让物理课堂充满生长的气息——“曲线运动”教学设计与感悟

(江苏省天一中学,江苏 无锡 214101)

1 研究背景

“生长课堂”立足学生的学习实际,着眼于学生发展的可能性,以追求“生长”为其价值取向。笔者常常思考这样的问题:什么样的物理课堂才是当前学生最需要的课堂?随着学校“生长课堂”的实施和不断推进,越来越体会到“教育不是注满一杯水,而是点燃一把火”；“课堂，不仅仅是呈现‘鲜花’,还应该有‘花开的声音’,课堂上最美的应该是学生生命‘拔节’的声音”;“教学绝不只是滋养学生,也应变成滋养教师自我的过程、丰富教师自我的过程。”在课堂这个特定的空间,师生应一起生长知识、智慧、能力、情感。

笔者基于“生长课堂”模式设计了“曲线运动”一课教学,本设计从创设问题情境、激发探究欲望出发,以学生的学习为中心组织教学,倡导师生在课堂研究中共同成长,最终实现物理课堂的价值。

2 教学过程及感悟

2.1 创设情境

2.1.1 创设多媒体情境,激趣导入

播放视频:八一飞行表演队、过山车、链球运动。

问题1:三段视频中物体的运动有何共同特征?

设计思路:观察是学生认识物理现象、获得感性认识的源泉,学习物理就是从对物理现象的观察入手的,即“以物求理”。观察能力的培养对物理学的学习具有深远的意义,它既是学习和研究物理问题的首要步骤,又是学生能力生长的首要任务。

生长体验:三段震撼的视频在为学生提供丰富感性认识材料的同时还创设了物理情境,营造了课堂氛围,激发了学生求知欲望和探索兴趣。这样的设计,不仅顺利地引入课题,而且促进了学生观察能力的生长。

2.1.2 创设问题情境,温故知新

问题2:在学习直线运动时,我们用哪些物理量来描述它?曲线运动呢?

演示实验1:水平抛出粉笔头,利用粉笔头轨迹分析物体的位置、位移,提出速度方向问题。

生长体验:子曰“温故而知新,可以为师矣”,温故知新在教学中的重要性可见一斑。从学生原有的、较易的描述直线运动的物理量出发迁移到学生未知的、较难描述的曲线运动的物理量,过渡自然,符合学生的认知规律,不仅可以使学生的旧知识得以巩固,而且可以更好地让学生循序渐进地探寻、推知、掌握新知识,使学生在学习过程中树立自信,最终促使学生思维广度和深度以及情感的生长。

2.2 问题探究,发现规律

2.2.1 探究曲线运动的速度方向

(1) 实验探究

演示实验2:雨天旋伞。为增强可视性,利用智能手机在雨天拍摄,放视频慢动作,提醒学生观察雨滴离开伞边缘时飞出的方向。

演示实验3:砂轮打磨钢钉,提醒学生观察火星飞出的方向。

问题3:通过以上两个实验,你认为做曲线运动的物体的速度方向有何特征?

演示实验4:笔者用3D打印机自制了曲线运动演示仪(如图1),它是由几段稍短的弧形轨道组合而成。为增强留迹效果,笔者将课本演示实验进行了改进,将白纸改为水写书法布,将钢球改为普通鼠标内的鼠标球,以增加吸水性。当蘸了水的鼠标球沿不同位置滚出去时,在水写布上留下清晰的轨迹,演示效果较好。

图1

学生体悟活动:观察用丝带系住的小球在空中运动时丝带的方向。

设计思路:课堂演示实验是中学物理实验教学的重要组成部分,它不仅是建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识不可缺少的环节,还能激发学生学习物理的兴趣,提供物理感性认识的材料,培养学生观察能力、思维能力和探索精神。

生长体验:三个趣味盎然的演示实验,不仅将知识线索与情境线索巧妙地融合,而且让学生探寻物理规律发现的过程。首先通过特殊的圆周运动实验引导学生猜想曲线运动的速度方向,然后通过具有普遍意义的轨道实验引导学生得出一般曲线运动的速度方向,最后让学生自己动手实验，体悟曲线运动速度的方向。从简单到复杂、从特殊到一般的探究活动符合学生的认知规律,可以有效促进学生观察、分析、推理、动手能力的生长。马克·吐温曾说:科学真是迷人。根据零星的事实,增添一点猜想,竟能获得那么多收获!

(2) 理论探究

引导学生运用极限的思想，从数学角度和物理学角度分析一般曲线运动的速度方向。

生长体验:数学是物理学习的工具,理论探究与实验探究相结合,更具有严谨性和说服力。采用极限的思想引导学生得出一般曲线运动的速度方向,不仅体现了数学在物理学研究中的重要地位,培养了学生运用数学知识解决物理问题的能力,而且培养了学生严密的逻辑思维,促使学生科学思维能力的生长。

图2

(3) 学以致用

问题4:图2是一辆没有安装后挡泥板的儿童自行车,请你画出后轮上各点在正常行驶时相对骑车人速度的方向?

问题5:如果这辆车在下雨天骑行时会出现什么状况?

