基于真實情境的“勻變速直線運動的應用”教學實踐與反思

摘" "要：結合生活中常見的運動場景，創設勻變速運動問題情境，引導學生應用所學知識解答實際問題，樹立安全意識，以促進學生核心素養的提升。

關鍵詞：問題情境；科學態度與責任；勻變速直線運動的應用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）2-0094-3

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》提出，高中物理課程要通過創設學生積極參與、樂于探究、善于實驗、勤于思考的學習情境，培養和發展學生的自主學習能力，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實［1］。高考評價體系規定了高考考查載體之一——情境，要求即將進入高等學校的學習者在新穎或陌生的情境中主動思考，完成開放性或探究性的任務［2］。因此，本節課希望通過創設貼近學生生活的運動情境，一方面，提高學生從情境中建立勻變速直線運動模型的能力，通過提出問題、制訂方案等要素提升科學探究能力，學會從情境中提取所需數據，關注情境中的限制條件，計算較為復雜的多體多過程問題；另一方面，通過將生活中的問題引入課堂，讓學生感受平時所學內容可能是自己和家人安全的保障，體會遵守交通規則的重要性，實現從解題到解決問題的轉變。

1" " 教學內容及學情分析

勻變速直線運動是學生進入高中階段學習的第一個運動模型，也是生活中經常遇到的一種運動。學生對該運動涉及的運動規律的理解和掌握，對其之后的牛頓運動定律、平拋運動等內容的學習有很重要的影響。尤其是對于已進入高三一輪復習的學生而言，盡管復習了運動學的基本概念，初步掌握了勻變速運動的基本規律，但他們存在記不住關系式，不能靈活選用關系式并對問題進行解答，以及在復雜情境中（如兩體多過程問題）不能建立相應運動模型，不會從問題描述中提取隱含條件，不善于用圖像和相對運動的方法進行處理等問題。創設真實問題情境有助于學生對運動概念和規律的認識和理解，通過對問題的思考和解答，有助于其學科素養的發展，并激發其學習興趣。

2" " 教學目標及教學重難點

基于上述學情，本節課的教學目標是通過生活中的運動實例，熟悉位移、時間、加速度、速度等物理量間的關系，能夠準確寫出解決問題所需的表達式，這也是本節課的重點。能從生活實例建立勻變速直線運動模型，綜合運用其規律解決生活中的實際問題，提升科學思維，樹立安全意識、態度和責任，這同時也是本節課的難點。

3" " 教學主要環節

3.1" " 創設勻變速運動情境

3.1.1" " 情境創設及問題提出

人行橫道是很多學生每天或者每周的必經之路（圖1），曾經出現過因行人或車輛不遵守交通規則引發的交通事故，當學生通過該通道時，經常會遇到這樣的問題：行人準備經人行橫道到馬路的另一側，人行交通燈顯示綠燈還剩2 s，行人能否安全通過？

3.1.2" " 教師引導

首先，行人以什么運動方式通過？在2 s內以正常行走速度1.5 m/s開始通過一側道路，需要多大的加速度？末速度為多少？其次，如果做勻加速直線運動，知道初速度及運動時間的情況下，還需要知道哪些物理量才能計算出加速度和末速度，怎么獲取這些物理量？

3.1.3" " 學生活動

學生思考、討論后提出，為方便計算，可以假設行人做勻加速直線運動，知道初速度及運動時間的情況下，還需要知道位移才能求出末速度和加速度，并提出測量道路寬度的方案：測量某人正常行走時一步的長度，再數出此人勻速通過這段路程時的步數，兩者的乘積即為道路的寬度。

以上方案可以留給學生課后驗證，課堂上向學生展示一張導航地圖APP的截圖（圖2），因為地圖經過標準測量會顯示標度，這個類似于力的圖示中有關力大小的表示。學生通過以上數據估算出道路的寬度為15 m，通過計算得出加速度為6 m/s2，末速度為13.5 m/s，結果顯然是不符合常理的，因此在這種情況下通過是不安全的。

