張利民 胡大志

摘 要：本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計體現(xiàn)了新課程理念，堅持以學(xué)生為主體，堅持以“方法”為主線，強調(diào)規(guī)律的形成和知識的落實；借鑒了5E教學(xué)法進行課堂結(jié)構(gòu)的組織，教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置；引入了二維運動傳感器和計算機的結(jié)合使用，注重把實驗“創(chuàng)新”帶進課堂。

關(guān)鍵詞：平拋運動；教學(xué)設(shè)計；5E教學(xué)法

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）6-0028-5

1 教材分析

“平拋運動”是人教版高中物理（必修2）第五章第二節(jié)的內(nèi)容，是高一學(xué)生由直線運動步入曲線運動的開端，是拋體運動的一個特例，在整個高中物理中有著十分重要的地位。

從內(nèi)容上看，《全日制普通高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》中“拋體運動”的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)為：會用運動合成與分解的方法分析拋體運動。其重點是平拋運動的規(guī)律及其運用，它聯(lián)系了“自由落體運動”和“勻速直線運動”兩種基本的直線運動規(guī)律。

從方法上看：平拋運動作為一種基本的勻變速曲線運動，它是“運動合成與分解方法”的具體實踐應(yīng)用。它是學(xué)生第一次運用“化曲為直”“化繁為簡”的科學(xué)思想方法去解決曲線運動問題，這種思想方法對學(xué)生以后學(xué)習(xí)拋體運動和帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)等類平拋問題都能起到積極的遷移作用。

從教材安排上看：把平拋運動放在運動的合成與分解之后，有利于學(xué)生進一步認識分運動的獨立性、等時性和合運動的等效性。

2 學(xué)情分析

通過高一的學(xué)習(xí)，學(xué)生對勻速直線運動和自由落體運動有了充分的認識。知道從牛頓第二定律出發(fā)，根據(jù)受力分析確定物體的運動規(guī)律，這是一種基本的物理思想方法。在力的合成與分解的學(xué)習(xí)中，知道用平行四邊形法則進行矢量的加減運算。

在本章第一節(jié)中學(xué)習(xí)了運動的合成與分解的知識，知道了合運動、分運動以及運動的合成與分解所遵循的規(guī)律；知道了運動的合成與分解是處理曲線運動的基本方法，這為本節(jié)課在方法上鋪平了道路。

3 設(shè)計思想

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計體現(xiàn)了新課程理念，堅持以學(xué)生為主體。強調(diào)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，注重物理學(xué)核心概念的建立；強調(diào)知識的構(gòu)建過程，注重培養(yǎng)學(xué)生物理實驗、科學(xué)探究能力。借鑒5E教學(xué)法[包含：引入（Engagement）、解釋（Explanation）、探究（Exploration）、精致（Elaboration）、評價（Evaluation）]進行課堂結(jié)構(gòu)的組織，設(shè)置了5個環(huán)節(jié)，主要教學(xué)流程如圖1所示：

（1）游戲?qū)耄ぐl(fā)興趣

引入環(huán)節(jié)，利用Flash動畫游戲“請你來當(dāng)飛行員”進行師生之間的投彈比賽引入新課，滲透愛國主義教育，迅速抓住學(xué)生的注意力，讓學(xué)生帶著疑問開始學(xué)習(xí)，增強求知欲。在規(guī)律得出后，讓學(xué)生運用學(xué)到的知識重玩游戲，體驗知識帶來成功后的喜悅感。

（2）對比實驗，形成概念

科學(xué)始于觀察，思維源于問題。在平拋運動的概念形成環(huán)節(jié)，設(shè)計對比實驗：水平拋出的小球與水平拋出的羽毛，學(xué)生通過觀察對比實驗現(xiàn)象上的異同，回答老師預(yù)設(shè)的問題，就很容易得出物體的平拋運動其實是一種理想模型。

（3）化曲為直，探究驗證

此環(huán)節(jié)設(shè)計最主要的目的是顯化“運動合成與分解”的方法，在教學(xué)上形成清晰的“方法”主線，即：“為什么要分解？→怎樣分解？→分解的理論依據(jù)是什么？→怎樣進行實驗驗證？”在利用牛頓第二定律進行理論演繹的基礎(chǔ)上，又引入了二維運動傳感器和計算機結(jié)合進行實驗探究和驗證。

