基于教学逻辑视角的高中物理教学设计——以人教版“曲线运动”教学为例

文| 刘春雷

【教学目标】

1.了解曲线运动的概念，知道曲线运动的条件，理解曲线运动是一种变速运动；

2.体会曲线运动与直线运动的关系，并通过探究让学生学会归纳和总结实验结论；

3.经历科学实验探究过程，并能够做到学以致用。

【教材分析】

“曲线运动”选自人教版高中物理教材必修2 第1 节的内容，课程涉及两个知识点：曲线运动的速度方向和物体做曲线运动的条件。

【学情分析】

教学逻辑视角下的教学设计，旨在确保教学内容的连贯性和有效性。对于高中物理教学，特别是“曲线运动”这1 节，如何将抽象的物理概念生动地呈现给学生，并引导他们理解、掌握和应用，是教学设计中的关键。本教学设计以人教版高中物理教材为基础，结合探究、讲授、小组讨论和练习等多种教学方法，旨在提高学生的学习效果。

高一学生和初中学生相比学习能力较强，而且能够自主学习，学习习惯较好，但容易受教师的教学思想与方式的约束。面对这种情况，在教学中，高中物理教师需要注重培养学生的逻辑思维能力，以期能够提高学生的物理综合能力。

【教学方法】

根据教学目标和教学内容选择合适的教学方法，如可以采用讲授法、讨论法、实验法等相结合的方式进行教学。通过讲授法传授基础知识，通过讨论法引导学生深入思考，通过实验法培养学生的实践能力和科学探究精神。

【教具准备】

多媒体设备、纸杯、皮筋、链球、钢球、木球、磁铁等。

【教学过程】

环节一：创设教学情境，激发学生兴趣——提出曲线运动的概念

师：同学们，这节课老师给大家带来了一个我在课前自制好的“滑翔机”，还没有开始试行，想让大家帮我检测一下这个东西还有哪里需要改进。老师先给大家介绍下我这个滑翔机用到的器材：2 个杯子、5根橡皮筋、宽一点的透明胶带。先将两个纸杯的底端粘起来，然后将连成环状的皮筋绕在杯子的中间，适当拉紧，左手按着皮筋一端，右手拉着皮筋另外一边，松开左手，杯子就会被弹出。大家能看出来杯子是怎么运动的吗？

图1

生：杯子会向前旋转运动。

师：大家说得没错，接下来我们再来看两段视频（欣赏香蕉球、链球的运动）。今天我们就来一起探究一下物体的曲线运动。

（设计意图：调动学生探究曲线运动的积极性，发现生活中的物理学，并为接下来学习运动方向做铺垫。）

环节二：创新教学设计，探究科学实验——确定速度方向

1.播放链球运动

图2

师：我们先来看一下曲线运动的速度方向。当运动员拿着一个链球抛出时，链球在手的牵引下可以做曲线运动，他一旦松手，链球会怎么样？

生：会出现链球飞出去的情况。

师：请每组同学拿出你们手中的链球，模拟和观察一下不同时刻链球飞出的方向，哪一组学生可以说一下你们观察到的实验现象？

生：链球会沿着甩出去的切线方向运动。

师：还有不同的答案吗？

生：选择松手之后，可以看到链球是从松手位置飞出去的。

师：这个就说明进行曲线运动的物体在不同时刻它的运动方向是不相同的。

链球运动的轨迹是一个圆形，而我们归纳出它的运动方向是沿切线方向进行的，那对于普通的曲线是否也是如此呢？让我们进行另一个实验。

2.播放钢球离开轨道的视频，观察其速度方向

首先，我们搭建一个简单的实验台。在一张平整的桌子上铺上一层白色的纸张，作为实验的记录纸。接着，我们选取一些较小的弧线，并轻轻地将它们放置在白纸上，形成一个连续的弯曲曲线，这个曲线将模拟钢球在滚动过程中可能经过的路径。接下来，我们将一个带有红印泥浆的钢球放置在曲线的一端（我们称其为C端）。然后，轻轻释放钢球，让它沿着曲线滚动。当钢球滚到曲线的某个点（我们称其为B点）时，它会在白纸上留下一个红印，这个红印将记录钢球在B点时的位置。为了更准确地记录钢球在B点时的移动方向，我们取下一段导轨，并将其放置在B点处。然后，再次将带有红印泥浆的钢球从这段导轨上滚动并在白纸上留下另一条轨迹。这条轨迹将表示钢球在B点时的运动方向。大家想一想：白色的纸张上的印记和轨迹是怎样的？

