建立物理观念 厚植核心素养——以《曲线运动》教学为例

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发展学生的核心素养是新一轮课程改革的主要任务。物理学科的四个核心素养要素中，最基础的核心素养是物理观念，它代表对物理知识的内化，是其他三个核心素养的基础。科学思维和科学探究是学生的关键能力，科学态度与责任是每个人必备的品格。文章以第六章《曲线运动》第一节《曲线运动》为例，阐述在教学过程中如何设计生活化创新教学情境，让学生在物理情境中建立力与运动的观念，并利用实验进行科学探究和科学思维，将物理的核心素养厚植于课堂教学之中。

一、创设生活情境，建立物理观念——曲线运动的观念

在传统的曲线运动教学中，教师通常会呈现设置好的几组图片，例如运动员比赛中的弯道跑、高铁运行时的转弯、电风扇的转动，通过让学生寻找图片间的共性，从而提出这些运动的轨迹都是曲线，然后提出曲线运动的概念。

有的学校，学生本身的物理学习兴趣就不够浓厚，这样的课堂引入不仅单一，而且不能激发学生学习物理的兴趣，有的教师采用飞镖等有趣的小实验或者小游戏，让学生在感兴趣的观察中引入本节新课。由于在运动的过程中飞镖的速度很快，观察时学生关注的焦点，一般是飞镖中了几环，很少有学生关注飞镖运动过程中漂亮的轨迹图线，所以笔者采用自制滑翔机引入课堂教学。

用“凯西1 号”自制滑翔机演示飞行实验，该实验在课堂上引起了轰动，学生在观察滑翔机飞翔时，极大地唤醒了观察运动轨迹的兴趣。

（1）自制滑翔机用到的器材有：橡皮筋5 根，杯子两个，还有较宽的透明胶带。

（2）制作过程是:如图1 所示，先将5 根橡皮筋连成环状，将两个纸杯的底端用透明胶带连在一起，再用大拇指按住橡皮筋的一端，然后将橡皮筋慢慢地绕在两个杯子中间。在缠绕时皮筋就适当拉紧，但又不能把杯子箍坏了。最后用左手拇指按住皮筋的一端，右手拇指拉着皮筋的另一端。这时如果我们松开左手拇指，杯子在皮筋弹力的作用下，就会向前弹射出去。由于皮筋一开始是绕在杯子上面的，所以杯子向前运动的同时，还会逆时针旋转，如图1所示。

接下来播放两组视频：一个是欣赏香蕉球的运动，另一个是欣赏链球的运动。播放这两组视频，可以再次调动学生想要探究曲线运动的积极性，让学生再次发现生活中的物理学之美，并且第二个小视频为学生学习曲线运动某一点的运动方向埋下了伏笔。

二、创新教学设计，实践科学探究——速度方向的确定

1.播放链球运动

在直线运动中学生学过速度这个物理量，对速度的方向有很深的体验，但对进一步学习曲线运动的速度方向他们是没有心理准备的，而本节课确定曲线运动的方向是一个教学难点。教师播放的链球运动起到了承上启下的作用，一方面学生再次观察生活中的曲线运动，以及曲线运动的轨迹；另一方面也为学生接下来探究曲线运动的速度方向起到了引导作用。

（1）问题提出：当链球运动到什么位置放手更好？

（2）实验探究1：学生动手实验，当链球运动到正前方时放手。

（3）科学猜想：链球运动到什么位置放手更好？

（4）实验探究2：学生动手实验，当链球运动到侧前方时放手。

（5）视频播放：链球运动员比赛中抛球瞬间，如图2所示。

（6）问题思考：为什么运动员要在侧前方放手？

用这个视频和小实验来导入对曲线运动速度方向的研究，能充分调动学生学习的积极性，也能激发学生科学探究的欲望，这样就能非常自然地切入对曲线的速度方向的研究。

2.用胶带做实验，让学生体会曲线运动的速度方向

让学生准备一个胶带，拉出其中的一段，缠绕两圈并固定，再用力拉住胶带一端使它在水平桌面上做圆周运动（要稍慢一些），在运动的过程中突然放手，如图3所示。

观察与思考：

（1）在不同的位置放手，飞出去的方向相同吗?

