拓展教材资源 优化教材设计——以人教版必修2“第6章 圆周运动”为例

帅厚梅 李庆国

(扬州市新华中学,江苏 扬州 225009)

教材是师生实施课程标准的重要凭借,教材是最重要的课程资源.教师在教学的过程中应不断反复研读教材,不断拓展教材资源,不断优化教材设计,以便更好地贴合教情和学情,更有效地提升学生的核心素养.

1 图片再补充,视频更生动

图1 过水路面标志牌

为了呈现知识的直观性,教材已经配了丰富、实用的图片.但由于版面有限等原因,教材对知识点的配图也是有限的.教师在教学的过程中可以根据自己的教学需求,适当补充相关的图片,以帮助学生更好地学习相关知识.例如,必修2第6章第4节“生活中的圆周运动”中提到“公路在通过小型水库泄洪闸的下游时常常要修建凹形路面,也叫‘过水路面’”.笔者所在城市的学生对拱形桥比较熟悉,身边就有,学生体验很深.但对于“过水路面”则很陌生,多数学生从来没有听说过.于是笔者给学生看了一张“过水路面”的交通标志图,如图1所示.一方面让学生意识到“过水路面”在现实生活中确实存在;另一方面也是让学生认识一下“过水路面”的标志,了解一下相关的交通知识.我们的教育要面向学生的未来,学生将来出去旅行的时候就有可能用上这个知识,可以将所学知识应用到现实生活中.这也是在增强学生理论联系实际的能力,丰富学生的生活常识.

图2 过水路面

图片与文字相比要直观形象得多,学生对图片的印象会比文字更加深刻.但图片毕竟是一种静态的呈现,若能根据需要再配上相关视频,化静态为动态,则知识就会变得更加生动有趣.笔者在给学生看完“过水路面”的交通标志后,又给学生看了一段汽车通过“过水路面”的视频,如图2所示.这样学生在视觉参与的基础上,又加入了听觉参与,多感官参与学习的效果会更佳.此外,由于笔者选择的视频比较活泼有趣,学生看完之后哈哈大笑,因此学生在学习知识时还有了愉快的情感体验,这样学生对“过水路面”的认识就更加深入了.笔者选择的这个视频中,还涉及到了汽车通过“过水路面”时可能出现的一些危险状况,这也是有助于提高学生的交通安全意识,增强学生的科学态度与责任.学生学习物理知识的最终目的不仅仅是为了学会解决试卷上的几道物理题,更是为了将学到的物理知识灵活运用到现实生活中,能够用物理知识解释生活现象,用物理知识为现实生活服务.

2 习题再加工,拓展更深入

教材在每一节及每一章后面都精心配套了相应的习题,这些习题情境新颖、问题开放.教师在日常教学过程中要关注每一章节后面的习题,充分利用好这些习题,并根据学生情况做相应的加工拓展.例如必修2第6章第3节“向心力”这一节后面的练习第2题,题目如下.

图3 小球在玻璃漏斗中运动

例1. 把一个小球放在玻璃漏斗中,晃动漏斗,可以使小球在短时间内沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动(如图3所示).小球的向心力是由什么力提供的?

这一题放在第3节课后,可以引导学生学会分析向心力的来源.但由于学生刚刚学习向心力,所以在本节也不能做过多的拓展深入.但当第6章“圆周运动”全部讲完,在进行章末复习的时候,就可以再将这一例题加工拓展.在分析完向心力的来源后,可以补充数据让学生计算小球做匀速圆周运动的线速度、角速度、周期、向心加速度以及漏斗壁对小球支持力等.若学生的物理基础比较好,还可以再深入一点,让学生比较不同平面内两个小球的线速度、角速度、周期、向心加速度以及漏斗壁对小球支持力的大小关系等.可以设计如下的题目.

图4 圆锥筒模型

例2. 一个内壁光滑的圆锥筒的轴线是竖直的,圆锥固定,有质量相同的两个小球A和B贴着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动,如图4所示,A球的运动半径较大,试讨论A球和B球的线速度、角速度、周期、向心加速度以及对筒壁的压力大小关系.

