高中物理教材中旁白的功能及應用

張嗣春

(寧波市慈湖中學 浙江 寧波 315031)

高中物理教材中旁白的功能及應用

張嗣春

(寧波市慈湖中學 浙江 寧波 315031)

“旁白”——高中物理教材中的一道靚麗的風景，它不是教材中的主要部分，但不可缺少，它對正文知識或是總結補充，或是提煉和延伸．不同的“旁白”在教材的編排中有著不同的意圖．本文就如何利用“旁白”把學生帶入課堂，探索未知世界；把學生帶出課堂，理論聯(lián)系實際；對學生進行學科素養(yǎng)的熏陶，提高思維品質3個方面進行探討．

旁白 有效利用 思維品質 學科素養(yǎng)

“旁白”通常是針對戲劇、影視作品來說的．通過“旁白”，可以傳遞更豐富的信息，表達特定的情感，啟發(fā)觀眾思考，“旁白”也是畫外音的一種，能讓觀眾更好地了解戲劇、影視的深層次內涵．事實上，能夠起到“旁白”效果的東西不僅存在于戲劇、影視中，在我們的教學環(huán)境中也有類似功能的東西．以高中物理課堂為例來談談如何使用教材中的“旁白”．

人教版高中《物理·必修1》、《物理·必修2》共出現(xiàn)81處“旁白”，他們準確地鑲嵌在每一位學生需要的地方，對教材有一個很好的補充和支撐，蘊含著豐富的物理思想．因此，教師在課堂中要建立用好教材“旁白”的意識，充分挖掘“旁白”功效．

1 讓“旁白”把學生帶入課堂 探索未知世界

課本中有些“旁白”語言簡練精辟，對本節(jié)甚至本章內容起概括總結作用，同時又給學生留下很大的思考空間，吸引著學生去對未知知識的探索．如果教師在課堂上稍加引導就可以作為本節(jié)知識的切入點．

比如在人教版《物理·必修2》第六章第2節(jié)“太陽與行星間的引力”中，給出這樣的“旁白”，“太陽坐在它的星位上，管理著繞它的一切星球”如圖1所示．

圖1 旁白

在上課前有意識讓學生關注了這個“旁白”，然后給學生播放了行星繞太陽公轉的畫面如圖2所示．提出問題：太陽和行星間并沒有直接接觸，哪有如此大的威力成為行星運動的立法者，支配著行星繞著太陽做如此和諧而有規(guī)律的運動呢？

圖2 行星繞太陽公轉的畫面

問題提出之后，把學生按班級的4個角落分成4個小組進行討論，然后要求每小組選出代表到講臺上進行陳述．為了使同學們討論更具有方向性和目的性，用PPT展示了下面4個問題．第一小組思考問題1，以此類推．

問題1：行星在橢圓軌道上運動是否需要力？這個力是什么力提供的？大小跟太陽與行星間的距離有什么關系嗎？

問題2：行星的實際運動是橢圓運動，但我們還不知道求出橢圓運動加速度的運動學公式，我們現(xiàn)在怎么辦？把它簡化為什么運動呢？

問題3：既然把行星繞太陽的運動簡化為圓周運動．那么行星繞太陽的運動可進一步簡化為勻速圓周運動嗎？為什么？

問題4：假設行星繞太陽做勻速圓周運動，根據行星運動數(shù)據(周期、太陽與行星距離)表1，算出各個行星的加速度，觀察一下加速度和距離的數(shù)據，猜測它們之間存在怎樣的關系？

表1 行星運動數(shù)據(周期、太陽與行星距離)

把黑板分成了4塊，讓每小組分別寫上他們的答案．問題1答案：行星在橢圓軌道上運動需要力，這個力可能是太陽與行星之間引力提供的，大小跟太陽與行星間的距離應有關;問題2答案：猜測可以簡化為圓周運動；問題3答案：猜測可以簡化為勻速圓周運動；第四組同學計算出了各個行星的加速度(表2)并猜測加速度和距離之間存在反比關系．

表2 各個行星的加速度

多媒體展示八大行星的軌道數(shù)據如表3所示. 觀察八大行星的軌道半長軸與半短軸的區(qū)別并結合開普勒第二定律的內容得到結論：行星繞太陽的運動可以看作是勻速圓周運動．

表3 八大行星的軌道數(shù)據

總結：行星做曲線運動→必受到力的作用→把行星繞太陽的運動簡化為圓周運動→進一步簡化為勻速圓周運動．

那么，太陽對各個行星的力是否與它們之間的距離成反比呢？下面我們閱讀課本第37和38頁，推導出太陽與行星間的作用力與它們距離間的關系．

就這樣通過課文的“旁白”一步步展開，把學生帶入課堂，探索未知的世界．

2 讓“旁白”把學生帶出課堂 理論聯(lián)系實際

課本中很多“旁白”恰恰能給學生提供走出課堂的機會．例如人教版必修1第89頁，課本在介紹完自由落體之后給出這樣的“旁白”：“實際物體下落時都要受到空氣的阻力，速度越快，阻力越大．但是，如果物體開始下落時的高度不太高，例如幾米、幾十米，它的下落速度不會太大．再有，如果物體的質量不太小、體積不太大，物體所受的重力就會比阻力大得多，這時也可以忽略阻力的作用．” 讀到這里我們不禁要想到底多高就不能用自由落體的運動．這里給學生播放一段“鮑姆加特納 3.9萬米太空跳傘”視頻，并記錄了一組下落20 s后的數(shù)據如表4所示．

表4 人下落的時間和速度

根據上述表格做出速度-時間圖像如圖3所示.

