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从《曲线运动》课例看“科学思维”的培养

范文

苏剑军

摘要：物理学科核心素养对教学课堂提出新的要求，即让学生获取新的知识，又要求学生通过自己亲身的实践，得到直接的经验，这就要求学生要从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识，并基于经验事实构建物理模型，进而提高学生创造性见解的能力和对综合性物理问题进行分析和推理的能力。而这种能力就是物理学科核心素养中的“科学思维”。

关键词：核心素养;科学思维;曲线运动

中图分类号：G4文献标识码：A文章编号：（2021）-04-197

我们知道，许多物理概念和规律都是从大量的具体事例中抽象出来的，在教学中，首先，要重视感性认识，使学生通过物理现象、过程获得必要的感性认识，这是形成概念，掌握规律的基础，这样就可以清晰的从物理学视角对客观事物的本质属性认识、对运动规律及相互关系的了解，大大提升科学思维发展水平。因此要求教师要对平时的教育教学中鼓励学生大胆质疑，在科学探究中培养学生的科学思维方法。本文将用《曲线运动》为例，以“问题——探究”的模式为主导，探讨如何在物理教学中培养学生的科学思维。

《曲线运动》教学设计：

【设计意图】

学生在前面已学习了力与直线运动以及，并且对“匀变速直线运动规律” 有一定的有研究。本案例的主要目標是让学生通过研究分析，建立“曲线运动”的物理观念，确定曲线运动速度的方向，知道曲线运动是一种变速运动;通过用科学思维的方式建立模型研究做曲线运动的物体受力情况，能运用牛顿运动定律分析讨论物体做曲线运动的条件并知道物体做曲线运动的条件;通过用科学思维的方式构建曲线运动物体的速度与力的关系模型，会判断曲线运动的加速和减速。

【课前准备】

将学生分成四人小组，布置预习作业。完成导学案，举例说出常见的曲线运动。

【引入】复习引入：

1、物体做直线运动的条件。（学生答：F与v共线）

2、物体做直线运动的运动模型：匀速和变速直线运动中，我们关注的是v大小的变化，而实际生活中直线运动的例子很少，最为普遍的是曲线运动。（学生举例）

什么是曲线运动？曲线运动有哪些规律呢？

【新课讲授】（探究过程）

问题1.曲线运动的方向怎么确定？

思考：如何描述曲线运动的轨迹？

活动1——记录曲线运动轨迹

（1）用水写纸描湿球运动轨迹;（2）用弯曲的轨道表示曲线运动的轨迹。

活动2——小组讨论

运动轨迹就是曲线运动方向吗？

观看视频：砂轮磨刀具视频、链球视频、撑开的带有水的伞绕着伞柄旋转，雨滴飞出。

实验探究1：可拆除轨道的曲线运动，涂有红印泥的小球可以留下曲线运动轨迹。

实验探究2：桌上铺一张白纸，将一个陀螺旋转起来后，如果在陀螺上滴一滴墨水，墨水将飞出，在纸上留下痕迹。

实验现象：曲线运动的物体某时刻（某位置）飞出去的方向都是沿轨迹切线方向飞出。

结论：运动轨迹不是运动方向，某时刻（某位置）的速度方向是该点轨迹的切线方向

理论分析：

瞬时速度v=ΔχΔt

当时间Δt或位移Δx趋近于零时：

曲线运动的质点在某一点（或某一时刻）的速度方向在曲线的这一点的切线方向上。

问题2.曲线运动的条件？

活动3. 建模分析链球运动中圆周运动的受力与速度、轨迹关系。

（1）利用加速度的定义式a=ΔvΔt 求加速不等于零。

在教师的引导下明确只要速度的大小、方向中的一个或两个同时变化，就表示速度矢量发生了变化;既然曲线运动是变速运动，那么由a=ΔvΔt可得作曲线运动的物体一定具有加速度;曲线运动中速度的方向时刻在改变，所以曲线运动是变速运动。

（2）由牛顿运动定律可知，曲线运动合力不等于零，分析合力与运动关系。

探究3. 分析物体在做直线运动的情况下加一个侧向力

结论

当物体所受合力的方向跟它的速度方向不在同一直线上时（F与v不共线），物体做曲线运动。

问题3. 合力与曲线运动的速度变化的关系？

活动4.建模分析投篮时篮球运动情况：运动轨迹、合外力、速度变化之间有什么关系

如图示，设物体做曲线运动的速度方向与合力方向夹角为θ，可以将合力正交分解为沿速度方向（或速度的反向）和垂直与速度方向。沿速度方向（或速度的反向）的

分力改变速度的大小，垂直于速度方向的分力改变速度的方向。

上升过程，速度v越来越小，此过程900<θ;

下落过程，速度v越来越大，此过程θ<900;

【结论】当0≤θ<900时，合力为动力，物体速度不断增大;

当θ=0时，合理不改变速度大小，只改变速度的方向，物体做匀速率运动;

当900<θ≤1800时，合力为阻力，物体的速度不断减小。

【课后作业】

1.思考：曲线运动中，随着速度大小和方向的不断变化，合力会不会和速度方向一致呢？

2.观察下图所示的自行车，指出车上缺少什么装置？该车在泥泞的道路上行驶，有什么不便？如何安装？

【教学反思】

本节课通过的实验探究、理论分析让学生形成曲线运动的物理观念，并在问题的引导下，通过建模分析，让学生从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系认识曲线运动条件和运动规律。让学自主获取结论，进而又通过实验直接验证学生所得出的结论，在问题发现的环节上，通过开放性的实验，引导学生思考，发散学生思维;在问题解决的过程中，通过小组合作探究，交流讨论，体会知识获取的乐趣;在问题感悟时，学生自主小结，并将已学知识运用到指导实践生活当中来，提高科学素养。

结语：任何一课，从设计实施到分析过程，再到得出结论，都与观察操作、思考等活动密不可分，并要求听觉、视觉等器官高度兴奋，是手与脑的密切合作，想象与现实的奇妙交融，起着任何其它教学方式都无法替代的作用。为此，在物理教学中，教师要更新教学理念，创新教学方法，激发学生的学习兴趣，让学生真正掌握物理的本质，促使学生灵活运用物理知识，引导学生对复杂的物理知识进行归纳、总结，提高学生的动手实践能力，从而培养学生的科学思维能力。

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