曲线运动的高端备课

郭畅 邢红军

摘 要：以“曲线运动”一节为例，针对“曲线运动的条件”教学中存在的过渡生硬、逻辑不清等问题提出改进意见.通过找准症结，把握教学起点;层层分析，确定研究方向;设计实验，验证猜想结果三个教学步骤，从而帮助学生理解曲线运动的本质，形成顺畅的教学逻辑，最终达到提升教学效果的目的.

关键词：曲线运动;概念;逻辑;科学方法

1 教材编写分析

以人教版高中物理教材为例，“曲线运动”一节主要由“曲线运动的位移”“曲线运动的速度”“运动描述的实例”“物体做曲线运动的条件”四部分组成.整体来看，教材编写并未明确曲线运动的定义，就直接对曲线运动的特点进行逐一分析.这种着眼于局部特征而忽视整体概念把控的做法，容易导致学生对概念的认识模糊，造成认知上的偏差，影响对曲线运动的学习.笔者通过对鲁科版、沪科版、粤教版等高中物理教科书进行对比分析，发现三版教材都没有设置独立章节描述曲线运动，也未曾给曲线运动以明晰的定义，而是针对抛体运动、圆周运动等曲线运动形式进行分析.由于教材编写的这种处理方式，就导致课堂教学中教师普遍采用“运动轨迹是曲线”这一表述对曲线运动进行概念界定.基于此，本文的讨论将在“运动轨迹是曲线的运动叫做曲线运动”这一定义的基础上展开.

由于“物体做曲线运动的条件”涉及曲线运动的本质，因此，就成为本节教学的重点和难点.教材指出，“当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一条直线上时，物体做曲线运动.”为什么教材会给出这样的定义？依据从何而来？其缘起不免让学生感到迷惑，因为这一定义中涉及了“力”和“速度”两个物理量，它们是怎样联系到一起的？由于“力”属于动力学的范畴，“速度”属于运动学的范畴，如何让学生联想到从速度和力之间的关系去探寻曲线运动的本质这一问题，便成了本节教学内容的关键所在.因此，搭建二者联系的桥梁，引导学生形成正确的研究思路，就显得尤为重要.

在中国知网上以“曲线运动教学设计”为主题进行搜索发现，关于“曲线运动的条件”的设计思路基本上是由曲线运动的轨迹引入，以“速度”为切入点，按照“轨迹—加速度—力”的逻辑顺序展开，最后通过实验，探究力与速度方向间的关系，从而得到曲线运动的条件.传统的教學思路流程简化见表1.

基本呈现出较为清晰的教学思路，但仍存在着一定的问题.首先，“轨迹”是曲线运动的结果，以此为起点去分析曲线运动的条件，可谓逻辑上的“本末倒置”;其次，由于整个运动过程相对复杂，涉及了众多物理量，虽然最终追溯到“力”，但始终未能触及“为何讨论力与速度”的关系这一核心问题，没有为学生搭建起从运动学到动力学过渡的桥梁，教学逻辑还是存在一定的问题.因此，有必要对本节课展开新的探索.

2 彰显逻辑的高端备课

基于以上分析，我们以物理现象为出发点，按照“现象—速度方向—力”的逻辑顺序展开，具体教学思路见表2.

2.1 找准症结，把握教学起点

如前所述，本节课的难点在于寻找“曲线运动的条件”.那么，按照什么样的研究思路才能找到这一条件呢？显然，这就需要借助于观察，从物体做曲线运动的现象出发去进行研究.

按照这种思路，学生最容易观察到的是曲线运动的轨迹.虽然物体运动的轨迹是曲线，但是曲线运动的结果并不能说明曲线运动的条件.教师需要进一步引导学生进行分析：“在观察物体做曲线运动的时候，是哪个物理量的改变使物体做曲线运动呢？”由于物体做曲线运动的位移和加速度都无法直接通过观察得到，唯一能够观察到的是做曲线运动的物体速度方向一直在改变.因此，正是由于物体运动的速度方向一直在改变，所以物体才能做曲线运动.

那么进一步就需要追问，是什么导致做曲线运动的物体速度方向一直改变？通过简单的分析就能知道，是力改变了速度的方向.

至此，学生由现象出发，通过观察思考，在教师的不断提问和引导下，逐步建立起运动学范畴的物理量“速度”与动力学范畴的物理量“力”之间的联系，从而为理解曲线运动的本质奠定了基础.相比于传统教学，从物理现象出发，不仅简化了教学流程，而且更加自然地引出了“速度”和“力”两个矢量，有利于学生形成完整的思维逻辑.

