基于科学思维提升的平抛运动问题的教学思路

【摘要】根据相关理论，本文结合实际教学经验，从情境创设、实验探究、数学建模、问题解决和反思评价等方面详细论述提升学生科学思维的教学思路，并结合具体教学案例进行说明，期望对读者提供参考.

【关键词】科学思维；平抛运动；高中物理

平抛运动是高中物理曲线运动中的重要内容，它不仅在物理学的发展中具有重要地位，而且对于培养学生的科学思维能力也具有重要意义.科学思维是指具有科学性、逻辑性和创新性的思维方式，包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素[1].在平抛运动的教学中，如何引导学生运用科学思维方法，深入理解平抛运动的规律，提高解决实际问题的能力，是值得深入研究的课题.

1 基于科学思维提升的教学思路

1.1 情境创设并进行实验探究

通过创设生动有趣的情境，激发学生的学习兴趣和好奇心，引导学生主动思考.例如，可以展示平抛运动的实际现象，如投篮、扔铅球、跳水等，让学生观察并思考物体的运动轨迹和特点.实验是物理教学的重要手段，通过实验探究可以让学生亲身体验平抛运动的规律.例如，可以设计平抛运动实验，让学生测量平抛物体的水平位移和竖直位移，探究水平速度和竖直加速度对运动轨迹的影响.

1.2 数学建模，解决问题

运用数学知识建立平抛运动的模型，将物理问题转化为数学问题，培养学生的模型建构能力和数学应用能力.例如，引导学生运用运动的合成与分解方法，建立平抛运动的数学方程，求解物体的位置、速度和加速度等物理量.通过解决实际问题，培养学生的科学推理和科学论证能力[2].例如，给出与平抛运动相关的实际问题，如平抛物体的射程计算、碰撞问题等，让学生运用所学知识进行分析和推理，提出解决方案，并进行论证和评价.

1.3 反思评价

引导学生对学习过程和结果进行反思评价，总结经验教训，发现问题和不足，培养学生的批判性思维和自我调节能力.例如，让学生回顾自己在解决平抛运动问题中的思路和方法，分析错误原因，提出改进措施.

2 创设真实情境，构建平抛运动模型

例1 如图1，调皮的小猴子以速度v1从高处水平跃出，母猴见状立刻（忽略母猴反应时间）竖直向上跃起在空中将小猴子抱住.若小猴子跃起前，两猴竖直距离为H，水平距离为d，两猴子均可视为质点，重力加速度为g，空气阻力不计.求：

（1）母猴从跃起到抱住小猴子所用的时间t；

（2）母猴刚抱住小猴子时离地面的距离y；

（3）母猴竖直向上跃起的初速度v2大小.并判断：若v2<gH，母猴抱住小猴前瞬间速度的方向.

解析 （1）设母猴从跃起到抱住小猴子所用的时间t，有t=dv1.

（2）母猴刚抱住小猴子时小猴子下落的距离h=12gt2=gd22v12，

则离地面的距离y=H－h=H－gd22v12.

（3）母猴竖直向上跃起的初速度v2，根据竖直上抛运动有y=v2t－12gt2，

解得v2=Hv1d，

设母猴竖直向上能跃起到高度H的速度为v2′，则有2gH=v2′2，

解得v2′=2gH，

又v2<gH<v2′，

所以母猴抱住小猴前瞬间速度的方向竖直向上.

点评 本例以母猴接小猴的真实情境为载体，引导学生构建平抛运动模型，运用运动的合成与分解的思路，灵活考查了平抛运动与竖直上抛运动的综合问题.

3 拓展模型，科学创新

例2 风洞，被称为飞行器的摇篮，我国的风洞技术世界领先.如图2所示，在一次实验中，风洞竖直放置且足够长，质量为m的小球从A点以速度v0=10m/s沿直径水平进入风洞.小球在风洞中运动时受到的风力F恒定，方向竖直向上，风力大小F可在0～3mg间调节.小球可视作质点，碰壁后不反弹，重力加速度g取10m/s2，风洞横截面直径L=10m.

（1）当F=0时，求小球撞击右壁的速度大小和方向；

（2）保持v0不变，调节F的大小，求小球撞击右壁的区域长度.

解析 （1）当F=0时，小球做平抛运动，水平方向有L=v0t1，

解得t1=1s，

竖直分速度为vy1=gt1，

小球撞击右壁的速度大小v1=v20+v2y1，

令速度与水平方向夹角为θ，

则有v=102m/s，θ=45°.

（2）结合上述，当F=0时，小球做平抛运动，竖直方向的分位移y1=12gt21，

解得y1=5m，

当F=3mg时，根据牛顿第二定律有3mg－mg=ma，

小球做类平抛运动，则有L=v0t1，y1=12at21，

解得y1=10m，

则小球撞击右壁的区域长度L0=y1+y2=15m.

点评 当F=0时，小球做平抛运动，属于平抛运动基本模型的运用.当F=3mg时，通过分析发现，小球在竖直方向上受到恒定不变的力，可将处理平抛运动的方法进行合理迁移，提升学生的科学推理能力和质疑创新能力.

4 结语

在未来的教学中，将进一步完善基于科学思维提升的教学思路，将其应用到更多的物理教学内容中，不断探索创新教学方法和手段，为培养学生的科学思维和创新能力提供更加有力的支持.综上所述，基于科学思维提升的平抛运动问题的教学思路能够有效地提高学生的学习效果和科学思维能力，为学生的未来发展奠定坚实的基础.在教学实践中，教师应根据学生的实际情况和教学内容的特点，灵活运用各种教学方法和手段，不断优化教学过程，以达到最佳的教学效果.

参考文献：

[1]万艳玲.基于核心素养的高中物理实验教学方法——以“平抛运动”为例[J].数理天地（高中版），2024（02）：82-84.

[2]顾永晋.通过物理模型培养高中生科学思维——以《平抛运动》为例[J].教学管理与教育研究，2018（12）：77-78.