拓展教材資源 優化教材設計
——以人教版必修2“第6章 圓周運動”為例

帥厚梅 李慶國

(揚州市新華中學,江蘇 揚州 225009)

教材是師生實施課程標準的重要憑借,教材是最重要的課程資源.教師在教學的過程中應不斷反復研讀教材,不斷拓展教材資源,不斷優化教材設計,以便更好地貼合教情和學情,更有效地提升學生的核心素養.

1 圖片再補充,視頻更生動

圖1 過水路面標志牌

為了呈現知識的直觀性,教材已經配了豐富、實用的圖片.但由于版面有限等原因,教材對知識點的配圖也是有限的.教師在教學的過程中可以根據自己的教學需求,適當補充相關的圖片,以幫助學生更好地學習相關知識.例如,必修2第6章第4節“生活中的圓周運動”中提到“公路在通過小型水庫泄洪閘的下游時常常要修建凹形路面,也叫‘過水路面’”.筆者所在城市的學生對拱形橋比較熟悉,身邊就有,學生體驗很深.但對于“過水路面”則很陌生,多數學生從來沒有聽說過.于是筆者給學生看了一張“過水路面”的交通標志圖,如圖1所示.一方面讓學生意識到“過水路面”在現實生活中確實存在;另一方面也是讓學生認識一下“過水路面”的標志,了解一下相關的交通知識.我們的教育要面向學生的未來,學生將來出去旅行的時候就有可能用上這個知識,可以將所學知識應用到現實生活中.這也是在增強學生理論聯系實際的能力,豐富學生的生活常識.

圖2 過水路面

圖片與文字相比要直觀形象得多,學生對圖片的印象會比文字更加深刻.但圖片畢竟是一種靜態的呈現,若能根據需要再配上相關視頻,化靜態為動態,則知識就會變得更加生動有趣.筆者在給學生看完“過水路面”的交通標志后,又給學生看了一段汽車通過“過水路面”的視頻,如圖2所示.這樣學生在視覺參與的基礎上,又加入了聽覺參與,多感官參與學習的效果會更佳.此外,由于筆者選擇的視頻比較活潑有趣,學生看完之后哈哈大笑,因此學生在學習知識時還有了愉快的情感體驗,這樣學生對“過水路面”的認識就更加深入了.筆者選擇的這個視頻中,還涉及到了汽車通過“過水路面”時可能出現的一些危險狀況,這也是有助于提高學生的交通安全意識,增強學生的科學態度與責任.學生學習物理知識的最終目的不僅僅是為了學會解決試卷上的幾道物理題,更是為了將學到的物理知識靈活運用到現實生活中,能夠用物理知識解釋生活現象,用物理知識為現實生活服務.

2 習題再加工,拓展更深入

教材在每一節及每一章后面都精心配套了相應的習題,這些習題情境新穎、問題開放.教師在日常教學過程中要關注每一章節后面的習題,充分利用好這些習題,并根據學生情況做相應的加工拓展.例如必修2第6章第3節“向心力”這一節后面的練習第2題,題目如下.

圖3 小球在玻璃漏斗中運動

例1. 把一個小球放在玻璃漏斗中,晃動漏斗,可以使小球在短時間內沿光滑的漏斗壁在某一水平面內做勻速圓周運動(如圖3所示).小球的向心力是由什么力提供的?

這一題放在第3節課后,可以引導學生學會分析向心力的來源.但由于學生剛剛學習向心力,所以在本節也不能做過多的拓展深入.但當第6章“圓周運動”全部講完,在進行章末復習的時候,就可以再將這一例題加工拓展.在分析完向心力的來源后,可以補充數據讓學生計算小球做勻速圓周運動的線速度、角速度、周期、向心加速度以及漏斗壁對小球支持力等.若學生的物理基礎比較好,還可以再深入一點,讓學生比較不同平面內兩個小球的線速度、角速度、周期、向心加速度以及漏斗壁對小球支持力的大小關系等.可以設計如下的題目.

圖4 圓錐筒模型

例2. 一個內壁光滑的圓錐筒的軸線是豎直的,圓錐固定,有質量相同的兩個小球A和B貼著筒的內壁在水平面內做勻速圓周運動,如圖4所示,A球的運動半徑較大,試討論A球和B球的線速度、角速度、周期、向心加速度以及對筒壁的壓力大小關系.

