基于生活情境打造高效物理课堂——以“曲线运动”教学为例

朱柏瑾 彭 双

(1.江苏省南京市中华中学，江苏 南京 210019；2.江苏省南京市金陵中学，江苏 南京 210015)

1 引言

学生在学习“曲线运动”之前，已经掌握了匀变速直线运动规律和牛顿第二定律，对于直线运动能够较好地进行受力分析和运动分析。但生活中所见的运动大部分是曲线运动，学生研究起来有一定难度。如果利用直线运动的研究方法来研究曲线运动，可以降低学习的难度，有利于学生更好地理解概念。本教学案例基于生活情境，引导学生从情境中发现问题，解决问题，达成课程标准规定的教学要求，打造高效课堂。

2 案例描述

2.1 课堂引入

活动1：篮球挑战赛。要求学生用三种或三种以上的方法，使篮球在空中做直线运动。

利用篮球挑战赛，激发学生的学习兴趣，初看这个挑战内容比较简单，学生会把篮球竖直往上抛，或自由释放篮球。在思考第三种方法时，教师要求学生把篮球传给自己，并提出问题：“这个同学挑战成功了吗？”有的同学说成功了，有的同学说没有。这时留下疑问，待后面回答。

在活动1完成之后，播放一段CBA比赛的投篮视频，并让同学们观察球在空中飞行的轨迹。通过视频慢放，学生发现篮球在空中留下一条美丽的弧线。这个轨迹是弯曲的，而生活中存在着大量类似的曲线运动，从而引出学习主题：曲线运动。

2.2 曲线运动的定义

在研究曲线运动前，可以先回顾直线运动的定义：轨迹为直线的运动叫做直线运动。由此，引导学生迁移所学知识，定义曲线运动：轨迹为曲线的运动就叫作曲线运动。

衔接1：你能说说身边哪些运动是曲线运动？

学生思考举例，会列举出各种曲线运动。然后，引导学生进行总结，并利用图片展示各种曲线运动(图1)，以活跃课堂气氛，巩固对概念的认识。

图1

2.3 曲线运动的特点

先前展示的曲线运动，小到电子绕核运动，大到天体运动，曲线运动的确是无处不在。因此，我们有必要对曲线运动进行深入研究。

衔接2：曲线运动是匀速运动还是变速运动呢？

可以先请学生表达看法，并说出理由；经过讨论逐步明确，速度是一个矢量，既有大小，也有方向。在曲线运动过程中，物体的运动方向时刻在变化，所以曲线运动是变速运动。

2.4 曲线运动物体在某点的速度方向

引导进一步探讨：做曲线运动的物体在某点的速度方向指向哪里呢？这时引入一个生活实例，把抽象的问题形象化。

活动2：滑冰运动员在冰面上滑行，图2展示了运动员的运动轨迹。请同学们尝试画出滑冰运动员依次通过A、B、C三点的速度方向，同学们尝试画出的速度方向如图2所示。

图2

我们可以利用运动员滑冰的视频初步检验以上判断，逐帧截取图片，利用画图软件制作频闪照片，直观呈现运动员摔出时的情景。

引导学生思考：运动员摔出轨道后沿直线运动的方向是不是运动员做曲线运动摔出点的速度方向？请说明原因。学生分析：由于惯性，运动员摔出那一刻会保持原来的运动状态，因此运动员摔出后沿直线运动的方向就是运动员做曲线运动摔出点的速度方向。我们把运动员曲线运动的轨迹画出，再描出摔出点的速度方向(图3)，这样就能检验之前的猜想。

图3

由此可以初步确定：做曲线运动的物体在某点的速度方向就是该点的切线方向。我们还可从理论角度探讨曲线运动某点的速度方向，利用GeoGebra软件，可以画出如图4所示图形。

图4

师：物体从A点做曲线运动到B点，把AB两点用直线相连，这个方向代表了什么？

生：位移方向。

师：它还可以表示什么方向？

生：平均速度方向。

当把A点逐渐向B点接近，AB的直线方向依然表示A到B的平均速度方向。慢慢地再移动A点，在移动的过程中，有同学脱口而出：当A无限靠近B时，AB的直线方向就是B点的切线方向，而这时平均速度就等于瞬时速度，所以B点瞬时速度方向就是B点的切线方向，此分析赢得满堂喝彩。

经过视频的检验和理论分析，可以得出结论：曲线运动某点的速度方向就是该点轨迹的切线方向。由于曲线运动轨迹上各个点的切线方向在不断变化，因此做曲线运动的物体速度方向不断变化，所以曲线运动是一个变速运动。

2.5 做曲线运动的条件

衔接3：是什么原因导致了曲线运动的速度不断变化呢？

学生思考之后回答：是因为受到了外力的作用，导致曲线运动的速度不断变化。接着，请学生提出猜想：一个原来做直线运动的物体，受到外力的方向如何时，物体就能做曲线运动呢？可以先做一个思想实验，然后再借助实验器材进行实验。

如图5所示，在光滑的冰面上，一个物体具有向右的初速度，可以推断，物体虽受力，但只能做直线运动。那么，物体在水平面上的受力方向如何时，才能使小球做曲线运动呢？让学生尝试画出图6中物体做曲线运动的可能轨迹。

图5

图6

学生尝试画出了物体做曲线运动的轨迹(图7)，此后教师提供如图8所示的实验器材，请同学们自己动手，让小球做曲线运动，研究小球受力和小球初速度的关系。有一个学生直接把小球从手中抛出，并分析到：小球刚出手初速度斜向上，受到竖直向下的重力，小球在空中做曲线运动，因为小球受到的重力是恒力，因此小球做的是匀变速曲线运动。还有一个学生利用图8中的金属挡板，给小球一个初速度，小球在挡片的作用下，也做曲线运动，小球所受到的合外力时刻在变化，因此是变加速曲线运动。

图7

图8

衔接4：教师演示如图9所示的实验，引导学生研究物体在某一点的速度、受力及轨迹之间的关系。学生通过观察发现：水柱从不同方向射出时，轨迹始终在速度方向和受力方向之间，这再次证明了当速度方向与受力方向不在一条直线上时，物体做曲线运动。

图9

最后，回到课堂一开始提出的问题：经过这节课的学习，篮球挑战赛中的同学成功了吗？在挑战的同学传球给老师的过程中，小球在空中并没有做直线运动。

3 案例分析

在本课的教学中，笔者并没有完全按照人教版教材进行教学。教材一开始先给学生介绍用分解方法研究比直线运动更复杂的曲线运动，强调分解方法对于研究曲线运动的重要性。本案例基于本校学生特点，首先从学生喜爱的篮球运动出发，提出问题，共同探究，利用所学知识解决新问题，帮助学生建立曲线运动概念，认识曲线运动特点以及做曲线运动的条件。

课堂教学的整个流程如图10所示，在探究过程中，充分利用了学生熟悉的生活情境，引入了思想实验，进行了猜想、实验检验与理论分析，突出了实验和科学思维方法。对于绝大部分问题学生可以自主思考、回答，对于剩余的少部分问题学生可以在教师的提示下做出回答。从课后作业反馈可以看出，同学们都能解决好相关的问题，表明了本节课教学的有效性。

图10