海上航行（二）

李佩宁

帆船行进时会遇到三种情况：顺风、横风和逆风。顺风情况比较容易理解，而对于横风和逆风情况，就需要运用一些力的分解知识来具体进行分析。

一、课程重点

本节课通过探究实验，让学生了解并掌握力的分解的知识，并灵活运用于帆船的设计中。

【涉及领域】物理、工程、数学

【建议年级】小学高年级

【建议时间】120分钟

【材料】空牛奶盒子、黏土、手工棒、线、胶带、织物、剪刀、台扇、水容器、秒表

二、课程任务

首先，学生分组实验，探究如何对力进行分解。然后，各组设计帆船并制作。最后，教师模拟不同的风向，让各组通过分析后自选船帆角度，测试并记录小船行进的速度。

三、课程步骤

1.导入（10分钟）

教师首先播放一段视频，或者利用帆船模型向学生讲解帆船行进的原理。教师除了准备单桅帆船模型外，还可以准备多桅帆船模型，并让学生讨论以下问题。

（1）当顺风时，怎么摆放船身和船帆的角度，使船行驶得最快？

（2）在船上有不止一个帆的时候，怎么摆放船身和船帆的角度？

学生很容易发现，调整船帆角度和船身角度很有必要。对于双桅杆帆船，如果船身顺风向前，学生会发现有一个帆是吹不到风的，顺风直行向前反而不是速度最快的解决办法。教师向学生提出以下问题进行引导。

（1）把双帆船的船身侧过来的时候，船不能直行向前，怎么解决这个问题？

（2）在风大小相同的情况下，船是直行还是走Z字型的速度更快？为什么？

2.宣布任务及评价量规（5分钟）

【宣布任务】各组需要制作一个可调节船帆方向的小船，然后在教師模拟的三种风向下，自主调节帆船角度，以提高船只行驶速度。宣布任务后，呈现评价量规（见表1）。

3.探究风向、帆船方向和船帆方向的关系（25分钟）

教师在黑板上画出船、风向和船帆的示意图，并用箭头标出三者的受力情况。

顺风。当风从船只正后方吹过来的时候，船只头部向前，所受力的分解如图1（左）所示。在风向有一些改变时，风给船帆施加的力会有一个分力，如图1（右）所示。

横风。让学生拿出两个三角板和直尺，对横风情况进行模拟。直尺代表船行进的方向，三角板的一条斜边代表船帆的角度，另一条斜边靠在直尺上，如图2（左）所示。不同迎角下，船帆所受推力的情况见图2（右）。当风从一侧吹过来时，学生用笔推代表船帆的斜边，可以发现代表船的三角板同样会向前行驶。学生可以选择30度、45度和60度三种船帆角度，猜测哪种角度的船帆在横风下受力最大。

教师将三种情况画在黑板上，然后引导学生在草稿纸上将三种情况绘制出来，进行简单的受力分析，然后比较在哪种情况下船帆受力最大。学生会发现，在横风为90度的情况下，45度的船帆受力最大。教师可以总结：在风向为正向的情况下，船帆角度最合理的值应该是风向的角度除以二。

逆风。在逆风情况下，帆船所受力的分解如图3（左）所示。逆风时，怎么才能让帆船向前行驶？给各组试验的时间，教师进行巡视，并引导各组思考。学生很快会发现，将船只方向摆一个角度，使船帆角度小于船只于风向的角度时，帆船可以斜向行驶。在实际运用中，小船可以通过Z字型的路线，逆着风向行驶，如图3（右）所示。教师可以播放一段影片，帮助学生理解并巩固这一知识点。

4.设计帆船并制作（40分钟）

各组进行设计，要求设计图完整，有材料使用标注和分工名单。小组设计图完成后，交由教师检查并领取材料进行制作。制作完成后，各组将组名标注在船身上，统一收集进行测试。

5.帆船测试（20分钟）

教师宣布测试方案，限定风向分别为0度、30度和60度，要求各组按照顺序依次测试。几轮测试期间，各组可以改变船帆角度。教师在黑板上呈现表2，记录每一组的成绩。

6.展示和总结（20分钟）

所有小组完成后，给每个组至少5分钟的时间进行汇报。汇报内容包括设计思路、问题和解决方案、具体分工、作品应用。将速度快的、质量好的、设计优秀的作品进行展示，全班讨论这些设计中的优秀之处，以及有待改进之处。

（责任编辑 张慧籽）