圖5 雜技表演

當筆者讓學生做這個拓展題時,很多學生都誤以為A、B兩球的角速度一樣,A球的半徑大,則A球的線速度大.由此可見,學生會做書上的例題,看似已經掌握了此模型,而拓展深入之后才發現,學生實際并未真正掌握.只有一個小球,學生無意識中知道這個小球在筒內做圓周運動.而當出現兩個小球時,學生又誤以為兩個小球是“共軸”的,從而誤以為兩個小球的角速度一樣.他們沒有意識到其實兩個小球是“各轉各的”,并不能“草率”地認為它們的角速度一樣.實際角速度是否一樣,需要根據向心力方程計算分析得到.為了讓學生能夠更好地建立起這個模型,筆者又找了一個摩托車雜技表演的視頻給學生看,如圖5所示.幫助學生認識到這個模型里面的兩個物體并非“共軸”情形.這樣不僅提高了物理模型的直觀性,幫助學生更好地建立物理模型,同時也提高了學生的學習興趣和樂趣.

圖6 球模型

不過需要提醒學生,摩托車雜技表演是在一個球形籠子(球模型)里面運動,與教材中的圓錐筒模型還有一些差別.在引導學生學會用向心力方程分析兩個小球在圓錐筒中運動的線速度、角速度等物理量的大小關系后,筆者又引導學生將摩托車雜技表演抽象成一個球模型,如圖6所示.讓學生用類似的方法再分析球模型中兩個小球在不同平面做勻速圓周運動的線速度、角速度等物理量的大小關系.通過這種變式訓練,幫助學生學以致用、舉一反三,也增強了學生的科學思維能力.

引導學生做完練習之后,筆者又啟發學生：看來我們只需借助向心力方程就能夠計算出摩托車在不同軌道平面做勻速圓周運動所需的線速度、角速度等,引導學生去體會理論學習的成就感.此外,由計算分析可以得到,摩托車在不同平面的線速度、角速度、周期等都是不一樣的.由此可見,摩托車手在表演的過程中,要能夠很好地控制摩托車的速度,才能夠有我們看到的精彩表演.正好借此機會讓學生體會一下“臺上一分鐘,臺下十年功”的不易與成功,激發一下學生的學習斗志.

3 順序再重組,思路更順暢

圖7 火車轉彎

在必修2第6章第4節“生活中的圓周運動”中,教材是先安排講“火車轉彎”,如圖7所示,最后再安排講“離心運動”.筆者在教學實踐過程中發現,學生對火車轉彎時,若速度沒有按照規定速度行駛,超過或者低于規定的速度時火車輪緣是擠壓外軌道還是擠壓內軌道,在這個知識點上容易混淆,經常“憑感覺”作出錯誤判斷.

若先講離心和向心運動,學生知道了當提供的力比需要的向心力小的時候,物體就做離心運動;而當提供的力比需要的向心力大的時候,物體就做向心運動.在此基礎上再講火車轉彎問題,當

火車按照規定的速度行駛時,其向心力是由火車的重力和軌道對火車支持力的合力提供的.若火車的速度超過規定速度,則重力和支持力的合力就比火車需要的向心力小,火車有離心的趨勢,從而擠壓外軌道,于是外軌道給火車一個向里的彈力輔助提供向心力.同理,若火車的速度小于規定的速度,則火車的重力和軌道對火車支持力的合力比需要的向心力大,火車有向心的趨勢,從而擠壓內軌道.這樣引導學生從離心運動和向心運動的角度,用正確的物理觀念來分析火車轉彎擠壓內外軌道的問題,就比較自然順暢,學生比較容易接受并掌握.同理,從離心運動和向心運動的角度也可以輔助判斷豎直平面內圓周運動(例如“桿模型”“雙軌模型”等)中,小球對桿或軌道的作用力方向隨速度變化,分析細節這里不再贅述.

教材在編排章節內容的時候一定有其內在的前后邏輯關系,教師在日常教學過程中總體還是按照教材內容的先后順序授課.但具體到某一節內容,結合教師授課當下的教情和學情,也可以靈活地調整教學思路,使教師的實際教學思路更為貼合教情和學情,更加順暢高效.