魏昕

摘 要：新人教版第五章的編寫說明，以使教師了解教材的內(nèi)容結(jié)構(gòu)變化及核心素養(yǎng)的落實.

關(guān)鍵詞：新教材;內(nèi)容結(jié)構(gòu)變化;核心素養(yǎng)落實;編寫說明

文章編號：1008-4134（2019）19-0002中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

在學(xué)習(xí)了直線運動以及力與運動的關(guān)系后，學(xué)生掌握了位移、速度、加速度等描述運動的基本概念，以及利用質(zhì)點、參考系和坐標(biāo)系來描述物體運動的方法.相比直線運動，曲線運動更加普遍，本章既新介紹了運動合成與分解的思想來研究曲線運動的規(guī)律，又用已學(xué)的牛頓運動定律對有關(guān)曲線運動進(jìn)行分析.因此，本章既是之前所學(xué)的運動學(xué)和動力學(xué)知識在曲線運動中的具體應(yīng)用，又是對學(xué)生運動學(xué)和動力學(xué)知識的進(jìn)一步拓展和延伸.通過對本章的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生對運動、力與運動的關(guān)系有更加完整和深入的認(rèn)識.

1 全章概述

1.1 內(nèi)容結(jié)構(gòu)的變化

相比《課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》“會用運動合成與分解的方法分析拋體運動”的要求，《課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）增加了“通過實驗，了解曲線運動，知道物體做曲線運動的條件.通過實驗，探究并認(rèn)識平拋運動的規(guī)律.體會將復(fù)雜運動分解為簡單運動的物理思想.能分析生產(chǎn)生活中的拋體運動.”等內(nèi)容.

新課標(biāo)要求教師在教學(xué)過程中讓學(xué)生通過研究拋體運動，體會物理學(xué)中化繁為簡的研究方法，拓展對運動多樣性的認(rèn)識，深化對位移、速度等重要概念的理解，進(jìn)一步提高對力與運動關(guān)系的認(rèn)識.要求學(xué)生在學(xué)完后，能夠認(rèn)識平拋運動的物理模型特征，體會實驗和理論的推導(dǎo)方法，能使用證據(jù)說明自己的觀點，能對一些錯誤認(rèn)識提出質(zhì)疑.會做“探究平拋運動特點”等實驗，能明確需要測量的物理量，設(shè)計實驗方案，會用提供的實驗器材進(jìn)行實驗并獲得數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)其中的特點，進(jìn)而歸納出實驗結(jié)論，并嘗試對其作出解釋.能撰寫簡單的實驗報告.教材根據(jù)以上變化，對本章內(nèi)容進(jìn)行了修訂.

與《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書 物理 必修2》（以下簡稱“必修2”）不同，新教材將原“曲線運動”分為“拋體運動”“圓周運動”兩章，在“拋體運動”中，相比“必修2”按照“曲線運動”“平拋運動”“實驗：研究平拋運動”的編排方式，新教材按照曲線運動的特點、形成的原因、研究的方法，以及探究典型曲線運動規(guī)律的順序，將本章分為“曲線運動”“運動的合成與分解”“實驗：探究平拋運動的特點”“拋體運動的規(guī)律”等4節(jié)，這樣的順序更能體現(xiàn)出研究物理問題的基本思路，也使得各節(jié)的重難點、內(nèi)容容量更加均衡，便于師生使用.

課時安排建議

1. 曲線運動 1課時

2. 運動的合成與分解1課時

3. 實驗：探究平拋運動的特點1課時

4. 拋體運動的規(guī)律2課時

1.2 對核心素養(yǎng)的落實

本章立足于核心素養(yǎng)，圍繞力與運動觀念的形成組織內(nèi)容，充分體現(xiàn)科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的育人價值.

1.2.1 物理觀念

本章拓展了學(xué)生對運動多樣性的認(rèn)識，深化對位移、速度、加速度等基本概念的理解，豐富并完善學(xué)習(xí)直線運動時形成的有關(guān)運動與力的知識結(jié)構(gòu).解決曲線運動的問題，基本思路是將復(fù)雜運動分解為簡單運動，教材專門介紹了運動合成與分解的方法，隨后在這一思路的指導(dǎo)下研究平拋運動，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決平面運動問題時化繁為簡的意識和方法.

1.2.2 科學(xué)思維

本章重在促使學(xué)生體會模型、極限與遷移創(chuàng)新的思維過程.本章的核心分析方法是運動的合成與分解，教材在介紹時從實際問題出發(fā)，提取主要變量、簡化問題，利用數(shù)學(xué)方法解決問題的步驟，清晰地體現(xiàn)了物理學(xué)中構(gòu)建模型的思維脈絡(luò)和研究方法.與建構(gòu)模型一樣，極限的思想也始終貫穿物理研究之中，教材在分析曲線運動瞬時速度的方向時，利用幾根虛線逼近切線的方式，形象地展現(xiàn)了這種思想.同時，教材也引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識和方法來分析新的問題.例如，教材在介紹物體平拋運動的特點后，鼓勵學(xué)生仿照平拋運動的處理方法分析得到斜拋運動的關(guān)系式，為學(xué)生發(fā)展遷移創(chuàng)新能力提供了合適的載體.

