领悟教材设计意图 着力发展核心素养——以“曲线运动”教学设计为例

张圣兵

（江苏省通州高级中学，江苏 通州 226300）

高中物理必修2第5章第1节“曲线运动”，是学生从直线运动过渡到曲线运动学习的第一步，学生已经对直线运动的概念、怎么描述直线运动，以及直线运动的基本处理方法都有了很好的掌握.在此基础上应该怎样建立起曲线运动的概念，怎样处理比直线运动更加复杂的曲线运动，笔者做了一些思考，现简述如下.

1 分析新老教材编排意图

相比于原教材（人教版2010年4月第3版），新教材（人教版2019年6月第1版）在曲线运动的教学上做了很大的调整，首先是将原先的一章内容（包括曲线运动、抛体运动、圆周运动）拆解成2章（抛体运动、圆周运动）.这样处理以后更加突出了高中物理学习中的两类特殊的曲线运动（类抛体及圆周）的各自不同的处理方法，并且减轻了章节学习的负担，给学生的学习设置了一个进阶性的台阶.学好了抛体运动之后，可以歇口气整理好再进入下一章圆周运动的学习.而作为整个曲线运动部分学习的第一节内容“曲线运动”的教学安排，新教材相对于老教材的变动也很大.新教材将老教材中的一节内容也拆分成了两节，第1节主要是建立起曲线运动的概念，理解曲线运动的特点和受力.而把曲线运动的处理方法：运动的合成与分解，设计成下一节内容，降低了学生学习的台阶，使得知识体系的搭建更加的合理和顺畅.

2 实现教材意图的教学设计

（1）体验为先，建立感官基础.

对新知识能否建立一个良好的建构，核心在于知识的获取方式.物理概念的建立，如果可以建立在体验的基础之上，还是应该体验为先.如何帮助学生建立好曲线运动的概念？最重要的一点是：直接的真实的体验.对此，笔者进行了如下尝试.

体验1.关于曲线运动的轨迹.

请学生拿起自己手边的某样物品（橡皮、笔、纸团等），斜向上方抛出，观察轨迹的形状，再请同学回想生活中类似的运动轨迹是曲线的运动，进而直接得出曲线运动的概念.这样将课堂体验和生活体验相结合，使得曲线运动的概念变得亲切，使学生产生一种“原来它一直就在”的感觉.

体验2.关于曲线运动的速度方向.

关于曲线运动的速度方向的初步体验，书本给出了如图1所示的两种情景.对此我们可以设计两步体验.第一步，教师现场演示砂轮打磨铁片实验，当学生看到火星出来，伴随着很尖锐的声音，同时调动学生的听觉和视觉，不仅可以直观的看到铁屑出射的方向，同时还会在视觉和听觉方面产生很强烈的现场感的震撼，这不是视频录像所能替代的.第二步，给学生提供一个“链球”，用绳系住一个物体，然后请学生抡动物体，在恰当的位置甩出，要求将物体投到讲台上.虽然还没有学到曲线运动速度方向的准确描述，但是却在不露痕迹地调动学生自己的模糊知识和身体感知能力，通过放手点的选择，去验证自己关于曲线运动的速度方向的认识.

图1

（2）巧妙设计，实现开放式科学探究.

在初步建立了关于曲线运动的速度方向的感性认识以后，需要学生探究出曲线运动速度的准确的方向，采用了常规的“留迹法”.这里采用了开放式的轨道设计，如图2所示，利用两段可弯折的钢条，通过轴连在一起，实验时学生既可以分段应用同一曲线轨道（将钢条从转轴位置向外弯曲），如图3，进而找到同一轨道上的不同位置处的速度方向；也可以自己随意改变轨道形状（钢条比较软，可以随意弯折），增加探究的可能性和一般性.

图2

图3

探究曲线运动的条件，即探究曲线运动的受力特点时，教材上提供的实验是利用磁铁提供引力来使小球拐弯.这种方法简单直观，非常好地帮助学生建立了物体之所以做曲线运动，是因为物体受到了跟速度不共线的力的作用.为了更加好地理解曲线运动的物体受力方向是指向曲线的内侧这一特点，可以辅助以更加开放的探究环节.如图4，轨道由6块可拆木板组成，在保证小球仍沿原轨道运动的前提下，可以拿掉哪几块板？学生先进行讨论，再通过实验来验证自己的分析，当学生小心翼翼地拿掉某块木板，而小球依然如故的运动时，如图5，不但加强了他对曲线运动受力的理解，更加激发了学生对自主科学探究的热情.

图4

图5

（3）数理结合，注重科学思维.

图6

图7

（4）创设开放情境，解决实际问题.

基于将“物理技术应用对自然和社会的影响，融入到科学技术社会环境相关内容中”的新课标要求，课堂中增加了为自行车设计挡泥板的任务：要求学生根据所学的知识为自行车后轮设计挡泥板，如图8.学生先在纸上设计并进行小组论证，然后在教师提供的自行车上去实践设计.可以为学生提供大的水盆，将自行车置于水盆上方，学生在自己设定的位置加上挡泥板（小组合作，一学生用手拿着就可以），看能否挡住水，使之不甩到骑车人身上.这样的开放的、真实的情境设计，可以使学生将所学知识和实际应用联系起来，促进学生核心素养的达成.

图8

总之，这节课作为曲线运动概念的建立课，既涉及核心素养的物理观念养成方面，又涉及科学探究这一核心素养的培养方面.课堂上一定要设法提供多渠道、多感官的真实的探究场景和体验，引导学生做真实的探究，突出科学本质的教学.