開發教材資源　培育關鍵能力

摘 要：科學思維和科學探究是物理學科核心素養中的關鍵能力，本文以《拋體運動的規律》的教學為例，闡述開發教材資源、培育關鍵能力的策略，即基于教材培養學生物理思維的嚴密性，源于教材培養學生物理思維的深刻性，高于教材培養學生物理思維的發散性.

關鍵詞：關鍵能力；教材資源；物理思維

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）24-0047-03

收稿日期：2023-05-25

作者簡介：周慧（1983.4-），女，江蘇省江都人，中學一級教師，從事高中物理教學研究.

物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個方面組成了物理學科核心素養，其中科學思維和科學探究是關鍵能力，是物理教育過程中的核心素養培養的重點所在.人民教育出版社2019版的普通高中教科書很好地體現了普通高中物理課程標準的要求，為培養學生的關鍵能力提供了很好的素材與資源.現以普通高中物理教科書物理必修第二冊第5章第4節《拋體運動的規律》的教學為例，談談如何開發教材的資源，培育關鍵能力.

1 教材分析

平拋運動是一種常見的運動形式，解決平拋運動的基本思路與方法是解決一般拋體運動問題的基礎.同時，本節的學習內容也是學習帶電粒子在電場中偏轉的基礎.本章的學習對于學生應用運動的合成與分解的方法解決實際問題，形成化曲為直、化繁為簡的思想，具有重要的示范作用^［1］.

2 學情分析

學生在本章的第2節《運動的合成與分解》學習中，通過對“注水的玻璃管中的蠟塊參與的兩個勻速直線運動的合成”的探究，初步了解以下的研究思路：

這為本節研究平拋運動提供了方法指導，從這個意義上，本節教學內容是運動的合成與分解的具體應用和進一步深化.

本節的內容涉及到牛頓運動定律、勻變速直線運動等物理規律的應用和運動分析、受力分析以及運動的分解與合成的物理思想，具有一定的綜合性，對學生的思維能力以及應用數學知識解決物理問題的能力有較高的要求.

3 素養目標

3.1 初級思維目標

（1）知道平拋運動物理模型成立的條件，會對平拋運動進行理論分析.

（2）會利用速度的合成與分解以及勻變速直線運動的規律計算平拋運動的速度^［2］.

（3）能利用運動的合成與分解以及勻變速直線運動的規律推導出平拋運動的軌跡.

3.2 進階思維目標

（1）知道拋體運動物理模型成立的條件，對拋體運動進行理論分析.

（2）會計算斜拋運動的速度.

（3）會推導斜拋運動軌跡.

（4）會解決斜拋運動的極值問題.

4 教學過程

4.1 基于教材——培養學生思維的嚴密性

本節課的教學中基本的教學任務是基于教材，形成解決平拋運動問題的基本思路，掌握規范的解題步驟^［3］.

4.1.1 確定平拋運動的性質

利用問題串，引導學生確定平拋運動的性質：

問題1：做平拋運動的物體，受哪些力的作用？其初速度的方向如何？

問題2：怎樣求平拋運動物體的加速度的大小和方向？

問題3：根據你所求出的結果說明平拋運動的運動性質是什么.

讓學生自己主動思考，利用所學的牛頓運動定律，從理論上主動探究，得出結論，學生才會獲得長久的記憶.體現了理論探究與實驗探究的一致性.

4.1.2 研究平拋運動的速度

引導學生利用第2節所學的方法，研究平拋運動的速度.

問題1：平拋運動的物體的速度不斷改變，利用什么方法來求平拋運動的速度？

問題2：如果平拋運動的初速度為v0，重力加速度為g，寫出平拋運動物體t時刻速度的大小的表達式.

問題3：怎樣定量描述平拋運動速度方向的變化？

學生通過自己的親身實踐，利用所學的知識，按照一定的程序，解決實際物理問題，既鞏固了所學的知識，又解決了新問題，獲得成功感，體驗幸福感.

4.1.3 推導平拋運動的軌跡

通過第2節的學習，學生基本上掌握了探究物體運動軌跡的思路：寫出兩個分運動的位移-時間關系，消去時間t，得到軌跡方程.可以遷移到探究平拋運動軌跡的思維活動中.