（4）精講例題，總結(jié)規(guī)律

此環(huán)節(jié)三道例題的精選，重在落實平拋運動的規(guī)律，難度上層層遞進。例題1，重點是求平拋運動的時間和水平射程，為學(xué)生重玩飛機投彈游戲，提高投彈的準(zhǔn)確率提供了知識準(zhǔn)備。例題2，通對求合位移，讓學(xué)生明白“位移矢量三角”的重要性，并利用消元法推導(dǎo)出物體做平拋運動的軌跡方程，數(shù)理結(jié)合證明了這個軌跡是一條拋物線。例題3，通過求合速度，從而構(gòu)建出“速度矢量三角”，得出平拋運動中速度規(guī)律。

（5）解釋現(xiàn)象，學(xué)以致用

聯(lián)系生活實際，分析解決問題，有利于學(xué)生進一步認識分運動的獨立性和等時性。

4 教學(xué)目標(biāo)

（一）知識與技能目標(biāo)

（1）知道什么是平拋運動。

（2）知道平拋運動是勻變速曲線運動。

（3）知道平拋運動可以看成水平方向的勻速直線運動與豎直方向的自由落體運動的合運動，并且這兩個運動互不影響具有獨立性。

（4）理解平拋運動的規(guī)律，知道平拋運動的軌跡是一條拋物線。

（二）過程與方法目標(biāo)

（1）通過對比演示實驗的觀察，概括出平拋運動的特點，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析能力。

（2）掌握“化曲為直”的研究平拋運動的方法，利用已知的直線運動的規(guī)律來研究復(fù)雜的曲線運動，滲透物理學(xué)等效代換的思想。

（3）初步學(xué)會用運動的合成與分解的思想來研究曲線運動的思維方法。

（4）通過對平拋運動位移和速度規(guī)律的分析，引導(dǎo)學(xué)生獨立利用已有概念探索新知識，培養(yǎng)創(chuàng)造思維和獨立學(xué)習(xí)能力。

（三）情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)

（1）會用平拋運動的規(guī)律解答有關(guān)問題，培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐的意識和勇氣。

（2）通過Flash 游戲引入新課，激發(fā)學(xué)生興趣，增強學(xué)生的愛國意識。

5 教學(xué)重點

平拋運動的特點和規(guī)律。

6 教學(xué)難點

平拋運動在水平方向是勻速直線運動和在豎直方向是自由落體運動的實驗探索過程，平拋運動的規(guī)律和推論的應(yīng)用。

7 教學(xué)過程

（一）游戲?qū)耄ぐl(fā)興趣

師生共玩Flash游戲“請你來當(dāng)飛行員”（圖2），通過PK發(fā)現(xiàn)，老師的投彈準(zhǔn)確率高于學(xué)生。教師設(shè)疑：為什么老師的投彈準(zhǔn)確率會高于學(xué)生的投彈準(zhǔn)確率？告訴學(xué)生學(xué)習(xí)完這節(jié)課的知識后，定能明白其中的緣由。由此引入這節(jié)課的課題——“平拋運動”。

（二）對比實驗，形成概念

環(huán)節(jié)1：

對比實驗一：沿圖3所示弧型軌道從同一高度處釋放小鋼球多次；

對比實驗二：如圖4所示，用力水平拋羽毛多次。

觀察鋼球和羽毛的運動軌跡，分析為什么鋼球的軌跡可重復(fù)，而羽毛的軌跡不可以重復(fù)？從而得出像鋼球這樣以水平初速度拋出，只受重力作用（阻力相對于重力可忽略）的運動是平拋運動，運動的軌跡是曲線。

環(huán)節(jié)2：

觀察生活中的平拋運動圖片（如圖5、圖6），強調(diào)平拋運動的軌跡——曲線，平拋運動是勻變速曲線運動。

（三）化曲為直，探究驗證

環(huán)節(jié)1：

設(shè)疑：平拋運動是一種特殊的曲線運動，但我們并沒有現(xiàn)存地解決曲線運動的方法，比如：求平拋運動中物體下落的時間t。就我們的知識儲備而言，我們有直線運動的知識，上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了運動的合成與分解知識。能否考慮把這個實際的曲線運動看作合運動，根據(jù)合運動的效果把它分解成不同方向的直線運動，然后利用已有的直線運動的規(guī)律來解決曲線運動的問題？

