对话 体验 感悟*——“平抛运动”教学案例分析

(江苏省扬州中学,江苏 扬州 22500)

·教学研究·

对话体验感悟*
——“平抛运动”教学案例分析

刘小兰周鹏

(江苏省扬州中学,江苏 扬州 22500)

在新课程理念的引领下,学生的学习过程不仅是接纳知识的过程,也是一个对话、体验、感悟、构建知识的过程。本文以“情境—对话—体验—感悟—导行”的教学模式为依据,以“平抛运动”为案例,谈一谈如何引导学生在物理学习中依托问题情境,通过对话、体验、感悟等方式,建构物理意义，解决实际问题,最终提升学生物理核心素养。

平抛运动;情境;对话;体验;感悟;导行

基于问题的高中物理“对话—体验—感悟”式教学是指在教学中,以问题作为学习内容,以对话作为学习方式,让体悟贯穿整个学习过程,以感悟深化思维、发展能力,以学科核心素养的形成为学习目标的教学。

物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品和关键能力,是学生通过学习内化为带有物理学科特点的品质,主要由“物理观念”“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”四个方面的要素构成。

由于物理学科本身的特点,在“对话—体验—感悟”式的课堂教学中,构建“情境—对话—体验—感悟—导行”的教学模式,容易激发学生学习的兴趣,培养学生的思维能力、观察能力、表达交流能力、耐挫能力、实践能力和创新精神,促进学生物理核心素养的养成。

1 教学模式

1.1 情境导趣:培养学生问题意识,激发学生学习热情

现代心理学认为:一切思维是从问题开始的。在教学过程中通过设疑、释疑、解惑,可极大地激发学生的兴趣,促使他们积极思考,当学生苦于“山重水复疑无路”时,教师给予解惑,学生就能收到“柳暗花明又一村”的效果。因此教学时应设法为学生创设真实的问题情境,唤起学生探求知识的欲望,使学生在发现问题的过程中主动建立物理模型、构建物理知识、体验物理过程、感悟物理方法,从而达到分析问题、解决问题的目的,并发展思维能力。

1.2 互动对话:激发学生学习潜能,培养学生自主精神

新课程的教学理念倡导师生互动对话,使学生敢于发表不同见解,交流彼此的感受,分享彼此的思考和见解,形成生生、师生之间广泛的信息交流。通过互动对话,取长补短,博采众长,不断完善认知过程,充分发挥学生的主观能动性,唤起学生内心对知识的渴求和探索。以问题为中介，进行双方的或多方的启发讨论、交流沟通,从而达到解决问题、理解领会和思想升华的教学目标。

1.3 过程体验:注重学习方式多样化,充分达成过程目标

新课程改变了课程内容繁、难、偏、旧和过于注重书本知识的状况,加强课程内容与学生生活以及现代社会科技发展的联系,关注学生的兴趣和体验,精选终身必备的基础知识和技能。物理过程体验教学是指教师创设真实的情境,使学生在经历情境的过程中启发智慧,体验知识的生成和方法的形成。

1.4 感悟升华:引导学生建构知识,促进学生自我成长

感悟重在“悟”，升华重在“升”，这是对物理教学的更高层次要求。“学以致用”“学问明理”就是这个道理。教学活动要把握学生的思维动向,贴近社会,贴近生活,贴近学生实际,通过情境、对话、体验,悟出学习的真谛。学生通过学习能把学到的知识和方法与相关问题联系起来,并能举一反三,灵活运用所学知识和方法解决相关问题,认识到学习的意义,自觉担负起自己的责任。

1.5 实践导行:运用物理知识解决实际问题,提高创新思维和实践能力

在物理课中，情境是载体,对话是手段,体验是途径，感悟是方式,导行才是目的。物理教学中概念和规律的掌握、应用都是通过实践来检验的，在教学中要培养学生运用所学知识去观察、分析、解决实际问题的能力,在实践中实现知、情、意、行的转化,培养创新思维能力。

