人教版《第五章　拋體運動》編寫說明

魏昕

摘 要：新人教版第五章的編寫說明，以使教師了解教材的內容結構變化及核心素養的落實.

關鍵詞：新教材;內容結構變化;核心素養落實;編寫說明

文章編號：1008-4134（2019）19-0002中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

在學習了直線運動以及力與運動的關系后，學生掌握了位移、速度、加速度等描述運動的基本概念，以及利用質點、參考系和坐標系來描述物體運動的方法.相比直線運動，曲線運動更加普遍，本章既新介紹了運動合成與分解的思想來研究曲線運動的規律，又用已學的牛頓運動定律對有關曲線運動進行分析.因此，本章既是之前所學的運動學和動力學知識在曲線運動中的具體應用，又是對學生運動學和動力學知識的進一步拓展和延伸.通過對本章的學習，能夠使學生對運動、力與運動的關系有更加完整和深入的認識.

1 全章概述

1.1 內容結構的變化

相比《課程標準（實驗）》“會用運動合成與分解的方法分析拋體運動”的要求，《課程標準（2017）》（以下簡稱“新課標”）增加了“通過實驗，了解曲線運動，知道物體做曲線運動的條件.通過實驗，探究并認識平拋運動的規律.體會將復雜運動分解為簡單運動的物理思想.能分析生產生活中的拋體運動.”等內容.

新課標要求教師在教學過程中讓學生通過研究拋體運動，體會物理學中化繁為簡的研究方法，拓展對運動多樣性的認識，深化對位移、速度等重要概念的理解，進一步提高對力與運動關系的認識.要求學生在學完后，能夠認識平拋運動的物理模型特征，體會實驗和理論的推導方法，能使用證據說明自己的觀點，能對一些錯誤認識提出質疑.會做“探究平拋運動特點”等實驗，能明確需要測量的物理量，設計實驗方案，會用提供的實驗器材進行實驗并獲得數據，通過對數據的分析發現其中的特點，進而歸納出實驗結論，并嘗試對其作出解釋.能撰寫簡單的實驗報告.教材根據以上變化，對本章內容進行了修訂.

與《普通高中課程標準實驗教科書 物理 必修2》（以下簡稱“必修2”）不同，新教材將原“曲線運動”分為“拋體運動”“圓周運動”兩章，在“拋體運動”中，相比“必修2”按照“曲線運動”“平拋運動”“實驗：研究平拋運動”的編排方式，新教材按照曲線運動的特點、形成的原因、研究的方法，以及探究典型曲線運動規律的順序，將本章分為“曲線運動”“運動的合成與分解”“實驗：探究平拋運動的特點”“拋體運動的規律”等4節，這樣的順序更能體現出研究物理問題的基本思路，也使得各節的重難點、內容容量更加均衡，便于師生使用.

課時安排建議

1. 曲線運動 1課時

2. 運動的合成與分解1課時

3. 實驗：探究平拋運動的特點1課時

4. 拋體運動的規律2課時

1.2 對核心素養的落實

本章立足于核心素養，圍繞力與運動觀念的形成組織內容，充分體現科學思維、科學探究以及科學態度與責任的育人價值.

1.2.1 物理觀念

本章拓展了學生對運動多樣性的認識，深化對位移、速度、加速度等基本概念的理解，豐富并完善學習直線運動時形成的有關運動與力的知識結構.解決曲線運動的問題，基本思路是將復雜運動分解為簡單運動，教材專門介紹了運動合成與分解的方法，隨后在這一思路的指導下研究平拋運動，旨在培養學生解決平面運動問題時化繁為簡的意識和方法.

1.2.2 科學思維

本章重在促使學生體會模型、極限與遷移創新的思維過程.本章的核心分析方法是運動的合成與分解，教材在介紹時從實際問題出發，提取主要變量、簡化問題，利用數學方法解決問題的步驟，清晰地體現了物理學中構建模型的思維脈絡和研究方法.與建構模型一樣，極限的思想也始終貫穿物理研究之中，教材在分析曲線運動瞬時速度的方向時，利用幾根虛線逼近切線的方式，形象地展現了這種思想.同時，教材也引導學生根據已學知識和方法來分析新的問題.例如，教材在介紹物體平拋運動的特點后，鼓勵學生仿照平拋運動的處理方法分析得到斜拋運動的關系式，為學生發展遷移創新能力提供了合適的載體.