環(huán)節(jié)2：

師生一起利用動力學(xué)知識分析物體的平拋運動。

師：分析圖7所示動畫，平拋物體的運動實際上是讓物體向前運動的同時，又向下運動，因此可以考慮把平拋運動分解成哪兩個方向的直線運動？

生：水平方向和豎直方向的兩個直線運動。

師：這兩個方向的直線運動分別滿足什么運動規(guī)律？

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)牛二定律，從受力分析入手研究物體的運動，得出：

在水平方向上：物體不受力，加速度為0，運動狀態(tài)不改變，做勻速直線運動；

在豎直方向上：物體只受重力，加速度為重力加速度g，且豎直方向的初速度為0，物體做自由落體運動。

環(huán)節(jié)3：

師：這是從動力學(xué)角度得出的結(jié)論，能不能從實驗和運動學(xué)的角度加以驗證呢？

師生一起借助用二維運動傳感器和計算機組成的研究平拋運動的裝置（圖8），描繪出做平拋運動物體的軌跡（圖9）。

首先把圖9截圖，然后復(fù)制照片到PPT文件中預(yù)設(shè)的表格所在頁（方法見下備注），按“設(shè)置照片‘置于底層==>橫縱等比縮小照片到合適大小==>移動表格，使表格第一個標(biāo)志點與拋出點重合，縮放表格”的順序進行相關(guān)操作，最后從圖11可以得到圖10中的預(yù)設(shè)點可視為平拋運動軌跡上的點。由此，對平拋運動可以分解成水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的觀點完成了驗證。

（備注：課前在PPT文件中做好一表格并“組合”成一整體，其中水平相鄰格寬比例是1：1：1：1：1，豎直相鄰格高比例是1：3：5：7：9，并在相應(yīng)預(yù)設(shè)點上做明顯標(biāo)志以突出效果。橫縱格寬只需相應(yīng)成比例，互不相關(guān)，如圖10所示。）

環(huán)節(jié)4：

實驗：利用平拋豎落儀驗證豎直方向的自由落體運動（分運動）與平拋運動（合運動）具有等時性（做實驗時要提醒學(xué)生“聽”兩小球同時落地）。

環(huán)節(jié)5：

實驗：利用平拋平移儀驗證水平方向的勻速直線運動（分運動）與平拋運動（合運動）具有等時性（做實驗時要提醒學(xué)生“看”兩小球發(fā)生碰撞）。

從而得出豎直和水平方向的兩個分運動具有等時性和獨立性，再次強化平拋運動在水平方向和豎直方向的分運動分別是勻速直線運動和自由落體運動。

（四）例題精講，總結(jié)規(guī)律

環(huán)節(jié)1：

精講例1：一架戰(zhàn)斗機以50 m/s的速度水平勻速飛行，飛行高度為4500 m。若戰(zhàn)斗機要投彈擊中地面目標(biāo)，它應(yīng)距目標(biāo)水平距離多遠時投彈？（不考慮空氣阻力，g=10 m/s2）

通過例1學(xué)會以拋出點為坐標(biāo)原點，水平方向為x軸（正方向和初速度v0的方向相同），豎直方向為y軸（正方向豎直向下），建立平面直角坐標(biāo)系。進而掌握計算下落時間t和水平位移x（射程）的方法。

環(huán)節(jié)2：

請上課剛開始玩游戲的同學(xué)再次上臺重玩游戲“請你來當(dāng)飛行員”。引導(dǎo)學(xué)生利用例1中的平拋運動知識通過計算射程，提高投彈的命中率，讓學(xué)生體會成功的喜悅，達到學(xué)以致用的效果。

環(huán)節(jié)3：

精講例2：將小球以10 m/s的速度從5 m的高度水平拋出。求：整個過程的位移s？（不考慮空氣阻力，g=10 m/s2）

通過例2讓學(xué)生建立位移三角的概念（如圖12），引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)平拋運動位移規(guī)律。

環(huán)節(jié)4：

利用消元法推導(dǎo)物體做平拋運動的軌跡方程，過程如下：

數(shù)理結(jié)合，證明這個軌跡是一條拋物線，讓學(xué)生明白數(shù)學(xué)名稱——“拋物線”其實是從物理中來。

環(huán)節(jié)5：

精講例3：將小球以10 m/s的速度從5 m的高度水平拋出。求：小球落地時的速度v。（不考慮空氣阻力，g=10 m/s2）

通過例3讓學(xué)生建立速度三角的概念（如圖13），引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)平拋運動速度規(guī)律。

環(huán)節(jié)6：

總結(jié)得出重要推論：速度偏角與位移偏角之間的關(guān)系為：tanφ=2tanθ。

（五）現(xiàn)象解釋，學(xué)以致用

創(chuàng)設(shè)情景：如圖14所示，動物管理員在樹枝上尋找到一只丟失的猴子，立即用麻醉槍水平射擊，猴子和槍口等高，設(shè)子彈從槍口水平射出的瞬間，精明的猴子便由靜止開始自由下落，想落到地面后逃走。問：猴子能成功逃跑嗎？（猴子會被擊中嗎？）大家猜一猜。

如圖15所示，利用自制教具，進行實驗演示，得出猴子會被擊中的結(jié)論，并帶領(lǐng)學(xué)生分析原因。

8 課堂小結(jié)