本文以“平抛运动”为教学案例,谈谈将“情境—对话—体验—感悟—导行”的教学模式在具体的教学实践中的运用与思考。

2 教学过程

2.1 创设情境,提出问题

情境:平抛接球游戏(轨道末端已调至水平)。如图1所示,小球由倾斜轨道上某个位置静止释放,离开水平轨道后作平抛运动,如能准确落入小桶即击中目标(小桶的内部直径比小球的直径略大)。

图1

规则:(1) 小球在轨道上的释放位置可自由调节;

(2) 小桶的位置可自由调节(为了显示你的实力,小桶与抛出点的距离可适当远一些)。

问题:(1) 如何提高小球进桶的命中率？

(2) 平抛运动的定义、性质、特点是什么？

(3) 做平抛运动的物体遵循怎样的规律？

2.2 互动对话,推进教学

2.2.1 师生对话,建立概念

学生做演示实验:用同样的力度同时抛出一个粉笔头和一张纸。

师:两个运动为什么会不同?

生:存在空气阻力。

师:怎样做才能让它们的运动基本相同?

生:减少空气阻力,把纸拧成纸团,再次用同样的力度抛出粉笔和纸团,其运动形式基本相同。

师:请你给抛体运动下一个定义。

生:将一物体以一定的初速度抛出,物体只在重力作用下的运动,叫做抛体运动。

教师用动画展示竖直上抛运动、平抛运动和斜抛运动,并引导学生总结平抛运动定义。

生:将一物体以一定的水平初速度抛出,物体只在重力作用下的运动,叫做平抛运动。

师:请你列举生活中常见的平抛运动。

生1:飞机水平飞行时投下的炸弹所做的运动。

生2:水平投出去的铅球。

师:以上运动有哪些特点？

生:有水平初速度、只受重力、做曲线运动。

师:平抛运动是一种什么性质的曲线运动？

生:平抛运动是匀变速曲线运动。

2.2.2 组内对话,解析难点

思考:(1) 如何研究平抛运动？

(2) 用什么坐标系来描述平抛运动的轨迹？

(3) 猜想平抛运动在水平方向和竖直方向分别作什么运动？

(4) 如何验证你的猜想？

引导学生进行小组讨论,交流结果。

组1:用运动的分解研究平抛运动。

组2:用直角坐标系描述运动轨迹。

组3:在水平方向:Fx=0，做匀速直线运动;在竖直方向:Fy=mg，做自由落体运动。

方案1:根据分运动和合运动等时性原理,用水平和竖直两个方向的运动作为参照,观察两个分运动和合运动的落地时间是否相等。

方案2:可以在物体运动过程中连续拍照,然后对照片进行分析,研究水平方向相等时间内位移是否相等、竖直方向相邻相等时间内的位移差是否为定值。

2.2.3 组间对话,突出重点

小组之间讨论实验方案的优点和缺点,并进一步完善实验方案。

分析：方案1便于操作、可行性较高，但是如何比较落地时间相等？则需进一步细化。方案2原理简单,但能否做到现场做、现场拍、现场放？

完善方案:方案1中的实验可以通过眼睛看两球是否同时落地,也可以通过两球碰撞地面的声响，判断是否时间相同。方案2中的实验现场做、现场拍、现场放需要老师指导。

2.3 体验过程,领悟方法

实验体验:学生分组实验,体验到由于运动时间短暂,需要多次实验才能勉强地通过眼睛看、耳朵听等方式判断出时间相等。但是学生的体验不能只停留在两球同时落地或两球发生碰撞的瞬间,还需进一步体验小球运动过程中的位置关系。