图5 杂技表演

当笔者让学生做这个拓展题时,很多学生都误以为A、B两球的角速度一样,A球的半径大,则A球的线速度大.由此可见,学生会做书上的例题,看似已经掌握了此模型,而拓展深入之后才发现,学生实际并未真正掌握.只有一个小球,学生无意识中知道这个小球在筒内做圆周运动.而当出现两个小球时,学生又误以为两个小球是“共轴”的,从而误以为两个小球的角速度一样.他们没有意识到其实两个小球是“各转各的”,并不能“草率”地认为它们的角速度一样.实际角速度是否一样,需要根据向心力方程计算分析得到.为了让学生能够更好地建立起这个模型,笔者又找了一个摩托车杂技表演的视频给学生看,如图5所示.帮助学生认识到这个模型里面的两个物体并非“共轴”情形.这样不仅提高了物理模型的直观性,帮助学生更好地建立物理模型,同时也提高了学生的学习兴趣和乐趣.

图6 球模型

不过需要提醒学生,摩托车杂技表演是在一个球形笼子(球模型)里面运动,与教材中的圆锥筒模型还有一些差别.在引导学生学会用向心力方程分析两个小球在圆锥筒中运动的线速度、角速度等物理量的大小关系后,笔者又引导学生将摩托车杂技表演抽象成一个球模型,如图6所示.让学生用类似的方法再分析球模型中两个小球在不同平面做匀速圆周运动的线速度、角速度等物理量的大小关系.通过这种变式训练,帮助学生学以致用、举一反三,也增强了学生的科学思维能力.

引导学生做完练习之后,笔者又启发学生：看来我们只需借助向心力方程就能够计算出摩托车在不同轨道平面做匀速圆周运动所需的线速度、角速度等,引导学生去体会理论学习的成就感.此外,由计算分析可以得到,摩托车在不同平面的线速度、角速度、周期等都是不一样的.由此可见,摩托车手在表演的过程中,要能够很好地控制摩托车的速度,才能够有我们看到的精彩表演.正好借此机会让学生体会一下“台上一分钟,台下十年功”的不易与成功,激发一下学生的学习斗志.

3 顺序再重组,思路更顺畅

图7 火车转弯

在必修2第6章第4节“生活中的圆周运动”中,教材是先安排讲“火车转弯”,如图7所示,最后再安排讲“离心运动”.笔者在教学实践过程中发现,学生对火车转弯时,若速度没有按照规定速度行驶,超过或者低于规定的速度时火车轮缘是挤压外轨道还是挤压内轨道,在这个知识点上容易混淆,经常“凭感觉”作出错误判断.

若先讲离心和向心运动,学生知道了当提供的力比需要的向心力小的时候,物体就做离心运动;而当提供的力比需要的向心力大的时候,物体就做向心运动.在此基础上再讲火车转弯问题,当

火车按照规定的速度行驶时,其向心力是由火车的重力和轨道对火车支持力的合力提供的.若火车的速度超过规定速度,则重力和支持力的合力就比火车需要的向心力小,火车有离心的趋势,从而挤压外轨道,于是外轨道给火车一个向里的弹力辅助提供向心力.同理,若火车的速度小于规定的速度,则火车的重力和轨道对火车支持力的合力比需要的向心力大,火车有向心的趋势,从而挤压内轨道.这样引导学生从离心运动和向心运动的角度,用正确的物理观念来分析火车转弯挤压内外轨道的问题,就比较自然顺畅,学生比较容易接受并掌握.同理,从离心运动和向心运动的角度也可以辅助判断竖直平面内圆周运动(例如“杆模型”“双轨模型”等)中,小球对杆或轨道的作用力方向随速度变化,分析细节这里不再赘述.

教材在编排章节内容的时候一定有其内在的前后逻辑关系,教师在日常教学过程中总体还是按照教材内容的先后顺序授课.但具体到某一节内容,结合教师授课当下的教情和学情,也可以灵活地调整教学思路,使教师的实际教学思路更为贴合教情和学情,更加顺畅高效.