图3

生：红印仅与轨迹相交，而并不完全覆盖轨迹。这表明红印所在的那条线即是钢球在B点时的速度方向，也就是钢球在该点的切线方向。在没有轨道限制的情况下，钢球的运动方向是沿着它所在位置的切线方向进行的。因此，可以得出结论，在任意一点上钢球的运动方向总是与该点所在的曲线切线方向一致。

师：除了实验方法外，还有什么方法可以确定物体在某一时刻的速度方向？在初中数学里，我们已经知道了圆的切线，对于其他曲线来说，切线指的是什么？

图4 曲线的切线

生：我们过曲线的AB两点作直线，这条直线就叫曲线的割线。假设B点逐渐向A点移动，当B点接近A点时，这条割线就叫曲线在A点的切线。

师：上面实验帮助我们总结出了做曲线运动的物体在任意一点的速度方向，那么在运动过程中，曲线运动的速度和直线运动的速度有什么不一样？

生：在运动的过程中，直线运动的速度方向没有变化，而曲线运动的速度方向一直在变。

师：很好，这个过程其实大家可以按照一个流程来理解：

速度是矢量→速度方向变化→速度矢量就发生了变化→具有加速度→曲线运动是变速运动。

让我们再来看一个实验！

3.借助飞镖做实验，体会曲线运动的速度方向

师：某物理兴趣小组为了研究曲线运动的速度方向做了一个课外实验——飞镖的运动轨迹。

生：飞镖在不同的位置的运动方向是不同的。

师：前面这几个实验说明曲线运动中物体的速度方向是时刻改变的。所以我们研究曲线运动的速度方向就是研究物体在某一时刻或者某一位置时的速度方向。

环节三：创新实验，引领科学思维——曲线运动的条件

师：为什么有些物体做直线运动，有些物体做曲线运动呢？请大家用力的作用来分析一下。

生（实验）：以水平桌面上运动的钢球为例，它做的是直线运动，受重力和摩擦力的影响速度逐渐减小，我们发现物体所受摩擦力的方向和运动方向相反。

图5

师：如果在钢球运动路线旁放一块磁铁，小钢球将做什么运动，此时钢球所受的力是什么力？若钢球运动到A 点时，拿走磁铁，钢球将会做什么运动？

生：当物体在一个平滑的平面上作直线运动时，物体会受到垂直的向下的重力，会受到竖直向上力的支撑，也会有一个与物体移动方向相反的滑动摩擦力，还有一个磁力的吸引。

生：若钢球运动到A 点时，此时我们拿走磁铁，由于水平面是光滑的，所以钢球在水平方向上不受力，大家根据牛顿第一定律可知，钢球将做直线运动。

师：如果把钢球改为同等大小的木球呢？

生：木球此时会做直线运动，速度在不断减小。

师：木球还受磁铁的吸引力吗？

生：不受。

师：因此，我们可以得出什么结论？

生：如果加在一个物体上的合力与其速率不同，那么这个物体就会做曲线运动。

环节四：课堂巩固与拓展

下面我们来看两道题。

1．关于做曲线运动的物体的速度和加速度，下列说法正确的是（）

A．速度方向改变，加速度方向不断改变

B．速度方向改变，加速度一定不为零

C．加速度越大，速度大小改变越快

D．加速度越大，速度改变越快

2．弯道上赛车后轮突然脱离，其运动情况，以下说法正确的是（）

A．仍然沿着汽车行驶的弯道运动

B．沿着与弯道垂直的方向飞出

C．沿脱离轮子方向做直线运动

D．上述情况均可

参考答案：

1．BD 2．C

【小组合作讨论】

活动1：分析雨滴做曲线运动的原因。

活动2：骑电动车或自行车通过弯道时，侧着身骑是什么原因？

活动3：踢出去的足球在空中做曲线运动，说明什么？

【教学反思】

传统的教学方法是：在课程最开始，教师会给学生展示几组图片，如花样溜冰、火车在弯道上的运动、风扇的转动等，通过让学生寻找共性，从而提出曲线运动的概念。这样的教学方法不仅单一，而且也难以调动学生学习物理的积极性。有的教师也会设置滚铁环的小游戏，由于运动过程中铁环的速度很快，观察时，学生关注的焦点一般会集中在滚了几圈，很少有学生会关注铁环滚动过程中美丽的曲线轨迹图，因此，本节课我开始引入了自制“滑翔机”实验，以极大地调动学生的听课兴趣。传统的教学先是通过对照课本描述现象，并直接给学生说结论，本节课主要是先提出问题，然后让学生思考、讨论，以学生为中心，注重师生之间的互动，这也符合新课标的教学思想和要求。