平拋運動是一種典型的勻變速曲線運動，也是我們第一次運用“化曲為直”的思想解決的物理曲線運動問題。在規(guī)律的運用上，聯(lián)系了“自由落體運動”和“勻速直線運動”兩種基本的直線運動規(guī)律。學(xué)好平拋運動，對我們以后學(xué)習(xí)拋體運動和帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)等類平拋問題打下堅實的基礎(chǔ)。同學(xué)們要通過對課后習(xí)題的認真理解才能達到對知識更深一步的掌握。

9 布置作業(yè)

（1）將一個物體以10 m/s的速度從5 m的高度水平拋出。求：如果只將物體的離地高度h變大，則以上幾問中t、x、s、φ、v、θ怎么變化？（不考慮空氣阻力，g=10 m/s2）

（2）將一個物體以10 m/s的速度從5 m的高度水平拋出。求：如果只將水平方向的拋出速度變大，則以上幾問中t、x、s、φ、v、θ怎么變化？（不考慮空氣阻力，g=10 m/s2）

10 板書設(shè)計

平拋運動——理想模型

一、平拋運動的特點：

1.初速度方向為水平；2.只受重力作用；3.運動軌跡是曲線。

二、平拋運動的分解——化曲為直

豎直方向：自由落體運動

水平方向：勻速直線運動

三、平拋運動的規(guī)律

11 教學(xué)反思

（一）成功之處

（1）把“方法”帶進了課堂。運用對比實驗建立平拋運動這一理想模型，通過化曲為直、化繁為簡對平拋運動進行分解，通過數(shù)理結(jié)合得出平拋運動的軌跡是一條拋物線，使學(xué)生在獲得知識的同時，也獲得了掌握這些知識的方法，可以說這是一節(jié)內(nèi)容豐富的“方法”教育課。

（2）把“鼓勵”帶進了課堂。通過師生的雙邊活動，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生主動地和教師、教材、同學(xué)進行信息交流，形成了一種和諧、積極參與的教學(xué)氣氛，體驗成功帶給學(xué)生的喜悅和鼓勵。

（3）把“創(chuàng)新”帶進了課堂。在使用常規(guī)現(xiàn)代教育技術(shù)，如PPT、Flash動畫、圖片的基礎(chǔ)上，引入二維運動傳感器和計算機的結(jié)合使用，一方面更為方便地描繪出了平拋運動物體的軌跡，另一方面也為平拋運動規(guī)律的得出及應(yīng)用贏得了時間，增大了本節(jié)課的課堂容量。

（二）需要改進的地方

（1）對比實驗是這節(jié)課實驗的另一個亮點，學(xué)生對比觀察：水平拋出的小球和水平拋出的羽毛的運動，強化了平拋運動是在忽略空氣阻力的前提下的一種理想模型。在利用平拋豎落儀驗證豎直方向的自由落體運動（分運動）與平拋運動（合運動）具有等時性環(huán)節(jié)，教師采用了兩球同時落地聽到一次聲響的方法?？梢钥紤]在利用平拋豎落儀進行實驗前，將兩個小球分別從不同高度同時丟下，讓學(xué)生聽到前后兩次不同的聲響，然后再進行平拋豎落儀的實驗。這樣學(xué)生能清楚地知道實驗要注意什么——聽聲響，又因為有兩次實驗的對比，效果就會更好。

（2）在實驗環(huán)節(jié)上“利用二維運動傳感器和計算機描繪平拋運動的物體軌跡”目的是為了更為便捷地得到物體做平拋運動的運動軌跡，但其穩(wěn)定性還有待加強。利用得到的圖片軌跡和預(yù)設(shè)的表格軌跡重合的方法驗證平拋運動可以分解成水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的方法雖然新穎但略顯繁瑣，可以考慮改為直接從計算機的圖片軌跡上獲得相等時間間隔水平方向的位移比為1︰1︰1……和豎直方向的位移比為1︰3︰5……，從而得到驗證，這樣可能更為簡潔且更具說服力。

（3）在利用平拋平移儀驗證水平方向的勻速直線運動（分運動）與平拋運動（合運動）具有等時性的實驗環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生利用自己的智能手機拍攝后進行慢放，準(zhǔn)確捕捉兩小球發(fā)生碰撞瞬間的畫面，增強實驗的可視性和可信度。

參考文獻：

[1]王賢福.“探究平拋運動的規(guī)律”教學(xué)設(shè)計[J].物理教學(xué)探討，2009，27（2）：68—70.

[2]陳偉孟，胡繼超.平拋運動的情景式教學(xué)[J].物理教學(xué)探討，2014，32（5）：74—76.

（欄目編輯 鄧 磊）