物理教学主线的情境演进①——从“平抛运动”说起

(江苏省木渎高级中学,江苏 苏州 215101)

1 问题的提出

《普通高中物理课程标准(2017年版)》在“实施建议”部分提出:“在教学设计和教学实施过程中重视情境的创设”“创设情境进行教学,对培养学生的物理学科核心素养具有关键作用”。[1]影响课堂教学效益的因素有很多,而课堂教学主线的创设是其中十分重要的因素。如果把教学内容比作一颗颗“珍珠”的话,教学主线则是穿起“珍珠”的“线”,“珍珠”只有用牢固的“线”，才能巧妙性地穿起来,变成漂亮的“项链”。[2]笔者尝试提出了“以核心素养为主旨、以学生为主体、以教师为主导、以情境演进为主线”的“四主”教学模式，本文以“平抛运动”等的教学为例,就中学物理教学主线的情境演进问题与同行交流。

2 案例实录

针对“平抛运动”的教学,笔者采用了以下情境演进主线。

2.1 初识“平抛”——实验观察

利用如图1所示的实验装置进行演示:

图1

(1) 分别单独释放小球1、2、3,观察它们的运动;

(2) 同时释放小球1、2,观察它们的运动;

(3) 同时释放小球1、3,观察它们的运动;

(4) 同时释放小球1、2、3,观察它们的运动，并拍摄视频，展示截图。

学生通过以下活动，初识平抛运动：(1) 听——异球同声；(2) 望——三球聚会；(3) “左看右看”——小球1和2总在同一高度上;(4) “上看下看”——小球1和3总在同一竖直线上。

教师提问：(1) 什么是平抛运动?(2) 比较小球1、2、3的运动,可得出什么结论?

2.2 解读“平抛”——实验分析

通过上述实验现象及视频截图的分析，学生得出结论:平抛运动是水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动的合运动。

教师追问：为什么平抛运动是这样的运动?

2.3 理解“平抛”——理论解释

学生学习平抛运动前已有的知识储备为：自由落体运动、牛顿运动定律、曲线运动的条件、运动的合成和分解等，据此提出了理论解释：(1) 在水平方向上，小球不受外力作用、有初速度,故做匀速直线运动;(2) 在竖直方向上，小球只受重力作用、无初速度,故做自由落体运动;(3) 小球所受外力与速度不在同一直线上，做曲线运动。

学生总结出结论:平抛运动是加速度为g的匀变速曲线运动。

教师再提问：如何研究平抛运动规律?

2.4 研究“平抛”——规律探究

在教师的指导下,学生运用已学知识，自主得出平抛运动的位移和速度等规律。

2.5 应用“平抛”——学以致用

如图2所示,小球从倾角为θ的足够长斜面上的A点水平抛出,若初速度大小为v0。问:(1) 小球经过多长时间落到斜面上?经过多长时间离斜面最远?(2) 若从A点分别以初速度v0和2v0平抛两小球，讨论两小球运动的时间、位移和落到斜面时的速度关系；(3) 若斜面不是足够长(图3),再讨论两小球运动的时间、位移和落到斜面时的速度关系。

图2

图3

2.6 拓展“平抛”——触类旁通

(1) 改变所受外力，将重力改为别的恒力，则由平抛运动演变为类平抛运动;

(2) 改变初速度的方向，则由平抛运动拓展为斜抛(斜上抛、斜下抛)运动、竖直上(下)抛运动。

3 教学主线情境演进的常用方法

在“平抛运动”的教学设计中,用到了实验探究、理论分析、迁移拓展等多种情境演进的方法。由于教学内容、教学要求、施教对象等的不同,高中物理教学主线的情境演进方法也是多样的。

3.1 以知识体系为演进主线

物理学作为一门基础科学,有其严密的知识体系,因而在教学中,就可以此作为教学主线。如在“原子结构”的教学中,可以沿着人类探索原子结构的足迹为情境演进的主线:发现电子→打开探索原子结构的大门→提出“枣糕”模型→α粒子散射实验(否定“枣糕”模型)→提出核式结构模型→与经典电磁理论和氢光谱矛盾→提出玻尔模型→在解释氢原子以外的光谱时出现矛盾→提出“电子云”模型……