圖3 人下落20 s后速度與時間圖像

再要求學生按自由落體的規(guī)律(g=9.8 m/s2)把人在0～20 s內的圖像補充上去，如圖4中不帶數(shù)據標記的部分所示．

圖4 人下落20 s后速度與時間圖像

從圖像我們可以看出在t=20 s時人的速度的理論與實際值基本吻合．再根據物體做自由落體運動公式：v=gt(g=9.8 m/s2)計算，在物體下落20 s后的速度196 m/s，與實際實驗中的193 m/s基本相符．在0～20 s內人可以看作自由落體運動．但隨著速度越來越大加速度逐漸減小，特別是40 s后速度變化非常緩慢，說明阻力越來越大．通過這一過程的學習，學生對自由落體運動有了新的認識．

3 讓“旁白”對學生進行學科素養(yǎng)的熏陶 提高思維品質

物理學史在物理教學中起重要作用，能更好地培養(yǎng)學生的學習能力和良好習慣；能激勵學生努力學習、培養(yǎng)勇于進取的精神；有助于對學生進行學科素養(yǎng)的熏陶，提高思維品質．必修教材中有12處“旁白”是關于物理學史的介紹．以必修2第39頁介紹萬有引力定律給出的“旁白”為例，“根據牛頓的朋友對他晚年談話的回憶，當牛頓思考月亮繞地球運行的原因時，蘋果偶然落地引起了他的遐想．”課堂上以微課的形式補充了對牛頓的背景介紹、前期的研究以及如何導出萬有引力定律的前前后后．

“牛頓生于1642年，23歲大學畢業(yè)后留在大學研究室工作．就在這年6月鼠疫流行，學校被迫停課，牛頓回到了家鄉(xiāng)沃爾斯索普村．在這里一住就是兩年，這段時間里他一直在梳理著大學學習中碰到的種種謎團，他全身心被物體運動的原因所占據著．在這之前，亞里士多德、哥白尼、開普勒和伽利略等科學家都對天體運動作了研究．甚至，開普勒找到了行星運轉的規(guī)律，伽利略證明了行星的運轉．但是為什么要那樣運轉？對此誰也沒有做出過明確的回答．

為了解開這個謎團，牛頓翻遍了有關天體運動的書籍，卻僅僅找到了在科學上站不住腳的近乎幻想的說法：古希臘人認為有引力存在；哥白尼認為引力是按照神的意志給予物質的各部分的自然屬性；開普勒認為月球被地球所吸著，相反月球也吸著地球上的海水[1]．

天體運動難道真的是引力作用的結果嗎？如果有引力存在，那么引力又是什么呢？牛頓一直在想著這個問題．直到有一天傍晚在后院蘋果園里散步，突然“啪嗒”一聲，樹上一個熟透了的蘋果被風吹落在地上．牛頓的思路一跳：咦！蘋果為什么不往天上掉？難道是地球的引力在吸引著它？ 牛頓進行了聯(lián)想：月球以一定的距離繞地球轉動，就是因為月球總是向地球落的原因？

牛頓豁然開朗：只要證明地球對月球的吸引力確實就是月球繞地球運動所需的向心力，那么天體間有相互吸引力的結論就是正確的了．

其結果是，牛頓的計算證明了引力的存在，他根據月球與地球的距離(r=60R地)、月球公轉的周期(27.3天)和運動學公式

計算出月球繞地球運轉的加速度，再計算出

也就是說引力的減弱同距離的平方成反比．牛頓由此證明了地球吸引蘋果的力和地球使月球圍繞自己轉動的力，以及太陽使行星繞自己轉動的力，都是相同的．就這樣牛頓完成了人類歷史中的第一次理論大綜合，把天上的力和地上的力統(tǒng)一起來，人們稱之為“萬有引力”．

牛頓一生有許多重大成就，但是他卻很謙虛．他說：我不知道世上的人對我怎么評價，我卻這樣認為，我好像是海邊玩耍的孩子，時而拾到幾塊瑩潔的石子，時而拾到幾塊魅力的貝殼并為之歡欣，那浩瀚的真理海洋仍然在我的面前未被發(fā)現(xiàn)．”

通過這樣的學習讓學生深深體會到科學家們的謙虛的態(tài)度，堅強的毅力，科學思維方法．給學生進行一次學科素養(yǎng)的熏陶，提高思維品質．

總之，教材中的“旁白”不僅能讓正文內容更加簡潔、鮮活，而且又承載體驗知識發(fā)展和創(chuàng)造的歷程，有利于提高學生科學素質，值得教師認真揣摩和研究，并加以應用．

1 張滿福.萬有引力與航天的師生對話.杭州：西泠印社，2009

2017-05-16)