习题教学中彰显物理学科情怀——以匀变速直线运动规律运用的习题课为例

杨学切

(福建省厦门第一中学，福建 厦门 361003)

1 课程标准凝练了物理学科情怀

《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称课标)的课程性质表明：高中物理课程引领学生认识科学的本质以及科学·技术·社会·环境(STSE)的关系，形成科学态度、科学世界观和正确的价值观，为做有社会责任感的公民奠定基础.[1]因此，高中物理教学终极目标是培养有社会责任感的公民.作为有社会责任感的公民，首先要有家国情怀.科学无国界，科学家却是有祖国的，根据高中物理教学内容的相关性，及时讲述国内外科学家的爱国史实，以此点燃学生的家国情怀，在物理教学活动的一言一行中渗透，使得学生的家国情怀从心灵深处生长.

课标提出的物理学科4大核心素养：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任.通过高中物理学习学会用物理观念描述自然界图景；能用理性思维思考、解决问题，在质疑中追求创新；能基于观察提出问题，基于证据解释问题，能运用科学语言与他人沟通交流；了解科学研究、应用应遵循道德规范，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感.[2]这些都是以人为本，以人为终极目的的情怀，对人类生存意义与价值的关怀，物理教学需要充分发挥的物理学科的人文情怀.教师把物理学的知识体系展现给学生的同时，教学过程中够适时、合理地引入人文情怀的熏陶，是实现内化知识，形成学科思维，树立正确人生观、价值观的一条蹊径.

课标中似乎没有审美情怀的相关表述，但是在科学探究的过程，科学思维的训练，物理观念的形成，科学态度的养成各个细节，无不蕴含着科学的审美情怀.杨振宁说:“科学中存在美,所有的科学家都有这样的感受.如果对科学理论中所呈现出来的审美特征作比较直接的描述概括,那就是简单、对称、和谐与统一.”高中物理教学中渗透审美情怀，让学生懂得领略和鉴赏,进而激发人们对科学产生浓郁的兴趣;让学生明白审美情怀有助于科学创造.

木心说：“没有审美力是绝症，知识也解救不了.”美能够涤荡人的心灵，改变人的精气神，美能唤醒我们对内心的尊重，因而去尊重生活、尊重他人.将审美情怀渗透到物理教学中的点点滴滴，才能让学生品尝到生命中最甜的那部分滋味.

基于以上认识，下面以匀变速直线运动习题课为例，展示在高中物理习题教学中如何彰显学科情怀.

2 匀变速直线运动规律应用的习题课教学设计

2.1 教学设计流程

教学设计流程如图1所示.

图1 教学流程图

2.2 教学过程

环节1：协和号AF4590客机空难的思考.

图2

课题引入，观看视频(视频截图如图2)

教师介绍事件背景：赋有“空中骄子”之称的协和超音速飞机,最大飞行速度可达2.04马赫(2150 km/h).2000年7月25日，协和客机AF4590班机在法国戴高乐机场进行起飞，当起飞速度达到328 km/h时(约为90 m/s)机长接到塔台传来消息飞机尾部起火.但是，机长还是拉起了飞机(继续升空飞行).飞机于起飞后约2 min爆炸，坠毁于机场附近，这场悲剧造成了113人丧生.

过渡语：让我们把沉重的心情化为严肃认真的科学态度，用匀变速直线运动规律来研究下面的问题.

问题1： 协和号AF4590班机的机长为什么还是拉起了飞机，而不是紧急迫降？

例1.有关数据：法国戴高乐机场跑道的总长度为4000 m，飞机匀加速起飞过程的加速度大小约为1.2 m/s2，匀减速制动过程中加速度大小约1.8 m/s2，飞机起飞速度达到328 km/h(约为90 m/s), 机长接到塔台传来消息飞机尾部起火.请通过计算说明，机长为什么还是拉起了飞机.

答案：加速阶段位移为3375 m，减速阶段位移为2250 m，两者之和大于4000 m(具体解答略).

教师引领学生共同完成解决问题的过程，强化解题思维规范、答题规范.培育学生运用科学推理来分析机长为什么还是拉起了飞机；让学生体验解决物理问题程序、方法、规范的重要性，从中感受规范之美，科学思维的魅力.