一般来说,这种情境演进的主线,往往适用于那些知识体系比较完整的概念类或知识性陈述类课题，如人类对力和运动关系的研究、对光的本性的探究等。在复习课教学中,采用这种主线演进方式,对巩固知识、形成知识结构也能起到很好的作用。

3.2 以原理规律为演进主线

中学物理中涉及到许多原理和规律,其中不少原理和规律是在原有理论的基础上,通过严密的逻辑推理论证而得出的,在课堂教学中就可以以此思路设计情境演进的主线。如“万有引力定律”的教学就可以采用如图4所示的流程进行。以原理、规律为情境演进的主线,思路清晰、逻辑性强,如匀变速直线运动的规律、卫星运动规律等。

图4

3.3 以科学方法为演进主线

在物理学的研究和学习中,经常要用到一些科学方法,如果在教学中利用这些方法作为情境演进的主线,不仅有助于学生的理解,而且有利于培养学生的科学思维能力。比如在“电势能”的教学中,就可以用类比等方法,从重力做功的特点→重力做功与重力势能变化的关系→重力势能的相对性→重力势能进行系统性复习,自然而然地迁移到电势能的教学中,使原来抽象、难以理解的问题变得具体明了,同时还为后面分子势能的学习打下伏笔。另外,像带电粒子在电场中的运动、电路的动态分析等专题的教学,都可以方法为情境演进主线，这种方式尤其适用于习题课教学和专题复习教学。

3.4 以实验探究为演进主线

物理学是一门实验科学,“在物理实验中,应发掘实验在培养学生发现和提出问题能力方面的潜在价值”。[1]在课堂教学中,可以用实验探究作为情境演进的主线。比如在“产生电磁感应的条件”的教学中,就可以用系列实验逐步探究、分析、总结,最后得出结论,具体教学流程如图5所示。在中学物理教学中,有不少规律是通过实验探究总结出来的,比如牛顿第二定律、电阻定律等，这类课题都可以用实验探究作为情境演进的主线。

图5

4 值得注意的问题

教学是一门艺术,教学主线的情境演进创设并不是随心所欲、信手拈来的,而要进行深入的思考和精心的设计,因此在设计教学主线时应注意以下几点。

4.1 应条理分明,忌杂乱无章

教学主线的情境演进应该按一定的思路设计，条理分明的教学主线使整个课堂教学活动围绕主线展开,不仅使教学过程自然顺畅,教学思路清晰可辨，同时也便于学生在课堂上更快更好地领会知识要领,理清学习思路。比如上面列举的“万有引力定律”的情境演进中,思路清楚、思维缜密,易于理解、便于掌握。相反,杂乱无章的教学主线,只能给教者添睹、给课堂添乱,使学生的学习由“雾里看花”变得更加“扑朔迷离”。

4.2 应突出主题,忌喧宾夺主

教学主线的情境演进应密切配合教学主题展开，只有服务于主题的教学主线才能使主题更加鲜明,更好地达成教学目标。比如在上面提到的“电势能”的教学主线设计中,“重力势能”是作为情境演进的手段,其目的是通过类比迁移来分析、研究“电势能”。喧宾夺主、脱离教学主题的教学主线只会冲淡教学的主题,扰乱学生的思路，降低教学效率。

4.3 应自然贴切,忌牵强附会

教学主线自然贴切、恰到好处,才能充分发挥教学主线的作用。教学主线犹如烧菜用的作料,而情境演进则像是厨师做菜,只有恰当选择作料的种类和数量、在恰当的火候时加入,才能把菜做得香甜可口。比如上面提到的“感应电流产生的条件”,在情境演进中,每一个实验在什么时候做？如何做？提什么样的问题?得出什么样的结论?这些都是值得思考的问题，要循序渐进、顺其自然,才能水到渠成。

4.4 应丰富多变,忌形式单一

为了创设生动活泼的课堂氛围,激发学生的学习热情,提高课堂教学效率,情境演进的形式要多种多样,比如在前面所述“平抛运动”教学设计中,其情境演进用到了多种形式。教学主线还应该根据教学内容的特点和学生的具体情况来设计,切不可盲目模仿、机械照搬，精心设计的教学主线才能为课堂教学增色添彩。