问题提出:如何在短暂的运动时间内清晰、直观地判断出平抛运动与水平和竖直方向的分运动在任意时刻的位置关系？

方法引领:利用iPhone6自带摄像模式“慢动作”拍摄平抛运动。两小球分别从平抛仪顶端由静止释放、从轨道末端水平抛出。iPhone6“慢动作”拍摄两小球运动的全过程,随即将拍摄的视频导入电脑,利用暴风影音播放软件打开视频,会发现视频的时长可能只有两三秒钟,但是在视频开始时按下暂停键,借助“Ctrl”+方向键“→”,一帧一帧播放视频,我们可以看到小球在每一帧图像中所在的位置,而每一帧的时间间隔是相等的,如果在一幅图片中标记所有小球出现过的位置,就可以得到和频闪照片效果一样的图片。

2.4 感悟升华,发展能力

利用iPhone6“慢动作”拍摄平抛运动,体验到现场做、现场拍、现场放的震撼,学生突然感悟到一种研究平抛运动的新方法。

定性探究:(1) 利用iPhone6“慢动作”拍摄平抛运动与水平方向运动。将甲、乙小球分别从平抛仪轨道的顶端由静止释放,使甲球从轨道末端水平抛出的同时，乙球沿水平光滑轨道做匀速直线运动。学生能清楚地看到,匀速运动小球和平抛运动小球始终在同一竖直线上(如图2、3、4),小球的位置如影随形,亦步亦趋,充分体现出水平方向做匀速直线运动。

图2 图3 图4

(2) 利用iPhone6“慢动作”拍摄平抛运动与竖直方向运动。将甲从平抛仪轨道的顶端由静止释放,从轨道末端水平抛出的同时，通过电磁开关让等高位置的乙球做自由落体运动。学生能清楚地看到,自由落体小球和平抛运动小球始终在同一水平线上(如图5、6、7),充分体现出做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动。

图5 图6 图7

定量探究:用计算机Excel软件现场分析函数规律，确定相邻图片内的时间间隔，引导学生利用背景坐标纸标出钢球的位置,读出坐标(截图背景坐标纸的边长为1cm)。用计算机Excel软件处理数据,取时间t、水平位移x拟合图线(如图8),发现水平位移与时间成正比;取时间t2、竖直位移y拟合图线(如图9),发现竖直位移与时间的平方成正比。

图8

图9

2.5 实践导行,创新应用

2.5.1 运用知识,推导规律

问题情境:以抛出点为坐标原点,初速度v0的方向为x轴的正方向,竖直向下的方向为y轴的正方向。请推导出:(1) 轨迹方程;(2)t时刻的速度;(3)t时刻的位移。

图10

2.5.2 学以致用,认识规律

如图11所示,把小桶放在抛物线的轨迹上并将桶口沿轨迹的切线方向,每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下,钢球在空中沿抛物线的轨迹做平抛运动,钢球就会毫无悬念地落入小桶。

图11

3 教学体会

“情境—对话—体验—感悟—导行”教学模式以“趣”贯穿,营造了尊重、平等、乐学、愿学的“活”的课堂氛围,从中形成过程与方法的体验,落实到感悟升华,最后达到解决实际问题的目的,提高了学生的思维创新能力,促进其物理核心素养的养成。

新课程下构建新型有效的高中物理课堂教学模式,践行新课程理念,培养学生的物理核心素养,必须根据学生的认知特点,精心设计有利于学生积极发现问题、主动构建知识的教学情境。只有通过创设情境，充实教学内容，丰富教学形式,通过对话引导学生参与活动,才能使其更深刻地感知知识,然后在感知的基础上产生体验,再在体验的基础上有所感悟,最后内化为学生自己的独特经验,并在实际应用中解决问题。

[1] 曹义才.基于核心素养导向的中学物理实验教学表现性评价[J].物理教师,2016,(7).

[2] 蒋晓霞,徐敏峰.《平抛运动》教学设计及反思[J].物理之友,2015,(1).

[3] 汪洋.对平抛运动实验的创新设计[J].物理之友,2014,(4).

* 本文系江苏省中小学教学研究第十一期课题“基于问题的中学物理‘对话·体悟’式教学研究与实践”(课题编号:2015JK11 L177)的阶段性成果。