基于科學(xué)思維提升的平拋運(yùn)動問題的教學(xué)思路

【摘要】根據(jù)相關(guān)理論，本文結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從情境創(chuàng)設(shè)、實(shí)驗(yàn)探究、數(shù)學(xué)建模、問題解決和反思評價(jià)等方面詳細(xì)論述提升學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)思路，并結(jié)合具體教學(xué)案例進(jìn)行說明，期望對讀者提供參考.

【關(guān)鍵詞】科學(xué)思維；平拋運(yùn)動；高中物理

平拋運(yùn)動是高中物理曲線運(yùn)動中的重要內(nèi)容，它不僅在物理學(xué)的發(fā)展中具有重要地位，而且對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力也具有重要意義.科學(xué)思維是指具有科學(xué)性、邏輯性和創(chuàng)新性的思維方式，包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素[1].在平拋運(yùn)動的教學(xué)中，如何引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維方法，深入理解平拋運(yùn)動的規(guī)律，提高解決實(shí)際問題的能力，是值得深入研究的課題.

1 基于科學(xué)思維提升的教學(xué)思路

1.1 情境創(chuàng)設(shè)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究

通過創(chuàng)設(shè)生動有趣的情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，引導(dǎo)學(xué)生主動思考.例如，可以展示平拋運(yùn)動的實(shí)際現(xiàn)象，如投籃、扔鉛球、跳水等，讓學(xué)生觀察并思考物體的運(yùn)動軌跡和特點(diǎn).實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要手段，通過實(shí)驗(yàn)探究可以讓學(xué)生親身體驗(yàn)平拋運(yùn)動的規(guī)律.例如，可以設(shè)計(jì)平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生測量平拋物體的水平位移和豎直位移，探究水平速度和豎直加速度對運(yùn)動軌跡的影響.

1.2 數(shù)學(xué)建模，解決問題

運(yùn)用數(shù)學(xué)知識建立平拋運(yùn)動的模型，將物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力和數(shù)學(xué)應(yīng)用能力.例如，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用運(yùn)動的合成與分解方法，建立平拋運(yùn)動的數(shù)學(xué)方程，求解物體的位置、速度和加速度等物理量.通過解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理和科學(xué)論證能力[2].例如，給出與平拋運(yùn)動相關(guān)的實(shí)際問題，如平拋物體的射程計(jì)算、碰撞問題等，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行分析和推理，提出解決方案，并進(jìn)行論證和評價(jià).

1.3 反思評價(jià)

引導(dǎo)學(xué)生對學(xué)習(xí)過程和結(jié)果進(jìn)行反思評價(jià)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，發(fā)現(xiàn)問題和不足，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和自我調(diào)節(jié)能力.例如，讓學(xué)生回顧自己在解決平拋運(yùn)動問題中的思路和方法，分析錯(cuò)誤原因，提出改進(jìn)措施.

2 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，構(gòu)建平拋運(yùn)動模型

例1 如圖1，調(diào)皮的小猴子以速度v1從高處水平躍出，母猴見狀立刻（忽略母猴反應(yīng)時(shí)間）豎直向上躍起在空中將小猴子抱住.若小猴子躍起前，兩猴豎直距離為H，水平距離為d，兩猴子均可視為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度為g，空氣阻力不計(jì).求：

（1）母猴從躍起到抱住小猴子所用的時(shí)間t；

（2）母猴剛抱住小猴子時(shí)離地面的距離y；

（3）母猴豎直向上躍起的初速度v2大小.并判斷：若v2<gH，母猴抱住小猴前瞬間速度的方向.

解析 （1）設(shè)母猴從躍起到抱住小猴子所用的時(shí)間t，有t=dv1.

（2）母猴剛抱住小猴子時(shí)小猴子下落的距離h=12gt2=gd22v12，

則離地面的距離y=H－h(huán)=H－gd22v12.

（3）母猴豎直向上躍起的初速度v2，根據(jù)豎直上拋運(yùn)動有y=v2t－12gt2，

解得v2=Hv1d，

設(shè)母猴豎直向上能躍起到高度H的速度為v2′，則有2gH=v2′2，

解得v2′=2gH，

又v2<gH<v2′，

所以母猴抱住小猴前瞬間速度的方向豎直向上.

點(diǎn)評 本例以母猴接小猴的真實(shí)情境為載體，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建平拋運(yùn)動模型，運(yùn)用運(yùn)動的合成與分解的思路，靈活考查了平拋運(yùn)動與豎直上拋運(yùn)動的綜合問題.

3 拓展模型，科學(xué)創(chuàng)新

例2 風(fēng)洞，被稱為飛行器的搖籃，我國的風(fēng)洞技術(shù)世界領(lǐng)先.如圖2所示，在一次實(shí)驗(yàn)中，風(fēng)洞豎直放置且足夠長，質(zhì)量為m的小球從A點(diǎn)以速度v0=10m/s沿直徑水平進(jìn)入風(fēng)洞.小球在風(fēng)洞中運(yùn)動時(shí)受到的風(fēng)力F恒定，方向豎直向上，風(fēng)力大小F可在0～3mg間調(diào)節(jié).小球可視作質(zhì)點(diǎn)，碰壁后不反彈，重力加速度g取10m/s2，風(fēng)洞橫截面直徑L=10m.

（1）當(dāng)F=0時(shí)，求小球撞擊右壁的速度大小和方向；

（2）保持v0不變，調(diào)節(jié)F的大小，求小球撞擊右壁的區(qū)域長度.

解析 （1）當(dāng)F=0時(shí)，小球做平拋運(yùn)動，水平方向有L=v0t1，

解得t1=1s，

豎直分速度為vy1=gt1，

小球撞擊右壁的速度大小v1=v20+v2y1，

令速度與水平方向夾角為θ，

則有v=102m/s，θ=45°.

（2）結(jié)合上述，當(dāng)F=0時(shí)，小球做平拋運(yùn)動，豎直方向的分位移y1=12gt21，

解得y1=5m，

當(dāng)F=3mg時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律有3mg－mg=ma，

小球做類平拋運(yùn)動，則有L=v0t1，y1=12at21，

解得y1=10m，

則小球撞擊右壁的區(qū)域長度L0=y1+y2=15m.

點(diǎn)評 當(dāng)F=0時(shí)，小球做平拋運(yùn)動，屬于平拋運(yùn)動基本模型的運(yùn)用.當(dāng)F=3mg時(shí)，通過分析發(fā)現(xiàn)，小球在豎直方向上受到恒定不變的力，可將處理平拋運(yùn)動的方法進(jìn)行合理遷移，提升學(xué)生的科學(xué)推理能力和質(zhì)疑創(chuàng)新能力.

4 結(jié)語

在未來的教學(xué)中，將進(jìn)一步完善基于科學(xué)思維提升的教學(xué)思路，將其應(yīng)用到更多的物理教學(xué)內(nèi)容中，不斷探索創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力提供更加有力的支持.綜上所述，基于科學(xué)思維提升的平拋運(yùn)動問題的教學(xué)思路能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和科學(xué)思維能力，為學(xué)生的未來發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).在教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法和手段，不斷優(yōu)化教學(xué)過程，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果.

參考文獻(xiàn)：

[1]萬艷玲.基于核心素養(yǎng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法——以“平拋運(yùn)動”為例[J].數(shù)理天地（高中版），2024（02）：82-84.

[2]顧永晉.通過物理模型培養(yǎng)高中生科學(xué)思維——以《平拋運(yùn)動》為例[J].教學(xué)管理與教育研究，2018（12）：77-78.