1.2.3 科學探究

本章實驗方案具有較大的開放性，采用“問題串”的方式，鼓勵學生自主形成猜想和假設，在設計實驗方案時，能主動思考需要測量的物理量以及如何獲得數據，在得出結論時，能通過對數據的分析發現其中的特點，進而歸納出實驗結論.與“必修2”先理論、后實驗相比，新教材先對平拋運動的特點進行實驗探究、然后進行理論推導的編排設計，更加有利于培養學生的探究能力.

1.2.4 科學態度與責任

本章主要通過引導學生思考拋體運動模型的適用條件、實驗時如何減小誤差、真實記錄和處理數據等方式，認識到科學是對客觀世界的一種描述、并不是世界本身，形成事實求是的科學態度.

2 具體說明

2.1 第1節“曲線運動”：精簡內容，聚焦主線，重視體驗

與“必修2”相比，新教材對節中的內容進行了調整和精簡.第1節“曲線運動”是學生思考曲線運動與直線運動究竟有何區別的起點，教材減小本節的容量，只圍繞認識曲線運動的特點展開，思路更加清晰.

通過生活現象——實驗觀察——理論分析的路徑，幫助學生逐步聚焦于研究曲線運動的速度方向有何特點.只通過對特定生活現象的觀察，尚不能得出普遍的結論，只有將客觀事實和理性分析結合起來形成結論，才是科學的研究方法.因此，教材安排了斜槽軌道更具有普遍意義的演示實驗，以及基于實驗事實的理論分析.演示實驗為學生提供了認識和猜想的素材，而后的理論分析中隱含著極限的思想.教材用一系列的虛線來逼近切線，形象地展示了極限的思想.如圖1所示，AB割線的長度與質點由B至A的運動時間之比等于AB過程的平均速度大小，其平均速度的方向由B指向A.當B非常非常接近A時，AB割線變成了過A點的切線，同時AB間的平均速度近似等于A點的瞬時速度，因此質點在A點的瞬時速度方向就是過A點的切線方向.同時，這也是教材第一次在非直線運動中對位移、平均速度、瞬時速度等概念進行辨析，要在分析的過程中注意幫助學生加深對這些概念的理解.得出曲線運動速度的特點后，自然要思考其背后的原因是什么，從而引出研究物體做曲線運動的條件.教材引導學生自主從力與運動的關系著手思考，得出速度方向不斷改變必有合力不為零的結論，隨后安排演示實驗來幫助學生研究合力的特點.

新教材對實驗有所改進，為了確保小球每次滾下的速度都相同，新教材在實驗裝置中特意設計了斜槽導軌，避免因初速的不同而對小球運動軌跡產生影響，確保實驗中只有力能夠影響小球的運動情況，提升實驗的可操作性（如圖2）.本節除了安排兩個演示實驗外，還特意安排了“做一做”，讓學生親自動手，觀察體會做曲線運動物體的速度方向與軌跡的關系.這一活動旨在增強學生的學習體驗，加深學生對知識的記憶和理解.

2.2 第2節“運動的合成與分解”：凸顯分析曲線運動的一般思路

“運動的合成與分解”是解決一般曲線運動問題的基本方法，新教材將此內容剝離出來，單獨作為第2節，標題也從“運動描述的實例”變為“運動的合成與分解”，正是為了凸顯這一解決問題“化繁為簡”的基本思路.本節是從定量研究直線運動規律進入定量研究曲線運動規律的轉折點，也是接下來研究平拋運動的關鍵和基礎.在之前的學習中，學生已經掌握了描述直線運動的方法，也知道如何分解與合成力，這些都為本節的學習奠定了基礎.通過本節的學習，學生將了解如何用平面坐標系描述曲線運動，以及把一個運動分解成幾個分運動的方法.隨著后續兩節關于平拋運動的討論，學生將進一步理解、應用運動合成與分解的思想和方法.

