“平拋運動”教材及試題中的科學方法顯化嘗試

楊杏團 楊海英 徐曉梅

[摘? ?要]在高中物理“平拋運動”的教學中，在人教版教材的基礎上把科學方法顯現出來，值得關注。在具體教學中，應注意與試題結合，把平拋運動與斜面相結合的問題和科學方法的運用結合起來討論。

[關鍵詞]平拋運動;科學方法;斜面

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）08-0044-03

一、前言

近幾年來，我國越來越關注科學方法的教育，科學方法在教學過程中也越來越富有教學性。每一種科學方法的概括，需要指出科學方法在教學上的重難點和易錯點。對于科學方法的隱性教育，國際科學教育研究得到的結論是：從隱含的印象中得出的認識將是混亂不清和一堆零散的概念。隱性教育不僅在科學方法的教育上表現不佳，在理論上也缺乏堅實的基礎。通過隱性教育方式來進行物理科學方法教育，在很大程度上是事倍功半的。因此，在科學教育實踐中，適當的科學方法教育的顯現不僅僅是教學的內容，也是教學的依據，更是表達教學邏輯的一種載體。顯現化科學方法意味著需要按照科學方法的邏輯組織教學過程。基于上述觀點，本文以高中物理“平拋運動”課為例，對教材及試題中的科學方法顯現化做了嘗試。

二、“平拋運動”教材分析

“平拋運動”這一節內容選自人教版高中物理必修2第五章第二節，是在學生學習了“運動的合成與分解”“勻速直線運動”“自由落體運動”“牛頓第二定律”等的基礎上研究的一種比較典型的曲線運動，這一節的內容也是對以前所學知識點的運用。這節教材一開始定義了拋體運動和平拋運動，即以一定的速度將物體拋出，如果物體只受重力作用，這時的運動叫做拋體運動[1];拋體運動開始時的速度叫做初速度。如果初速度是水平方向的，這個運動叫做平拋運動[1]。隨后研究了曲線運動的一般方法，分別講解了平拋運動的速度和位移;最后講述了一般的拋體運動。

物理科學方法主要是指物理學者在研究物理現象、物理問題、物理規律和構筑物理學體系的過程中所采用的途徑、方法和手段。物理方法主要有觀察法、實驗法、等效法、理想化法等[2]。我國《普通高中物理課程標準（2017年版）》中明確指出：在教學過程中，通過實驗、探究使學生認識平拋運動的規律，會用運動的合成與分解分析平拋運動，讓學生體會物理學中化繁為簡的研究方法。通過分析發現，平拋運動在教材中的呈現包含了很多科學研究方法，主要用到的科學方法包括：理想化物理模型、等效代替法、數學方法等。雖然教材中這些方法都有體現，但較隱性化，學生并不能很好地掌握。在教學過程中，如果能明確向學生指出科學方法的名稱，揭示該方法的形式、特點及規則等，并說明其原理，就有利于學生掌握方法、掌握知識。因此，適當地將科學研究方法顯現滲透到平拋運動教學中，通過調研平拋運動的重點、考點和熱點問題，加入平拋運動與斜面的實例，并對其中的方法進行論述，可以使教學取得事半功倍的效果。

三、“平拋運動”中的科學方法顯現化

“平拋運動”中的科學方法顯現化主要從兩方面進行，一方面是顯現化教材中平拋運動章節包含的物理方法;另一方面是對試題中涉及平拋運動與斜面的實例做一些分析，顯現其中運用到的科學方法。

（一）“平拋運動”教材中的科學方法

1.理想化物理模型的運用

教材一開始在引出拋體運動和平拋運動時就隱含了理想化模型的思想。為了使學習者更快地接收到這一方法，在概念定義中強調物體做平拋運動的條件是在忽略空氣阻力的情況下。自然條件下物體在下落過程中都要受到空氣阻力的影響，因此，平拋運動的定義中就體現了理想化物理模型的科學方法。另外，引導學生得出平拋運動的物體可以看成一個質點也是要提示學生注意這里面運用了理想物理模型。

2.等效代替法的運用

等效替代法也稱轉化法，是在效果相同的前提下對研究對象、物理條件、物理過程進行的等價替換，將復雜的陌生問題轉化成簡單的熟悉問題[3]。等效替代法是科學研究中常用的思維方法之一，是一種迅速解決物理問題的有效方法。因平拋運動的軌跡是曲線，曲線一般都不好研究，考慮到直線運動的易操作性，就容易想到把平拋運動分解成兩個或多個的直線運動，從而使要研究的問題簡單化。這種化曲為直的等效代替方法，也是物理學中常用的方法。

3.數學方法的運用

物理和數學是緊密聯系在一起的，數學方法也是研究物理問題的重要方法，運用數學知識解決物理問題的能力是高考要求的基本能力之一，在“平拋運動”這一節中就有兩個推論是運用了數學方法。