问题2： 你是否有好的方法避免类似AF4590班机空难中人员伤亡?

讨论交流.师生交流、生生交流、学生发表个人见解.

学生甲：将机场跑道加长；

学生乙：改善飞机性能，减速的加速度增大；

学生丙：安装自动灭火装置；

……

在此环节，一方面培养学生质疑创新精神，另一方面尊重学生的个性认知，灵活地的处理生成性教学资源，体现教学过程的人文情怀.为了将学生情绪拉回到“用匀变速直线运动规律解决问题”的教学目标上来，顺势抛出例题2.

例2.改善飞机的制动系统设计：为了避免类似AF4590班机空难的再发生，在原有跑道长度条件下，为协和号飞机设计一个制动系统，使飞机控制系统失灵之前恰能在跑道末端停下来，计算乘客可以获得多少逃生时间?(有关数据：法国戴高乐机场跑道的总长度为4000 m，飞机起飞时的加速度约为1.2 m/s2，飞机起飞速度达到90 m/s，飞机于起飞后约1.5 min控制系统失灵、约2 min爆炸…)

答案(解答过程略)：减速制动时间约14 s，逃生时间约106 s.

此题给学生一定的时间独立思考、解决，经历体验式学习，彰显教育需要等待的人文情怀.

事件感悟： 协和式AF4590班机失事的原因.

图3

教师：当年事故调查结果表明，AF4590班机在进行起飞时，辗过了跑道上另一架美国大陆航空公司的DC-10号班机脱落的小铁条，如图3.小铁条造成爆胎，而轮胎碎片以超过音速的高速击中机翼中的油箱，之后引发大火.

学生对此事故调查结果发表自己的看法.

学生甲：细节决定成败.

学生乙：……

教师补充：协和式飞机高能耗、高燥声、安全性差，为此协和飞机已经退出了商用客机的历史舞台.同学们说说人类在追求高速度与保护环境两者之间应该做出怎样的抉择？

学生：……

过渡语：虽说一旦空难发生，人们很难逃生，但是实际上飞机还是最安全的交通工具.我们把目光从空中转向地面.

环节2：汽车交通事故发生剖析.

图4

观看汽车追尾事故的视频(视频截图如图4).

问题3： 若对一个地区在一定时期内，汽车交通事故的原因做个调查分析.你认为造成交通事故的主要原因会是什么？

学生发表个人见解，了解科学分析问题的手段，体会运用证据说明问题的意识.

例3.酒驾和超速往往是造成交通事故的主要原因，表1为客车以不同的车速行驶时的相关参数，表中“思考距离”是指驾驶员从发现情况到采取制动的时间内(也称反应时间)客车行驶的距离，“制动距离”是指驾驶员从发现情况到客车停止行驶的距离.

表1

(1) 根据表格，司机酒后驾驶要比正常驾驶的反应时间多多少？该客车的制动时的加速度为多少？

(2) 若该驾驶员酒后以v1=108 km/h行驶，他发现正前方l1=80 m处有障碍物，该客车是否安全？

(3) 在限速120 km/h的路段，若该驾驶员酒后以v2=135 km/h的行驶，他发现正前方l2=50 m处有一货车以v′=54 km/h匀速行驶，就采取制动，是否安全？

学生：讨论交流，思考、规范解答.

答案(解答过程略)： (1) Δt=0.5 s，a=7.5 m/s2； (2) 制动距离s1=90 m>l1=80 m该客车不安全； (3) 设客车与货车共速时，客车制动距离s2=56.25 m>l2=50 m不安全.

教师：动画演示突破难点(动画截图如图5).

图5

教师追问：该车只有超速，没有酒驾的结果如何？(答案：制动距离45 m

教师再追问：只有酒驾没有超速其结果又如何？(答案：制动距离40.26 m

学生计算得出结果：若该车只有超速，或只有酒驾还是可以避免事故发生的.当然，这不是说明生活中可以酒驾或超速，而是说明酒驾又超速是事故发生的概率大大增加.

教师：动画演示，该车只有超速或只有酒驾的过程模拟，再用图象直观的展示，让学生懂得用图像法分析问题.