1.2.3 科學(xué)探究

本章實驗方案具有較大的開放性，采用“問題串”的方式，鼓勵學(xué)生自主形成猜想和假設(shè)，在設(shè)計實驗方案時，能主動思考需要測量的物理量以及如何獲得數(shù)據(jù)，在得出結(jié)論時，能通過對數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)其中的特點，進(jìn)而歸納出實驗結(jié)論.與“必修2”先理論、后實驗相比，新教材先對平拋運動的特點進(jìn)行實驗探究、然后進(jìn)行理論推導(dǎo)的編排設(shè)計，更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力.

1.2.4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

本章主要通過引導(dǎo)學(xué)生思考拋體運動模型的適用條件、實驗時如何減小誤差、真實記錄和處理數(shù)據(jù)等方式，認(rèn)識到科學(xué)是對客觀世界的一種描述、并不是世界本身，形成事實求是的科學(xué)態(tài)度.

2 具體說明

2.1 第1節(jié)“曲線運動”：精簡內(nèi)容，聚焦主線，重視體驗

與“必修2”相比，新教材對節(jié)中的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和精簡.第1節(jié)“曲線運動”是學(xué)生思考曲線運動與直線運動究竟有何區(qū)別的起點，教材減小本節(jié)的容量，只圍繞認(rèn)識曲線運動的特點展開，思路更加清晰.

通過生活現(xiàn)象——實驗觀察——理論分析的路徑，幫助學(xué)生逐步聚焦于研究曲線運動的速度方向有何特點.只通過對特定生活現(xiàn)象的觀察，尚不能得出普遍的結(jié)論，只有將客觀事實和理性分析結(jié)合起來形成結(jié)論，才是科學(xué)的研究方法.因此，教材安排了斜槽軌道更具有普遍意義的演示實驗，以及基于實驗事實的理論分析.演示實驗為學(xué)生提供了認(rèn)識和猜想的素材，而后的理論分析中隱含著極限的思想.教材用一系列的虛線來逼近切線，形象地展示了極限的思想.如圖1所示，AB割線的長度與質(zhì)點由B至A的運動時間之比等于AB過程的平均速度大小，其平均速度的方向由B指向A.當(dāng)B非常非常接近A時，AB割線變成了過A點的切線，同時AB間的平均速度近似等于A點的瞬時速度，因此質(zhì)點在A點的瞬時速度方向就是過A點的切線方向.同時，這也是教材第一次在非直線運動中對位移、平均速度、瞬時速度等概念進(jìn)行辨析，要在分析的過程中注意幫助學(xué)生加深對這些概念的理解.得出曲線運動速度的特點后，自然要思考其背后的原因是什么，從而引出研究物體做曲線運動的條件.教材引導(dǎo)學(xué)生自主從力與運動的關(guān)系著手思考，得出速度方向不斷改變必有合力不為零的結(jié)論，隨后安排演示實驗來幫助學(xué)生研究合力的特點.

新教材對實驗有所改進(jìn)，為了確保小球每次滾下的速度都相同，新教材在實驗裝置中特意設(shè)計了斜槽導(dǎo)軌，避免因初速的不同而對小球運動軌跡產(chǎn)生影響，確保實驗中只有力能夠影響小球的運動情況，提升實驗的可操作性（如圖2）.本節(jié)除了安排兩個演示實驗外，還特意安排了“做一做”，讓學(xué)生親自動手，觀察體會做曲線運動物體的速度方向與軌跡的關(guān)系.這一活動旨在增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，加深學(xué)生對知識的記憶和理解.

2.2 第2節(jié)“運動的合成與分解”：凸顯分析曲線運動的一般思路

“運動的合成與分解”是解決一般曲線運動問題的基本方法，新教材將此內(nèi)容剝離出來，單獨作為第2節(jié)，標(biāo)題也從“運動描述的實例”變?yōu)椤斑\動的合成與分解”，正是為了凸顯這一解決問題“化繁為簡”的基本思路.本節(jié)是從定量研究直線運動規(guī)律進(jìn)入定量研究曲線運動規(guī)律的轉(zhuǎn)折點，也是接下來研究平拋運動的關(guān)鍵和基礎(chǔ).在之前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)掌握了描述直線運動的方法，也知道如何分解與合成力，這些都為本節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ).通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將了解如何用平面坐標(biāo)系描述曲線運動，以及把一個運動分解成幾個分運動的方法.隨著后續(xù)兩節(jié)關(guān)于平拋運動的討論，學(xué)生將進(jìn)一步理解、應(yīng)用運動合成與分解的思想和方法.

