曲線運動的高端備課

郭暢 邢紅軍

摘 要：以“曲線運動”一節為例，針對“曲線運動的條件”教學中存在的過渡生硬、邏輯不清等問題提出改進意見.通過找準癥結，把握教學起點;層層分析，確定研究方向;設計實驗，驗證猜想結果三個教學步驟，從而幫助學生理解曲線運動的本質，形成順暢的教學邏輯，最終達到提升教學效果的目的.

關鍵詞：曲線運動;概念;邏輯;科學方法

1 教材編寫分析

以人教版高中物理教材為例，“曲線運動”一節主要由“曲線運動的位移”“曲線運動的速度”“運動描述的實例”“物體做曲線運動的條件”四部分組成.整體來看，教材編寫并未明確曲線運動的定義，就直接對曲線運動的特點進行逐一分析.這種著眼于局部特征而忽視整體概念把控的做法，容易導致學生對概念的認識模糊，造成認知上的偏差，影響對曲線運動的學習.筆者通過對魯科版、滬科版、粵教版等高中物理教科書進行對比分析，發現三版教材都沒有設置獨立章節描述曲線運動，也未曾給曲線運動以明晰的定義，而是針對拋體運動、圓周運動等曲線運動形式進行分析.由于教材編寫的這種處理方式，就導致課堂教學中教師普遍采用“運動軌跡是曲線”這一表述對曲線運動進行概念界定.基于此，本文的討論將在“運動軌跡是曲線的運動叫做曲線運動”這一定義的基礎上展開.

由于“物體做曲線運動的條件”涉及曲線運動的本質，因此，就成為本節教學的重點和難點.教材指出，“當物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一條直線上時，物體做曲線運動.”為什么教材會給出這樣的定義？依據從何而來？其緣起不免讓學生感到迷惑，因為這一定義中涉及了“力”和“速度”兩個物理量，它們是怎樣聯系到一起的？由于“力”屬于動力學的范疇，“速度”屬于運動學的范疇，如何讓學生聯想到從速度和力之間的關系去探尋曲線運動的本質這一問題，便成了本節教學內容的關鍵所在.因此，搭建二者聯系的橋梁，引導學生形成正確的研究思路，就顯得尤為重要.

在中國知網上以“曲線運動教學設計”為主題進行搜索發現，關于“曲線運動的條件”的設計思路基本上是由曲線運動的軌跡引入，以“速度”為切入點，按照“軌跡—加速度—力”的邏輯順序展開，最后通過實驗，探究力與速度方向間的關系，從而得到曲線運動的條件.傳統的教學思路流程簡化見表1.

基本呈現出較為清晰的教學思路，但仍存在著一定的問題.首先，“軌跡”是曲線運動的結果，以此為起點去分析曲線運動的條件，可謂邏輯上的“本末倒置”;其次，由于整個運動過程相對復雜，涉及了眾多物理量，雖然最終追溯到“力”，但始終未能觸及“為何討論力與速度”的關系這一核心問題，沒有為學生搭建起從運動學到動力學過渡的橋梁，教學邏輯還是存在一定的問題.因此，有必要對本節課展開新的探索.

2 彰顯邏輯的高端備課

基于以上分析，我們以物理現象為出發點，按照“現象—速度方向—力”的邏輯順序展開，具體教學思路見表2.

2.1 找準癥結，把握教學起點

如前所述，本節課的難點在于尋找“曲線運動的條件”.那么，按照什么樣的研究思路才能找到這一條件呢？顯然，這就需要借助于觀察，從物體做曲線運動的現象出發去進行研究.

按照這種思路，學生最容易觀察到的是曲線運動的軌跡.雖然物體運動的軌跡是曲線，但是曲線運動的結果并不能說明曲線運動的條件.教師需要進一步引導學生進行分析：“在觀察物體做曲線運動的時候，是哪個物理量的改變使物體做曲線運動呢？”由于物體做曲線運動的位移和加速度都無法直接通過觀察得到，唯一能夠觀察到的是做曲線運動的物體速度方向一直在改變.因此，正是由于物體運動的速度方向一直在改變，所以物體才能做曲線運動.

那么進一步就需要追問，是什么導致做曲線運動的物體速度方向一直改變？通過簡單的分析就能知道，是力改變了速度的方向.

至此，學生由現象出發，通過觀察思考，在教師的不斷提問和引導下，逐步建立起運動學范疇的物理量“速度”與動力學范疇的物理量“力”之間的聯系，從而為理解曲線運動的本質奠定了基礎.相比于傳統教學，從物理現象出發，不僅簡化了教學流程，而且更加自然地引出了“速度”和“力”兩個矢量，有利于學生形成完整的思維邏輯.

