曲线运动教学中的问题设计与思考

曲线运动教学中的问题设计与思考

作者：盛云生

来源：《物理教学探讨》2015年第11期

摘 要：新课程理念下的课堂教学提倡以学生为主体，以学生发展为本，体现以学生的“学”来评价教师的“教”、“以学论教”的评价思想。本文就人教版《曲线运动》这一节内容，从课前的问题设计、课中的问题解决及课后的教学改进三个方面阐述如何满足学生的求知需求、匹配学生的认知水平、改善学生的学习效果。

关键词：问题设计；运动轨迹；速度方向；受力特征

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）11-0036-2

今年南京市的教学实践周，应物理同行之邀请，笔者执教了人教版必修二教材中的曲线运动（第一课时），接到任务后，本着交流、研讨、创新之想法，笔者研读了教材文本，决定将教学内容转化为四个主要问题设计，呈现、讨论、解决、评价这四个问题自然就构成了课堂教学的完整系统。

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1 问题设计基于学生需求

问题适切，提问得法，可将“讲堂”变为以学生为主体的“学堂”，可充分激发学生的主体意识，发挥学生的主体作用；可培养学生自主学习、自行探索，变被动接受为主动获取知识的能力。问题常常是互动的载体，问题设计需注意整体性、趣味性、准确性、启发性，问题设计更要基于学生的需求和教学的需要。

《曲线运动》这一节是一章的开始，“曲线”指明物体运动轨迹的特征，笔者曾针对几届学生做过调查，在学生不知道本章内容的前提下，就“曲线运动”这个名称，你会提出哪些问题。学生的回答通常有：

①它与直线运动有何区别？ ②物体运动轨迹为什么会弯曲？ ③它有哪些类型？ ④怎么研究？

曲线运动与直线运动的显著区别就是速度方向是不断改变的；物体的运动轨迹是由力和速度方向的关系决定的；类型怎么分、如何研究，都是这一章需要解决的问题。基于学生的问题提出和本节的教学内容，笔者梳理了本节课需要解决的四个主要问题： ①速度方向如何确定？ ②运动性质如何界定？ ③受力特征如何分析？ ④运动类型怎样划分？

前三个问题是本节课需要解决的问题，问题之间有逐步深入的逻辑关系，问题的解决也是从现象观察到理性分析，最后获得认知，呈螺旋上升，符合教学规律和学生的认知规律。第四个问题是为后续的平抛运动和圆周运动做铺垫，可以根据课堂教学时间和生源情况灵活处理，不影响本节课的教学安排。 2 问题解决基于学生认知 2.1 追问：曲线运动的速度方向

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若物体做单向的直线运动，速度方向是不变的。若物体运动的轨迹发生弯曲，其速度方向应该是变化的，这是一种常识性的认知。因此，如何确定曲线运动的速度方向就成为学习者的自然追问。

方法1 现象感知：借助砂轮磨刀具炙热的微粒从砂轮边缘沿切线飞出，旋转的雨伞水滴从伞边缘也沿切线方向飞出，让学生感知并思考微粒和水滴为什么会飞出？又为什么沿切线方向飞出？教学实践表明，教师在教学中要留有足够的时间让学生观察、讨论、思考，并用“科学的语言准确地表达出来”是学生理解曲线运动速度方向的关键所在。

方法2 理性分析：物体沿曲线由A运动到B，平均速度方向由A指向B，若B点向A点逐步靠近（如图1所示），平均速度方向就会以A点为圆心逆时针转动，当B点无限靠近A点时，平均速度方向将沿A点的切线方向。所以，做曲线运动的物体，某点的速度方向沿曲线上该点的切线方向。 图1 曲线运动物体的方向 2.2 生成：曲线运动的运动性质

曲线运动的速度方向沿曲线上该点的切线方向，因而曲线运动的速度方向时刻在改变，因速度是矢量，曲线运动是变速运动就是一种自然的生成。 2.3 剖析：曲线运动的受力特征

物体的运动轨迹为什么会弯曲？其动力学原因是一个需要剖析的深层问题。教材中利用由斜槽滚下的铁球在水平面上沿直线运动，因为受到磁体的侧向吸引，小球的运动轨迹发生了弯曲。由这一现象让学生分析小球的速度方向和受力方向不在一条直线上，从而得出曲线运动的条件：当物体的速度方向与受到的合力方向不在一条直线上时，物体做曲线运动。这是一种由现象感知到理性分析再到总结归纳得出结论的过程。

如图2所示，可以启发学生思考，作用在物体上的合力F有什么作用？引导学生将F沿切向和法向方向进行分解，切向方向的分力改变速度的大小；法向方向的分力改变速度的方向。物体的运动轨迹发生弯曲，物体一定受到法向力作用，这就要求物体的速度方向与所受的合力方向不在同一直线上。

图2 做曲线运动的物体的受力 2.4 拓展：曲线运动的类型划分

曲线运动的分类方法有多种，从动力学角度分析：若物体受到的合力为恒力，物体的加速度恒定不变，属于匀变速曲线运动；若物体受到的合力为变力，物体的加速度变化，则属于非匀变速（或称变加速）曲线运动。这一拓展是为后续的平抛运动和圆周运动的学习做好铺垫。

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3 教学改进基于学习效果

从学生的学习效果来看，教师在教学中需要关注如下两个问题：

一是一般曲线的切线学生画不准，这是因为学生缺少必要的数学基础。教学中可以借助于切线的特征引导学生在画完“切线”后做出检验，将所画的“切线”延长，若它与曲线只有一个交点，则是准确的；若它与曲线有两个交点，则所画的“切线”实则是一条割线，需要重新调整。 二是对曲线运动的受力特征及其应用学生掌握得不理想，针对斜槽上滚下的小球沿水平面做直线运动的演示实验，教师可以启发学生思考并解决以下问题： 1. 给你一个条形磁铁，可以对直线运动的小球施加怎样的影响？

2. 若磁体放在小球的正前方，小球的运动轨迹会不会变化？速度如何变化？若磁体放在小球的正后方，情况又如何？

3. 若磁铁放在小球运动的直线两侧，小球的运动轨迹会有怎样的变化？尝试进行细致的分析。

这样的改进，有助于学生充分认识物体的运动轨迹是由速度和受力的方向关系决定的，有助于学生深刻理解曲线运动的动力学原因，也有助于学生掌握已知曲线走向如何画速度方向和大概的受力方向，已知速度方向和受力方向画大概的曲线走向。这是本节课教学中需要突破的难点。

教师在教学中，自身重视文本研读，基于学生需求科学设计教学问题，合理搭建认知台阶引导学生思考，帮助学生掌握学习的重点和难点，并以学习的效果为出发点和落脚点设计教学和改进教学，应该成为教师教学的常态追求。 参考文献：

[1]朱欣. 关于“曲线运动的三个问题”[J]. 物理教学探讨，2006，24（9）：25—27. [2]杨倡林.“曲线运动”的教学设计[J]. 物理教学探讨，2012，30（11）：66—68. （栏目编辑 罗琬华）