提。

生長體驗:“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”,只有親身經歷過的事情,印象才是最深刻的。筆者讓學生根據所給器材,自行設計實驗，探究曲線運動的條件,目的是為學生營造一種開放的探究環境，以點燃學生的創新火花。事實大大超出筆者的預設,筆者發現學生的智慧是無限的。為增強可視性,有的學生是在桌子上撒一層痱子粉，以顯示小球的運動徑跡,有的學生則是在小球上滾一層痱子粉。對于如何獲得初速度v0,有的學生是利用兩本書提供通道然后用力撥動小球，獲得初速度,有的學生是使桌子傾斜，依靠重力的分力使小球獲得初速度;對于如何讓小球轉彎,大部分同學是把磁鐵放在小球運動方向的側向，使小球轉彎,筆者驚奇地發現一位學生先給小球一個水平速度,然后使桌子傾斜，依靠重力的分力使小球轉彎……筆者贊嘆之余,分明聽到了學生生命“拔節”的聲音。

生長課堂要給學生提供生長的土壤,教師要給學生提供生長的條件,把時間留給學生,讓他們自主思考;把空間還給學生,讓他們自主探究;把平等還給學生,讓他們不迷信權威。

(3) 學以致用

問題9:你能分析演示實驗中球通過彎曲軌道時做曲線運動的原因嗎?

問題10:你能分析軌跡、合力、速度三者關系嗎?

圖4

生長體驗:在學生初步掌握物體做曲線運動的條件后,筆者引導學生用剛學的曲線運動條件來解釋演示實驗中的物理現象,學用結合。分析FN時,筆者追問:FN方向為何是圖4所示的呢?學生經過激烈的討論,一致認為可以根據彈力產生的條件，采用撤除法來檢驗,筆者在肯定學生的同時現場演示,學生的熱情被徹底激發。學生的學習思維被打開后,有學生指出圖4漏掉了摩擦力Ff,大家情不自禁地鼓起掌來。充分信任學生,讓學生體驗成功的喜悅,有利于“科學態度與責任”目標的達成,同時學生也會還你一個驚喜,最終促使師生共生長。

當我們滿心期待去創設充滿生長氣息的物理課堂時,孩子們必然會綻放生長的無限可能,讓智慧與理性充滿課堂!

參考文獻：

[1] 朱卓君.讓課堂成為學生生長的沃土[J].江蘇教育(中學教學),2013,(10).

[2] 宋海峰.巧設情境,激趣深入——淺談情境創設在高中物理課堂教學中的應用[J].物理教師,2014,(8).