（2）观察沿什么方向飞出？

（3）这现象说明了什么?（由于惯性保持原来的运动方向）

3.播放刀具放在砂轮上打磨的视频，让学生观察曲线运动的速度方向

问题情境一：如何用实验确定做曲线运动的物体在任意位置或任意时刻的速度方向？

演示实验：教师将刀具放在砂轮上的不同位置打磨。（学生观察实验，并说出现象：火星四射，均沿轮子某点的切线方向飞出）

4.利用陀螺实验，探究曲线运动速度方向

（1）所用器材：自制的陀螺，圆纸板（与陀螺等大），一次性注射器，红墨水，白纸，木板；装置如图4所示。

（2）操作：先将陀螺放在白纸上，让其高速旋转，当转动稳定的时候，用注射器在陀螺的上表面滴两滴红墨水，观察白纸上红墨水被陀螺甩出的轨迹。

（3）现象：红墨水被陀螺沿切线方向甩出，如图4所示。

学生在做这些探究性实验的过程中，自然会得出这样的结论：物体在做曲线运动的过程中，某点的速度方向就是轨迹上通过该点的切线方向。

5.通过导学案将曲线运动的速度方向应用于自行车的实际生活场景

课堂练习：

（1）画出自行车前轮上各点在正常行驶时的速度方向，如图5所示。

（2）如果这辆车在下雨天骑行，会出现什么状况？

（3）请你为该车设计安装挡板。

（可以展现真正的自行车，指导学生观察前轮的挡泥板）

三、创新演示实验，引领科学思维——曲线运动的条件

1.对曲线运动条件的实验方案改进

问题情境：在现实生活中为什么物体会做曲线运动呢？

教师演示实验：

（1）实验器材：条形磁铁（1条）、小钢球（1个），斜面轨道（1条），木板，白纸。如图6所示。

（2）设计出四个实验任务

①任务1：将小球从斜面上某点自由释放，此时没有磁铁放在小球运动的附近，如图7中的a所示。

②任务2：将条形磁铁放在与小球速度方向相同的一条直线上，再将小球由斜面某点静止释放，如图7中的b所示。

③任务3：将磁铁放在小球运动方向的左侧，如图7中的c所示。

④任务4：将磁铁放在小球运动方向的右侧，如图7中的d所示。

我们还可让学生与教师合作一起完成实验，记录实验的场景，并分小组让学生分析实验现象，得到如图7所示的实验结果分析图。最后由学生自己总结出最终的结论：当物体所受合外力与速度方向在同一直线时，物体一定做直线运动；当物体所受合外力与速度方向不在同一直线时，物体一定做曲线运动。

2.创设水柱魔术，让学生揭秘

教师用玻璃杯吸引水流，让红色水流发生弯曲，达到一种魔术的效果，引发学生用今天所学的知识进行解释。并引导学生归纳总结本节课最后一个知识点——曲线运动的条件以及偏转的方向。

如图8 所示，将塑料瓶装满水，在瓶底和瓶盖上开一小洞，让水滴下。观察水滴的自由落体运动。问学生：如何让下落的水滴做曲线运动？学生回答：吹气等。

教师进行魔术表演，将橡胶棒摩擦丝绸，靠近水柱，发现红水柱向玻璃棒弯曲。本演示实验极大地激发了学生的兴趣，并且通过引导学生揭秘本魔术的奥秘，使学生参与总结曲线运动的条件这一知识点，使抽象问题形象化，充分体现了“做中学”的思想。

四、意义与体会

学生在感知生活、学习物理学史的过程中，时时刻刻沐浴在物理“核心素养”的教育之中，时刻都在开发着自己的创造“潜能”。通过上述实验和生活化的场景，使学生建立了正确的曲线运动观念，并在科学探究中确定了曲线运动的速度方向，最终引领科学思维——物体为什么会做曲线运动呢？这种创新实践型的课堂比以往的常规课更加形象生动，而且学生在实验探究的过程中产生了学习物理的兴趣，同时也真正在课堂教学中实践了物理核心素养的教学。在本实验案例中，所用到的是生活化的材料，取材简单，操作简便，提高了实验的可行性。最后的点睛之笔是探究曲线运动的条件的魔术水柱实验，在某种程度上将本节课带入了最后的高潮。

中国学生发展核心素养，主要是指学生应具备的，能够适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。我们在教学过程中一定要尊重教学规律，以学生为本，厚植物理核心素养，只有这样，才可能培育和发展学生的核心素养。通过本节课的学习，学生学习物理的情绪大大提高，也增强了学生学习物理的信心，并提高了他们的物理核心素养。在物理课堂教学中，将理论物理与生活物理有机结合在一起，有助于学生平时留心观察生活中的物理场景。建立物理观念，厚植核心素养，这是我们课堂教学的宗旨。

文/ 陶汉斌

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