2.2 层层分析，确定研究流程

在此基础上，教师便可针对速度和力的关系引导学生进一步思考和讨论：力是矢量，既有大小又有方向.那么，究竟是力的哪个因素发生变化才导致物体速度方向发生改变而做曲线运动？为此，教师可为学生创设情境，帮助学生明确分析思路：水平面上一物体在水平拉力F的作用下做匀速直线运动.以下哪种情况，可使物体在水平面做曲线运动？（1）改变拉力的大小（2）改变拉力的方向.

据此，学生便能够结合已学的知识，分别对“改变力的大小是否会影响速度方向”“改变力的方向是否会影响速度方向”两个问题展开思考.通过讨论，学生认识到：只有改变拉力的方向才能够使物体的速度方向发生改变.

通过对“力如何影响速度方向”的进一步分析，才能够帮助学生更加深入地认识问题并形成正确的认识，经过层层抽丝剥茧，最终将解决问题的关键锁定在“力的方向”与“速度方向”二者之间的关系上.

2.3 设计实验，验证猜想结果

根据“力的方向改变会影响速度方向的变化”这一猜想，教师应引导学生通过实验进行探究，从而进一步验证物体作曲线运动的条件.教材提到的“钢球在磁铁吸引下如何运动”的实验，的确在某种程度上能够显示物体作曲线运动的条件，但还可以做一些改进.笔者认为，不应直接将磁铁放在钢球运动路线旁，应当展现“没有磁力作用”“合力（磁力）与运动方向共线（同向、反向）”“合力（磁力）与运动方向不共线”三类情况，便于学生进行对比思考，对实验现象进行归纳总结，最终得出物体做曲线运动的条件.

综上所述，由物理实验现象出发总结得出物体作曲线运动的条件，既符合科学探究的一般步骤，也符合学生认知发展的规律，还能较好地激发学生的学习兴趣，培养学生的探究意识、证据意识和动手能力.

3 高端备课的启示

3.1 重视物理现象的创设

现象是物理学的根源[1].因此，物理教学应当以现象作为出发点，把创设情境作为物理概念与规律教学的第一步， 为学生提供感性认识的材料[2]，帮助学生形成直观的感受和认识，明确概念建立的事实依据.本节高端备课正是以对曲线运动的观察为教学起点，让学生通过观察逐步深入分析，按照“从现象到本质”的教学顺序进行，较好地解决了传统教学“由结果推原因”所造成的“因果倒置”逻辑问题，从而帮助学生更加顺畅地理解物体作曲线运动的条件，使得整个教学过程更具逻辑性和条理性.

3.2 关注教学逻辑的诠释

教学的逻辑顺序是至关重要的，只有形成合理的教学逻辑，才能帮助学生正确認识物理概念的内涵和外延.教材在描述物体作曲线运动的条件时，没有充分诠释“力”和“速度”两个不同类别物理量的关联，缺乏由运动现象到运动本质的过渡，存在着不易察觉的逻辑问题，这就容易导致学生不能形成清晰的学习思路.因此，帮助学生厘清逻辑，建构正确的分析思路就显得尤为重要.通过分别讨论力的大小和方向如何影响速度方向改变，帮助学生建立严谨的分析思路，再借由实验验证，从而实现由教学逻辑到认知逻辑的过渡.由此可见，清晰的教学逻辑可以帮助学生认识知识的来龙去脉，有利于发展学生的逻辑思维，同时促进学生自主学习能力的提高.

3.3 注重思维方法的应用

分析是思维方法的重要组成内容，也是学习物理的基本思维方法.所谓分析，就是把整体分解为部分、把复杂事物分解为简单要素、把过程分解为片段、把动态作为静态来研究的一种思维方式[3].通过本节高端备课可以看到，学生在教师的引导下，由物理现象出发，把曲线运动这一复杂的、动态的物理过程进行分解和转化，最终找到导致物体速度方向改变的主要因素，从现象到本质，通过层层分析，从而得到物体做曲线运动的条件，充分体现出思维方法与物理知识的融合.在教学过程中，教师不仅要帮助学生获取知识，也要重视思维方法的渗透和显化，训练学生的思维品质，引导学生在概念和规律的获得过程中体会思维方法的重要性，从而发展学生的物理核心素养.

参考文献：

[1]杨振宁.杨振宁文集[M].上海：华东师范大学出版社，1998.

[2]邢红军，张抗抗，胡扬洋等.物理概念与规律的教学要求：反思与重构[J].课程·教材·教法，2018，38（02）：91-96.

[3]邢红军.中小学思维教学的深化研究[J].课程·教材·教法，2016，36（07）：33-39+75.