基于科學思維提升的平拋運動問題的教學思路

【摘要】根據相關理論，本文結合實際教學經驗，從情境創設、實驗探究、數學建模、問題解決和反思評價等方面詳細論述提升學生科學思維的教學思路，并結合具體教學案例進行說明，期望對讀者提供參考.

【關鍵詞】科學思維；平拋運動；高中物理

平拋運動是高中物理曲線運動中的重要內容，它不僅在物理學的發展中具有重要地位，而且對于培養學生的科學思維能力也具有重要意義.科學思維是指具有科學性、邏輯性和創新性的思維方式，包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素[1].在平拋運動的教學中，如何引導學生運用科學思維方法，深入理解平拋運動的規律，提高解決實際問題的能力，是值得深入研究的課題.

1 基于科學思維提升的教學思路

1.1 情境創設并進行實驗探究

通過創設生動有趣的情境，激發學生的學習興趣和好奇心，引導學生主動思考.例如，可以展示平拋運動的實際現象，如投籃、扔鉛球、跳水等，讓學生觀察并思考物體的運動軌跡和特點.實驗是物理教學的重要手段，通過實驗探究可以讓學生親身體驗平拋運動的規律.例如，可以設計平拋運動實驗，讓學生測量平拋物體的水平位移和豎直位移，探究水平速度和豎直加速度對運動軌跡的影響.

1.2 數學建模，解決問題

運用數學知識建立平拋運動的模型，將物理問題轉化為數學問題，培養學生的模型建構能力和數學應用能力.例如，引導學生運用運動的合成與分解方法，建立平拋運動的數學方程，求解物體的位置、速度和加速度等物理量.通過解決實際問題，培養學生的科學推理和科學論證能力[2].例如，給出與平拋運動相關的實際問題，如平拋物體的射程計算、碰撞問題等，讓學生運用所學知識進行分析和推理，提出解決方案，并進行論證和評價.

1.3 反思評價

引導學生對學習過程和結果進行反思評價，總結經驗教訓，發現問題和不足，培養學生的批判性思維和自我調節能力.例如，讓學生回顧自己在解決平拋運動問題中的思路和方法，分析錯誤原因，提出改進措施.

2 創設真實情境，構建平拋運動模型

例1 如圖1，調皮的小猴子以速度v1從高處水平躍出，母猴見狀立刻（忽略母猴反應時間）豎直向上躍起在空中將小猴子抱住.若小猴子躍起前，兩猴豎直距離為H，水平距離為d，兩猴子均可視為質點，重力加速度為g，空氣阻力不計.求：

（1）母猴從躍起到抱住小猴子所用的時間t；

（2）母猴剛抱住小猴子時離地面的距離y；

（3）母猴豎直向上躍起的初速度v2大小.并判斷：若v2<gH，母猴抱住小猴前瞬間速度的方向.

解析 （1）設母猴從躍起到抱住小猴子所用的時間t，有t=dv1.

（2）母猴剛抱住小猴子時小猴子下落的距離h=12gt2=gd22v12，

則離地面的距離y=H－h=H－gd22v12.

（3）母猴豎直向上躍起的初速度v2，根據豎直上拋運動有y=v2t－12gt2，

解得v2=Hv1d，

設母猴豎直向上能躍起到高度H的速度為v2′，則有2gH=v2′2，

解得v2′=2gH，

又v2<gH<v2′，

所以母猴抱住小猴前瞬間速度的方向豎直向上.

點評 本例以母猴接小猴的真實情境為載體，引導學生構建平拋運動模型，運用運動的合成與分解的思路，靈活考查了平拋運動與豎直上拋運動的綜合問題.

3 拓展模型，科學創新

例2 風洞，被稱為飛行器的搖籃，我國的風洞技術世界領先.如圖2所示，在一次實驗中，風洞豎直放置且足夠長，質量為m的小球從A點以速度v0=10m/s沿直徑水平進入風洞.小球在風洞中運動時受到的風力F恒定，方向豎直向上，風力大小F可在0～3mg間調節.小球可視作質點，碰壁后不反彈，重力加速度g取10m/s2，風洞橫截面直徑L=10m.

（1）當F=0時，求小球撞擊右壁的速度大小和方向；

（2）保持v0不變，調節F的大小，求小球撞擊右壁的區域長度.

解析 （1）當F=0時，小球做平拋運動，水平方向有L=v0t1，

解得t1=1s，

豎直分速度為vy1=gt1，

小球撞擊右壁的速度大小v1=v20+v2y1，

令速度與水平方向夾角為θ，

則有v=102m/s，θ=45°.

（2）結合上述，當F=0時，小球做平拋運動，豎直方向的分位移y1=12gt21，

解得y1=5m，

當F=3mg時，根據牛頓第二定律有3mg－mg=ma，

小球做類平拋運動，則有L=v0t1，y1=12at21，

解得y1=10m，

則小球撞擊右壁的區域長度L0=y1+y2=15m.

點評 當F=0時，小球做平拋運動，屬于平拋運動基本模型的運用.當F=3mg時，通過分析發現，小球在豎直方向上受到恒定不變的力，可將處理平拋運動的方法進行合理遷移，提升學生的科學推理能力和質疑創新能力.

4 結語

在未來的教學中，將進一步完善基于科學思維提升的教學思路，將其應用到更多的物理教學內容中，不斷探索創新教學方法和手段，為培養學生的科學思維和創新能力提供更加有力的支持.綜上所述，基于科學思維提升的平拋運動問題的教學思路能夠有效地提高學生的學習效果和科學思維能力，為學生的未來發展奠定堅實的基礎.在教學實踐中，教師應根據學生的實際情況和教學內容的特點，靈活運用各種教學方法和手段，不斷優化教學過程，以達到最佳的教學效果.

參考文獻：

[1]萬艷玲.基于核心素養的高中物理實驗教學方法——以“平拋運動”為例[J].數理天地（高中版），2024（02）：82-84.

[2]顧永晉.通過物理模型培養高中生科學思維——以《平拋運動》為例[J].教學管理與教育研究，2018（12）：77-78.