2.2 層層分析，確定研究流程

在此基礎上，教師便可針對速度和力的關系引導學生進一步思考和討論：力是矢量，既有大小又有方向.那么，究竟是力的哪個因素發生變化才導致物體速度方向發生改變而做曲線運動？為此，教師可為學生創設情境，幫助學生明確分析思路：水平面上一物體在水平拉力F的作用下做勻速直線運動.以下哪種情況，可使物體在水平面做曲線運動？（1）改變拉力的大小（2）改變拉力的方向.

據此，學生便能夠結合已學的知識，分別對“改變力的大小是否會影響速度方向”“改變力的方向是否會影響速度方向”兩個問題展開思考.通過討論，學生認識到：只有改變拉力的方向才能夠使物體的速度方向發生改變.

通過對“力如何影響速度方向”的進一步分析，才能夠幫助學生更加深入地認識問題并形成正確的認識，經過層層抽絲剝繭，最終將解決問題的關鍵鎖定在“力的方向”與“速度方向”二者之間的關系上.

2.3 設計實驗，驗證猜想結果

根據“力的方向改變會影響速度方向的變化”這一猜想，教師應引導學生通過實驗進行探究，從而進一步驗證物體作曲線運動的條件.教材提到的“鋼球在磁鐵吸引下如何運動”的實驗，的確在某種程度上能夠顯示物體作曲線運動的條件，但還可以做一些改進.筆者認為，不應直接將磁鐵放在鋼球運動路線旁，應當展現“沒有磁力作用”“合力（磁力）與運動方向共線（同向、反向）”“合力（磁力）與運動方向不共線”三類情況，便于學生進行對比思考，對實驗現象進行歸納總結，最終得出物體做曲線運動的條件.

綜上所述，由物理實驗現象出發總結得出物體作曲線運動的條件，既符合科學探究的一般步驟，也符合學生認知發展的規律，還能較好地激發學生的學習興趣，培養學生的探究意識、證據意識和動手能力.

3 高端備課的啟示

3.1 重視物理現象的創設

現象是物理學的根源[1].因此，物理教學應當以現象作為出發點，把創設情境作為物理概念與規律教學的第一步， 為學生提供感性認識的材料[2]，幫助學生形成直觀的感受和認識，明確概念建立的事實依據.本節高端備課正是以對曲線運動的觀察為教學起點，讓學生通過觀察逐步深入分析，按照“從現象到本質”的教學順序進行，較好地解決了傳統教學“由結果推原因”所造成的“因果倒置”邏輯問題，從而幫助學生更加順暢地理解物體作曲線運動的條件，使得整個教學過程更具邏輯性和條理性.

3.2 關注教學邏輯的詮釋

教學的邏輯順序是至關重要的，只有形成合理的教學邏輯，才能幫助學生正確認識物理概念的內涵和外延.教材在描述物體作曲線運動的條件時，沒有充分詮釋“力”和“速度”兩個不同類別物理量的關聯，缺乏由運動現象到運動本質的過渡，存在著不易察覺的邏輯問題，這就容易導致學生不能形成清晰的學習思路.因此，幫助學生厘清邏輯，建構正確的分析思路就顯得尤為重要.通過分別討論力的大小和方向如何影響速度方向改變，幫助學生建立嚴謹的分析思路，再借由實驗驗證，從而實現由教學邏輯到認知邏輯的過渡.由此可見，清晰的教學邏輯可以幫助學生認識知識的來龍去脈，有利于發展學生的邏輯思維，同時促進學生自主學習能力的提高.

3.3 注重思維方法的應用

分析是思維方法的重要組成內容，也是學習物理的基本思維方法.所謂分析，就是把整體分解為部分、把復雜事物分解為簡單要素、把過程分解為片段、把動態作為靜態來研究的一種思維方式[3].通過本節高端備課可以看到，學生在教師的引導下，由物理現象出發，把曲線運動這一復雜的、動態的物理過程進行分解和轉化，最終找到導致物體速度方向改變的主要因素，從現象到本質，通過層層分析，從而得到物體做曲線運動的條件，充分體現出思維方法與物理知識的融合.在教學過程中，教師不僅要幫助學生獲取知識，也要重視思維方法的滲透和顯化，訓練學生的思維品質，引導學生在概念和規律的獲得過程中體會思維方法的重要性，從而發展學生的物理核心素養.

參考文獻：

[1]楊振寧.楊振寧文集[M].上海：華東師范大學出版社，1998.

[2]邢紅軍，張抗抗，胡揚洋等.物理概念與規律的教學要求：反思與重構[J].課程·教材·教法，2018，38（02）：91-96.

[3]邢紅軍.中小學思維教學的深化研究[J].課程·教材·教法，2016，36（07）：33-39+75.