基于Scratch技术的小球做圆周运动模型设计

摘 要：基于Scratch软件以小球做圆周运动这类物理场景，从理论分析到模型建立，形象生动地向学生展示了整个运动过程中运动轨迹和特殊点处的受力情况，便于学生更好地理解和掌握这类物理类型。

关键词：Scratch技术;圆周运动;小球模型

当前社会已经步入信息化发展时代，网络、游戏、动画、视频短片和手机通信等成为生活的重要组成部分，教学也正在朝着信息化方向发展[1]。Scratch软件[2]是由麻省理工学院开发的面向中小学生的一种简易编程软件，由100多块功能“积木”指令组成。相对于传统的通过敲击代码来编程的软件而言，它最大的优点是只需要通过搭积木的方式就可以完成程序编写。也正是由于它简单易学、交互性强、表现力好、一改传统编程的枯燥低效的特点，能够提高学生的学习兴趣，激发学生的创新思维，提高学生对自然科学的自主探究精神，所以其在課堂教学应用中具有良好的发展前景，符合现代社会教育改革对学生学习的要求，成为现在中小学乃至高中课堂教学应用研究的热点。

小球做圆周模型经常和图像结合，题目难度较大，学生不能建立相关的模型并进行分析，导致解题思路不清、错误率较高。本文从实际课堂出发，基于Scratch软件以小球做圆周运动这类物理场景[3]，从理论分析到模型建立，形象生动地向学生展示了整个运动过程中、运动轨迹和特殊点处的受力情况，便于学生更好地理解和掌握这类物理类型。

一、物理模型理论分析

轻绳类和轻杆类

1.轻绳类

（1）最高点

运动质点在一轻绳的作用下绕中心点作变速圆周运动。由于绳子只能提供拉力而不能提供支持力，质点在最高点所受的合力不能为零，合力的最小值是物体的重力。在最高点的向心力方程：

可知此时绳子的拉力不可能为零，其最小值为mg，速度为零，但不能通过最高点。

2.轻杆类

最高点：运动质点在一轻杆的作用下，绕中心点作变速圆周运动，由于轻杆能对质点提供支持力和拉力，所以质点过最高点时受的合力可以为零，质点在最高点可以处于平衡状态。所以质点过最高点的最小速度为零。

（1）当v=0时，轻杆对质点有竖直向上的支持力，其大小等于质点的重力，即：FN=mg。

二、Scratch软件具体设计过程

1.竿拉小球做圆周模型

以最低点为开始状态，分别考察最低点和最高点受力情况。相关代码如下：首先切换为无受力背景，将起始点移到原点，随后从最低点开始等待1秒后运动，重复执行144次左转5度循环，转完2圈后在最低点停留，并提问：“最低点受力情况？”引导学生思考并分析最低点受力情况，随后运行模型使小球运动到最高点，并提问：“最高点受力情况？”此时在最高处杆受力分3种情况，可以依次进行讲解。

2.绳拉小球做圆周模型

和杆拉小球类似，分别考察最低点和最高点受力情况。程序设计代码类似杆拉小球模型。在此就不做重复描述。值得一提的是在绳拉小球做圆周模型中，当速度小于临界速度时，小球不能通过最高点，模型中增加了小球下落过程，形象直观更便于学生学习和理解。小球在光滑竖直的圆弧轨道内侧的圆周运动等效于绳拉小球模型。

三、结语

通过以上几种模型的讨论与思考，对提升竞赛中学生数形结合分析能力及物理思想方法有积极作用。综上所述，Scratch软件在中学物理教学中的应用需要根据学生的群体特点，针对不同的教学需求，利用不同的教学方法，将Scratch软件与物理知识进行整合教学，提高学生对化学学习的兴趣，培养学生物理学习的能力。

参考文献：

[1]李金瑞.高中物理教学如何培养核心素养[J].中国民族教育，2017（5）：65-66.

[2]胡慧婷，徐晓梅.Scratch软件在中学物理教学中的应用初探[J].物理通报，2016（3）：93-99.

[3]崔勇.“做中学”在小学信息技术课堂实践探析：以Scratch软件教学为例[J].软件导刊（教育技术），2016（3）：16-18.

注：本文系江苏省无锡市教育科学“十三五”规划立项课题“基于Scratch软件的高中物理项目学习研究”（D/D/2018/006）研究成果。

作者简介：李春胜（1989—），男，中学一级教师，研究方向：中学物理教学与研究。