（二）“平拋運動”試題中的科學方法顯現化

前面也已經提到過平拋運動與斜面相結合的應用是一個重要的考點與熱點，而很多高中生學習到此內容時往往不能明確此類題的解答是分解速度還是位移，最主要原因是沒有掌握解此類問題的解答方法。

需要說明的是文中物體運動的起點和落點分別指的是物體的初始狀態和終了狀態。

1.物體的起點在斜面外，落點在斜面上

此類問題一般需要分解速度，可構造速度三角形。通過大量分析發現這類題經常要求物體飛行的時間或者求拋出的初速度。下面就結合例題說明為什么要分解速度。

【例1】如圖2，以[v0]=9.8m/s的水平初速度拋出的物體，飛行一段時間后，垂直地撞在傾角為30°的斜面上，求物體的飛行時間。

解題思路：由于本題屬于物體的起點在斜面外，而落點在斜面上的類型，所以解答本題有速度分解這一步。結合題目我們可以得到以下解題步驟。

解題方法：理想物理模型、等效替代法（分解速度）、數學方法。解題過程中先把物體看成質點，物體在運動過程中只受到重力作用，在撞擊位置用運動的合成與分解對速度進行分解，結合數學方法求物體的飛行時間。

【例2】如圖3，在傾角為37°的斜面底端的正上方H處，平拋一小球，該小球垂直打在斜面上的一點，求小球拋出時的初速度。

解題思路：由題意可以看到本題也屬于拋出點在斜面外，而落點在斜面上的類型，所以也需要進行速度分解。但本題單分解速度是不夠的，學習者要學會充分運用已知條件。本題的已知條件為H，那就應該想辦法運用已知條件列等式。

解題方法：理想物理模型、等效替代法（分解速度）、數學方法。從把物體看成質點，運動過程中只受重力作用方面來體現理想物理模型，根據運動的合成與分解來分解速度體現等效替代思想，根據數形結合以及三角函數來顯化數學方法。

2.物體的起點和落點均在斜面上

其實，此類問題最典型的特征就是位移與水平方向的夾角即為斜面的傾角。根據這一特點可知解題關鍵的一步是分解位移。是否要分解速度則需要視情況而定。

【例3】如圖4，從傾角為θ的斜面上的A點，以初速度v0，沿水平方向拋出一個小球，落在斜面上B點。求小球落到B點的速度及A、B間的距離。

解題思路：這種拋點和落點都在斜面上的題，前面提到過，需要進行位移分解。

解題方法：理想物理模型、等效替代法（分解位移）、數學方法。題目要求A、B兩點間的距離，通過對位移的分解及數形結合解題，從中顯化科學方法。

【例4】如圖5，從傾角為θ的斜面上的A點，以初速度v0，沿水平方向拋出一個小球，落在斜面上的B點。從拋出開始經多長時間小球離斜面的距離最大？最大距離是多少？

解題思路：本題除了分解位移之外，還要求極值。

解：從拋出開始計時，設經過t1時間小球離斜面的距離達到最大，當小球的速度與斜面平行時，小球離斜面的距離達到最大，最大距離為H。

解題方法：理想物理模型、等效替代法（分解速度和位移）、數學方法。對平拋運動的學習一定有理想物理模型的思想，該題對速度、位移都進行分解，體現等效替代的思想，再結合數學方法求解出最大距離。

四、總結

教師在教學過程中，適當進行科學方法顯現化教育，對培養學生的科學態度，提升學生的科學素養是很有幫助的。因此，在進行科學方法顯現教育時，教師要注重方法的引導，以拓展學生的思維能力，同時還要結合典型例題讓學生學習。

（一）重視方法的引導

方法引導在任何一門學科教學中是必不可少的。特別是對中學生來說，他們需要在方法上進行思維引導。如果教師在必要的時候沒有給學生方法上的引導，而單純地只以題海戰術讓學生掌握一個知識點，那么這樣的教學往往是低效的。因此，教師在教學過程中應重視科學方法的引導，讓學生真正學會物理，弄懂物理。

（二）提升學生的思維能力

平拋運動屬于曲線運動的范圍，而學生在學習曲線運動之前對直線運動已經了解了一些，這個時候再學習曲線運動，就應該讓學生打開自己的思維，充分想象該如何解決曲線運動問題，它們與前面的直線運動有什么聯系，最終通過二者的聯系發現曲線運動不過是多個直線運動的合成而已，進而熟練掌握等效替代法。

（三）結合典型例題讓學生理論聯系實際

每一種類型的例題下面有相關的方法，同時每個方法論下面也有相應的典型例題。在每個例題里又有相應的解題思路和解題步驟。科學方法的顯現化，從隱含到顯現是物理科學方法教育方式的重要嘗試，目前還可以在此方面做進一步的研究，把物理教學中涉及的更多科學方法顯現化。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書·物理（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]? 孟德飛.科學方法教育在平拋運動教學中的實踐探討[J].物理教學探討，2010 （5）：70-72.

[3]? 王晶瑩. 中學物理課程與教學導論[M]. 北京：科學出版社，2014.

（責任編輯 易志毅）