在具體編寫時，本節(jié)同樣注重讓學(xué)生經(jīng)歷解決物理問題的基本過程——模型建構(gòu).教材以人游泳過河會在哪里上岸這一實際問題展開討論.為了回答此問題，教材提取問題的主要因素，將其簡化為一個可研究的物理問題，即研究蠟塊在沿水平方向運動的玻璃管中的運動情況.在此基礎(chǔ)上，為了獲得準(zhǔn)確、定量的研究結(jié)果，教材引入了平面直角坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)系定量描述蠟塊位置隨時間的變化情況，得出蠟塊運動的規(guī)律，從而也最終回答了“人在哪里上岸”的問題（如圖3）.此外，在例題的設(shè)計上也同樣遵從了這一理念.與“必修2”中計算飛機(jī)分速度的例題相比，新例題以乘電梯和走樓梯誰更快為情境，更加突出以實際問題為導(dǎo)向，再次經(jīng)歷模型建構(gòu)的過程，在解決實際問題的過程中體會分速度與合速度的關(guān)系，而不是為了計算而計算.

2.3 第3節(jié)“實驗：探究平拋運動的特點”：注重問題導(dǎo)向，促進(jìn)學(xué)生自主思考，增強(qiáng)實驗開放性

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)通過實驗探究并認(rèn)識平拋運動的規(guī)律，并將該實驗列為必做實驗.新教材將探究平拋運動的特點置于理論推導(dǎo)之前，單獨作為第3節(jié)，目的在于切實增強(qiáng)學(xué)生的探究能力.實驗思路圍繞運動的合成與分解展開，考慮到學(xué)生通過之前的探究實驗已經(jīng)具備了一定的實驗?zāi)芰Γ虼耍趯嶒灧桨钢?，教材將實驗的關(guān)鍵步驟變成“問題串”，引導(dǎo)學(xué)生自主作出猜想、確定要測量的物理量、如何減小實驗誤差等，不再給出實驗的具體細(xì)節(jié)和步驟，這樣的設(shè)計能夠真正實現(xiàn)學(xué)生自主思考、自主探究的目的.

本實驗有兩個方案：第一個方案是以頻閃照相的方法研究平拋運動，優(yōu)點在于能夠直接觀察物體的運動軌跡，便于學(xué)生獲得直觀的認(rèn)識，并可在照片中建立坐標(biāo)系，研究位移、速度與時間的關(guān)系.該方案的研究方法更加普遍，與根據(jù)打點計時器打出的紙帶研究小車運動情況在本質(zhì)上是一致的，學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上較為容易地自主展開探究活動.方案二則是先研究豎直方向的分運動，然后研究水平方向的分運動，實驗在設(shè)計上更加巧妙，注重實驗的設(shè)計和操控，體現(xiàn)了轉(zhuǎn)化和等效的思想，是鍛煉學(xué)生科學(xué)思維的良好機(jī)會.雖然教材給出了參考案例，但在討論階段并不一定拘泥于此.例如，教材在正文中提出“是否需要獲取物體做平拋運動的軌跡？”的問題，參考案例和習(xí)題當(dāng)中的實驗裝置給出了不同的答案（如圖4），關(guān)鍵是要激發(fā)學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生的遷移創(chuàng)新能力，檢驗學(xué)生是否具備獨立設(shè)計實驗裝置的能力.

此外，該節(jié)最后還設(shè)計了“拓展學(xué)習(xí)”欄目，即利用傳感器和計算機(jī)等數(shù)字實驗設(shè)備探究平拋運動，供有條件的學(xué)校和學(xué)生參考.

2.4 第4節(jié)“拋體運動的規(guī)律”：重視理論推導(dǎo)，關(guān)注前后內(nèi)容的聯(lián)系

通過第3節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)根據(jù)實驗的結(jié)果知道了平拋運動的特點，第4節(jié)“拋體運動的規(guī)律”則是通過理論分析，更進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對平拋運動規(guī)律的認(rèn)識.理論推導(dǎo)平拋運動規(guī)律，既涉及研究曲線運動的方法，又涉及受力分析和牛頓運動定律，是對之前所學(xué)內(nèi)容的綜合應(yīng)用.教材在推導(dǎo)平拋運動的速度、位移和軌跡時給出了清晰、完整的推導(dǎo)過程，目的在于讓學(xué)生體會邏輯推理的嚴(yán)謹(jǐn)性和規(guī)范性，為了讓學(xué)生加深這種體會，教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注重過程，強(qiáng)調(diào)解決問題的程序與步驟的合理性與完整性，形成規(guī)范.在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生嘗試分析一般拋體運動的規(guī)律，則是培養(yǎng)學(xué)生如何將現(xiàn)有知識、方法遷移到新問題的難得機(jī)會.

本節(jié)最后安排了“思考與討論”的欄目，讓學(xué)生在推導(dǎo)出一般拋體運動規(guī)律的基礎(chǔ)上思考空氣阻力對上述規(guī)律的影響.目的在于與第3節(jié)進(jìn)行呼應(yīng)，再次提醒學(xué)生認(rèn)識到，與自由落體等運動一樣，拋體運動也是一種理想化的運動模型，只有在空氣阻力對物體運動的影響可忽略時，運用該模型得出的結(jié)果才與實際情況相符，引發(fā)學(xué)生更進(jìn)一步思考物理模型與客觀現(xiàn)實的差異，為學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)打開一扇窗戶.

（收稿日期：2019-08-15）