問題1：如果以初速度方向為x軸的正方向，以豎直向下為y軸正方向，經過時間t，做平拋運動的物體的水平位移和豎直位移分別是多少？

問題2：根據問題1的結論，你能推導出平拋運動的軌跡方程嗎？

問題3：根據問題1的結論，寫出做平拋運動的物體在t時間內的位移的大小和方向嗎？

問題4：若t時刻物體的速度與水平方向的夾角為α，位移與水平方向的夾角為β，你能發現兩者之間的簡單關系嗎？

通過層層遞進的問題，引導學生從理論上推導出做平拋運動的軌跡是開口向下的半支拋物線，而且自主發現tanα=2tanβ的有用結論.規范的思維過程，對于初學者而言，有助于培養其思維的嚴密性，以及解決物理問題的程序性^［4］.

4.2 源于教材——培養學生思維的深刻性

在學生已經掌握推導平拋運動的軌跡的基礎上，讓學生遷移所學的方法，來推導斜拋運動的軌跡，并求出斜拋運動的射高以及水平射程，對于大多數學生來說，既是前面方法的遷移，又是完善知識結構的很好的途徑.

如圖1所示，物體在水平地面上被拋出時初速度方向斜向上與水平方向成θ 角，回答下列問題：

（1）物體水平方向的初速度多大，加速度多大，在水平方向做什么運動？

（2）物體豎直方向的初速度是多大，加速度多大，在豎直方向做什么運動？

（3）經過時間t，物體的速度是多少？速度方向與水平方向夾角的正切值多大？

（4）該物體運動的軌跡方程是什么？

（5）物體運動的軌跡具有什么樣的特點？

（6）你能求出物體上升的最大高度嗎？

（7）物體落地時的位置離開拋出點多遠？落地時的速度如何？

（8）如果θ角在0到90°之間變化，θ 角多大時，落地點與拋出點之間的距離最大，這個最大值是多少？（已知2sinθcosθ=sin2θ）

通過思考與討論，學生不僅理解了教材中圖5.4-5斜拋運動的軌跡，更重要的是從理論上探究出軌跡的特點，體會到解決復雜問題后成功的喜悅.

4.3 高于教材——培養學生思維的發散性

理論研究必須與實際生產、生活、科學研究想結合，應該在解決實際問題的過程中，培養學生的建模能力、科學思維能力以及應用數學知識解決物理問題的能力.在課后的思考題中可以布置這樣的思考題，進一步體會應用運動的合成與分解的方法解決拋體運動的問題.

如圖2所示，在傾角為α的斜坡的底端發射一顆一顆炮彈，炮彈的初速度大小為v0，方向與水平方向的夾角為θ，不計空氣阻力，重力加速度為g，試求：

（1）炮彈在斜坡上的落點的位置.

（2）若θ是可以變化的，炮彈落到斜坡上距離最遠時的θ值.

學生通過建立不同的坐標系，以及不同的數學推導過程，得出相同的結論的過程，體現了物理思維的發散性與收斂性.

對于不同的學情，可以討論到不同的難度水平，或者讓學生課后查閱資料，這既能激發學生學習物理的熱情，使對物理感興趣的學生進行具有一定挑戰性的學習，體現了因材施教和分層教學的原則，也有助于培養學生思維的深刻性，引發深度學習.

物理思維能力的培養，物理探究習慣的養成，探究能力的形成，不是一朝一夕能完成的.實踐表明，只有教師自身站在培養學生物理核心素養的高度，在教學中，充分發揮教材的教育功能，精心選擇適合所教學生的認知水平的教學內容，通過行之有效的教學活動，引發學生的思維，在學生的最近發展區發力，日積月累，學生的關鍵能力才會得到提升.

參考文獻：

［1］ 方武增.研究教材資源 突破教學難點：以對高中物理教材2019年及2005年版“光電效應”的對比研究為例［J］.物理通報，2021（06）：78-82.

［2］ 劉高福，馮靚.核心素養理念下高中物理課程資源的開發與應用研究［J］.中學教學參考，2020（11）：37-39.

［3］ 居津，臧濤成.基于物理挑戰性任務問題鏈教學的實踐研究：以人教版新教材“拋體運動的規律”教學為例［J］.物理教學探討，2021，39（11）：64-68.

［4］ 侯位鋒，梁旭.基于核心素養的教學設計：拋體運動的規律［J］.中學物理，2018，36（23）：40-41.

［責任編輯：李 璟］