事件感悟：

教师：呈现PPT如图6.

图6

学生讨论：知道“酒驾入刑”的必要性，遵守交通规则的重要性，感受到物理学习中充满人文情怀.

环节3:解决问题方法总结归纳.

(1) 定对象；(2) 明过程,画出运动示意图；(3) 找规律，选公式；(注意多个运动过程的关联物理量)(4) 列方程求解；(5) 审视结果合理性.

环节4：布置课后习题，继续渗透家国情怀.

课后练习.2011年8月10日，改装后的瓦良格号航空母舰进行出海航行试验，中国成为拥有航空母舰的国家之一.已知该航空母舰飞行甲板长度为L=300 m，某种战斗机在航空母舰上起飞过程中的最大加速度为a=4.5 m/s2，飞机速度要达到v=60 m/s才能安全起飞.

(1) 如果航空母舰静止，战斗机被弹射装置弹出后开始加速，要保证飞机起飞安全，战斗机被弹射装器弹出时的速度至少是多大?

(2) 如果航空母舰匀速前进，在没有弹射装置的情况下，要保证飞机安全起飞，航空母舰前进的速度至少是多大?

3 教学中彰显学科情怀的思考

本案例以一节匀变速直线运动规律应用的习题课作为例子，通过设置情境化问题，引发学生讨论交流，使得学生温故知新的同时，不知不觉之中体验到学科情怀.实际上，物理教师仅仅要有扎实的学科专业理论知识，还要对物理有欣赏与敬畏之情,对学生的善解和仁爱之心，那么物理教学中体现学科情怀就无所不在.

(1) 家国情怀.物理教学不能“仅为知识而教”，而是将知识作为育人的载体，充分挖掘知识建构过程中内在价值，培养学生强烈的家国情怀.挖掘中国优秀的传统文化，激发学生爱国情感.

如北宋《萍州可谈》:"舟师(掌舵者)识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针."指南针应用在航海上，是全天候的导航工具，弥补了天文导航、地文导航之不足，开创了航海史的新纪元；还有，中国“两弹一星”元勋，钱三强等科学家的事迹都激励着学生的民族自豪感.

(2) 人文情怀.物理教学需要将科学教育与人文教育交融,科学教育培养求真精神,人文教育培养求善、求美精神.教师要充分利用物理学科优势，树立以人为本的思想.在物理教学中促进学生对物理、社会、环境相互关系的理解，关注科学伦理，形成正确的价值观.另外，实施教学中从学生自身需要出发，关注学生的个性、情感和道德，使之充满人文关怀.

(3) 审美情怀.著名物理学家英费尔德曾指出：“当你领悟一个出色公式时，你会得到同巴哈的乐曲一样的感情”.良好的审美情怀有助于学生追求真理，发扬善性.物理之美有很多分类方法，一般有简洁美、深刻美、统一美、奇异美、结构美、对称美、状态美、过程美等.科学的发展创造了美，物理发展史就是追求美的历史.

如电磁感应现象的奇异美，电与磁的和谐统一之美，法拉第献身科学的精神之美，发电机发明创造本身就是美，应用于生活之中，人类享受到了生活之美等.

科学探究过程，引导学生睹“物”思“理”的体验上升到美的享受与追求，以物理特有的审美情怀来激发他们的学习热情，自觉地调动一切非智力因素.如由诗句“潭清疑水浅，荷动知鱼散”，作为光的折射教学导入.还有利用物理实验的趣味性，引导学生观察，展现物理现象之美；应用物理规律，体会其内在的科学美；利用教师的个人魅力(语言、体态、板书、操作等)进行美的熏陶.

4 结束语

从物理的角度，如何看待我们自己与世界的关系？我们只是浩瀚宇宙中的极其渺小的一部分，时间在过去、现在和未来并没有区别，“此刻”与“此处”一样，都只是我们的主观概念，人类作为一个物种终将灭绝，生命因为短暂所以珍贵.[3]物理教学中做到“课中有人”自觉、自发的挖掘学科情怀的育人价值，教师阅读要广泛，把握物理教学中学科情怀的素材，并对学生潜移默化地影响，使之成为感化学生心灵成长与精神追求之动力.