问题6:请你为该车设计安装挡泥板。

设计思路:著名教育学家陶行知先生说过：“生活即教育”,这为我们指明了物理教学活动的方向,在物理教学中我们不仅要让学生学到物理基础知识,更要让学生会用物理知识指导生活、为社会生活服务。在学生初步掌握曲线运动的速度方向特点后,笔者适时提出三个生活化且能力要求逐渐递进的问题,问题4是要让学生学会从生活中提炼物理问题,问题5是要让学生用新学的物理知识解释生活中的现象,让学生感受生活化的物理,问题6是要让学生在出现问题后利用所学知识去分析问题解决问题,通过这三个问题的设计,使学生学用结合,培养学生的科学思维能力。

图3

生长体验:教学中,笔者请甲同学上黑板给自行车安装挡泥板(用粉笔画挡板),该同学胸有成竹地在图2上画出了白色部分所示的挡泥板。笔者不动声色,继续巡视,给予学生足够的时间,发现其他学生对甲同学的画法开始品头论足,几位胆大的学生更是跃跃欲试。笔者请乙同学点评,乙同学评论说：如运用甲同学挡泥板的设计，雨水可以从轮子上A点和B点间溅起，飞到骑车人后背上,所以应该加由D点到B点的半圆形挡泥板(如图3)。此时甲同学不服气地说：我家的山地车挡泥板就是我刚才画的那个样子,有些学生好像被他动摇了,若有所思地纷纷点头。看到学生思维的火花被彻底激发出来后,笔者及时安排学生进行大讨论,大家各抒己见,最后学生统一意见:乙同学设计是正确的，甲同学的山地车挡泥板不适用于下雨天。为证实学生的说法,笔者让布娃娃(后背贴了一张白纸)分别坐在甲、乙两位学生所设计挡泥板的儿童车上,后轮下放一盆水(加少许墨水),摇动踏板模拟骑车,发现甲同学设计的车上的布娃娃后背溅满了墨水,乙同学设计的车上的布娃娃后背却没有溅到墨水。学生们在发出阵阵啧啧赞叹声后，露出了满意的笑容，并进入下一阶段的学习。

生长课堂要体现“生成”特点,课堂中要有师生、生生间真情实感、智慧的交流。当学生有疑惑时,教师要舍得等待,给予学生生长的机会；当学生有奇思妙想时,教师要善于捕捉学生思维的闪光点,给予学生生长的舞台。总之,教师在教学中要多创设生活化情境,将学生熟悉的、蕴含着物理知识的生活实例引进课堂,让每个学生运用物理知识的意识和能力在课堂上得到生长,同时激发学生的质疑精神和潜能,这对培养学生的创新思维有重大的现实意义。

2.2.2 探究物体做曲线运动的条件

(1) 创设问题情境,点拨思维

问题7:你认为物体做曲线运动的条件是什么?

生长体验:思维起于疑问,小疑则小进,大疑则大进。教师的主阵地在于课堂,在物理课堂教学中,我们要善于用问题来组织教学,充分调动学生的“知、情、意、行”，主动参与到教师所设定的问题解决过程中来。问题可以打破课堂沉闷的局面,可以激发思维,拨亮学生智慧的火花,促使学生独立解决问题能力的生长。

(2) 创设实验情境,寻找条件

问题8:请设计实验方案,验证你的猜想。

提供的器材:小钢球、磁铁、痱子粉等。

提示:如何让小钢球获得初速度v0?如何让它转弯?学生进行分组实验,交流分享结论。

设计思路:物理是一门以实验为基础的自然科学,物理实验既是物理教学的重要内容,又是物理研究的重要方法,同时也是激发学生学习兴趣、培养学生能力的前提。

生长体验:“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,只有亲身经历过的事情,印象才是最深刻的。笔者让学生根据所给器材,自行设计实验，探究曲线运动的条件,目的是为学生营造一种开放的探究环境，以点燃学生的创新火花。事实大大超出笔者的预设,笔者发现学生的智慧是无限的。为增强可视性,有的学生是在桌子上撒一层痱子粉，以显示小球的运动径迹,有的学生则是在小球上滚一层痱子粉。对于如何获得初速度v0,有的学生是利用两本书提供通道然后用力拨动小球，获得初速度,有的学生是使桌子倾斜，依靠重力的分力使小球获得初速度;对于如何让小球转弯,大部分同学是把磁铁放在小球运动方向的侧向，使小球转弯,笔者惊奇地发现一位学生先给小球一个水平速度,然后使桌子倾斜，依靠重力的分力使小球转弯……笔者赞叹之余,分明听到了学生生命“拔节”的声音。

生长课堂要给学生提供生长的土壤,教师要给学生提供生长的条件,把时间留给学生,让他们自主思考;把空间还给学生,让他们自主探究;把平等还给学生,让他们不迷信权威。

(3) 学以致用

问题9:你能分析演示实验中球通过弯曲轨道时做曲线运动的原因吗?

问题10:你能分析轨迹、合力、速度三者关系吗?

图4

生长体验:在学生初步掌握物体做曲线运动的条件后,笔者引导学生用刚学的曲线运动条件来解释演示实验中的物理现象,学用结合。分析FN时,笔者追问:FN方向为何是图4所示的呢?学生经过激烈的讨论,一致认为可以根据弹力产生的条件，采用撤除法来检验,笔者在肯定学生的同时现场演示,学生的热情被彻底激发。学生的学习思维被打开后,有学生指出图4漏掉了摩擦力Ff,大家情不自禁地鼓起掌来。充分信任学生,让学生体验成功的喜悦,有利于“科学态度与责任”目标的达成,同时学生也会还你一个惊喜,最终促使师生共生长。

当我们满心期待去创设充满生长气息的物理课堂时,孩子们必然会绽放生长的无限可能,让智慧与理性充满课堂!

参考文献：

[1] 朱卓君.让课堂成为学生生长的沃土[J].江苏教育(中学教学),2013,(10).

[2] 宋海峰.巧设情境,激趣深入——浅谈情境创设在高中物理课堂教学中的应用[J].物理教师,2014,(8).