在具體編寫時，本節同樣注重讓學生經歷解決物理問題的基本過程——模型建構.教材以人游泳過河會在哪里上岸這一實際問題展開討論.為了回答此問題，教材提取問題的主要因素，將其簡化為一個可研究的物理問題，即研究蠟塊在沿水平方向運動的玻璃管中的運動情況.在此基礎上，為了獲得準確、定量的研究結果，教材引入了平面直角坐標系，利用坐標系定量描述蠟塊位置隨時間的變化情況，得出蠟塊運動的規律，從而也最終回答了“人在哪里上岸”的問題（如圖3）.此外，在例題的設計上也同樣遵從了這一理念.與“必修2”中計算飛機分速度的例題相比，新例題以乘電梯和走樓梯誰更快為情境，更加突出以實際問題為導向，再次經歷模型建構的過程，在解決實際問題的過程中體會分速度與合速度的關系，而不是為了計算而計算.

2.3 第3節“實驗：探究平拋運動的特點”：注重問題導向，促進學生自主思考，增強實驗開放性

新課標強調通過實驗探究并認識平拋運動的規律，并將該實驗列為必做實驗.新教材將探究平拋運動的特點置于理論推導之前，單獨作為第3節，目的在于切實增強學生的探究能力.實驗思路圍繞運動的合成與分解展開，考慮到學生通過之前的探究實驗已經具備了一定的實驗能力，因此，在實驗方案中，教材將實驗的關鍵步驟變成“問題串”，引導學生自主作出猜想、確定要測量的物理量、如何減小實驗誤差等，不再給出實驗的具體細節和步驟，這樣的設計能夠真正實現學生自主思考、自主探究的目的.

本實驗有兩個方案：第一個方案是以頻閃照相的方法研究平拋運動，優點在于能夠直接觀察物體的運動軌跡，便于學生獲得直觀的認識，并可在照片中建立坐標系，研究位移、速度與時間的關系.該方案的研究方法更加普遍，與根據打點計時器打出的紙帶研究小車運動情況在本質上是一致的，學生在已有知識的基礎上較為容易地自主展開探究活動.方案二則是先研究豎直方向的分運動，然后研究水平方向的分運動，實驗在設計上更加巧妙，注重實驗的設計和操控，體現了轉化和等效的思想，是鍛煉學生科學思維的良好機會.雖然教材給出了參考案例，但在討論階段并不一定拘泥于此.例如，教材在正文中提出“是否需要獲取物體做平拋運動的軌跡？”的問題，參考案例和習題當中的實驗裝置給出了不同的答案（如圖4），關鍵是要激發學生的思考，培養學生的遷移創新能力，檢驗學生是否具備獨立設計實驗裝置的能力.

此外，該節最后還設計了“拓展學習”欄目，即利用傳感器和計算機等數字實驗設備探究平拋運動，供有條件的學校和學生參考.

2.4 第4節“拋體運動的規律”：重視理論推導，關注前后內容的聯系

通過第3節的學習，學生已經根據實驗的結果知道了平拋運動的特點，第4節“拋體運動的規律”則是通過理論分析，更進一步加強學生對平拋運動規律的認識.理論推導平拋運動規律，既涉及研究曲線運動的方法，又涉及受力分析和牛頓運動定律，是對之前所學內容的綜合應用.教材在推導平拋運動的速度、位移和軌跡時給出了清晰、完整的推導過程，目的在于讓學生體會邏輯推理的嚴謹性和規范性，為了讓學生加深這種體會，教學中應當注重過程，強調解決問題的程序與步驟的合理性與完整性，形成規范.在此基礎上，引導學生嘗試分析一般拋體運動的規律，則是培養學生如何將現有知識、方法遷移到新問題的難得機會.

本節最后安排了“思考與討論”的欄目，讓學生在推導出一般拋體運動規律的基礎上思考空氣阻力對上述規律的影響.目的在于與第3節進行呼應，再次提醒學生認識到，與自由落體等運動一樣，拋體運動也是一種理想化的運動模型，只有在空氣阻力對物體運動的影響可忽略時，運用該模型得出的結果才與實際情況相符，引發學生更進一步思考物理模型與客觀現實的差異，為學生理解科學本質打開一扇窗戶.

（收稿日期：2019-08-15）