3.2" " 創設單體多過程運動情境

3.2.1" " 情境創設及問題提出

行人在通過馬路時還可能遇到另外一種情況（圖3），即通行燈還剩8 s時，從圖中A點開始跑向C點，這種情況下行人是否可以安全通過呢？

3.2.2" " 教師引導

用類似的方法可以估算出A點距離路口C點大約為20 m，假設行人初速度為1.5 m/s，加速度為2 m/s2，實際運動中，行人會一直做勻加速運動嗎？運動會受哪些因素影響？為計算出結果，應進行哪些近似處理？

3.2.3" " 學生活動

學生思考、討論后回答：行人從A點到C點很難一直做勻加速運動，因體力的限制存在最大速度，因此，運動過程應該為分段運動，即先做勻加速運動，到達最大速度后做勻速運動。設最大速度為3.5 m/s，并忽略轉彎對速度大小的影響，可以推算出加速過程時間為1 s，位移大小為2.5 m，到達路口需要約6 s，通過道路到達中央人行道需10.3 s。

上述結果是以理想情況計算，實際還會因為同行的行人阻擋、負重等因素的影響，所需時間更長，因此情境二中想跑步通過也是不安全的。此時，展示行人安全通過該人行橫道的視頻，視頻中通行燈綠燈亮起，行人會先觀察車輛是否減速停車，再以正常速度近似勻速通過，全程約需12 s，與之前的計算相印證，從而樹立學生學以致用的信心。

3.3" " 創設多體多過程運動情境

3.3.1" " 情境創設及問題提出

馬路上有許多超車場景，按照交通安全法規，超車前兩車應保持一定的安全距離，后車駕駛員需要預留超車時間和并線距離，很多路段還設有限速標識（圖4），用高中所學的勻變速直線運動知識是否能計算出超車距離？

3.3.2" " 教師引導

將問題設置為：公交車和轎車前后以10 m/s同向行駛，制動時加速度為5 m/s2，轎車駕駛員反應時間為1 s，應與其保持多大的距離才能保證公交車緊急停車時后車不會發生追尾事故？若車距L=30 m，公交車車長L1=10 m，轎車車長L2=4.5 m，加速度大小a2=4 m/s2，該路段限速約16 m/s，轎車完成此次超車需要經過多長時間？行駛多長距離？（其加速過程視為勻加速運動，忽略變道過程的影響，轎車超過公交車30 m視為超車完成）除計算出結果外，請預判哪些突發的情況可能會引發交通事故？

3.3.3" " 學生活動

學生通過小組討論、計算得出制動過程可看作先勻速后勻減速直線運動，勻速運動位移為10 m，勻減速過程位移為10 m，轎車與公交車至少要保持20 m距離。若要超車，根據圖4示意圖和所給數據，轎車需相對公交車運動74.5 m，先做勻加速直線運動，速度從10 m/s增加至16 m/s（設限速16 m/s），此過程需要1.5 s，轎車運動19.5 m，兩車運動的相對位移為4.5 m，之后轎車相對公交車以6 m/s勻速運動，需超過公交車70 m完成超車，所需總時間約為13.2 s，轎車行駛的總位移約為206.7 m。但應該注意，行駛中可能會因前車突然變道，行人或動物突然竄出等情況引發事故，需隨時注意觀察路面情況，必要時需減速或放棄超車。

4" " 課后反思

本節課通過創設生活中的真實運動情境，既達成了復習勻變速直線運動知識和規律的教學目標，又將問題生活化、情境化，實現學生科學態度與責任維度的素養提升。教學實施中發現，在解答通行人行橫道的運動情境問題時，大部分學生表現得較為積極投入，也暴露出忽視條件限制，如運動有初速度和最大速度限制等問題。在分析超車問題的情境時，學生存在對情境不熟悉，如超車過程需考慮車長、道路限速以及前后兩車因為運動模型不同而帶來的計算困難等問題，需要教師通過及時設問和組織討論來分解難點。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］教育部考試中心.中國高考評價體系［M］.北京：人民教育出版社，2019.

（欄目編輯" " 李富強）

收稿日期：2023-12-05

作者簡介：龔浩（1985-），男，中學高級教師，主要從事高中物理教學及研究工作。