高中物理校本課程開發(fā)的案例分析

徐仁杰

帆船是靠風(fēng)帆借助風(fēng)力前進(jìn)的，運(yùn)動(dòng)會(huì)的帆船比賽中，在繞標(biāo)航行時(shí)會(huì)經(jīng)過逆風(fēng)行駛階段.根據(jù)我們通常的理解，在逆風(fēng)行駛過程中帆船受到的應(yīng)該是阻力，然而我們卻可以觀察到帆船在逆風(fēng)時(shí)也在前行.

設(shè)計(jì)目的：帆船運(yùn)動(dòng)是大家經(jīng)常能夠在電視上看到的體育運(yùn)動(dòng)，但學(xué)生對帆船運(yùn)動(dòng)動(dòng)力的理解一般都停留在“風(fēng)的推力作用”這一水平，很難發(fā)現(xiàn)帆船動(dòng)力的根本原因.而靠風(fēng)力逆向行船看上去不可理解，甚至感覺不可能，這一點(diǎn)很容易激起學(xué)生的興趣.另外，我們很容易找到制作帆船模型的材料，用模型模擬是科學(xué)研究中常用的方法，可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦和善于觀察分析的能力.

第一課時(shí)：在探究開始前先播放了運(yùn)動(dòng)員在奧運(yùn)會(huì)帆板比賽中的視頻，提出“逆風(fēng)”可以行船的問題.

為了讓學(xué)生對帆船運(yùn)動(dòng)有更具體的認(rèn)識(shí)，教師為每個(gè)探究小組準(zhǔn)備了如下的實(shí)驗(yàn)器材：小車模型、桅桿模型、硬紙板、膠水、電風(fēng)扇、鉛筆、直尺、三角板.這里用小車代替船，操作起來會(huì)更加方便.利用電風(fēng)扇模擬海洋風(fēng).

根據(jù)帆船的基本結(jié)構(gòu)，各小組制作自己的“帆車”模型.實(shí)驗(yàn)過程非常有趣，大家都非常積極地投入到探究的過程中.

二十分鐘后，大家討論交流，取得成果的小組表現(xiàn)得非常積極.A小組認(rèn)為，完全的“逆風(fēng)”前行應(yīng)該是不可行的，當(dāng)“逆風(fēng)”是側(cè)向風(fēng)是可以實(shí)現(xiàn)逆風(fēng)行船，該小組給出側(cè)風(fēng)行船的圖1所示.

教師對該組的成果展示給予肯定，但其原理不易理解.可以通過直尺、三角板和鉛筆給出了更加簡化的模型進(jìn)行講解（如圖2）.

1.將直尺和三角板放在光滑的水平桌面上，使三角板較長的一條直角邊AB與直尺的一邊緊靠在一起.

2.用手按住直尺，使它固定不動(dòng)，用一支鉛筆沿圖所示方向推三角板的斜邊AC.觀察三角板的移動(dòng)方向.（沿從A指向B的方向移動(dòng)）

分析：在逆推力而行的模擬實(shí)驗(yàn)中，由于三角板與鉛筆之間的接觸面是光滑的（與風(fēng)和帆的接觸相似），所以無論鉛筆從水平面內(nèi)的哪個(gè)方向推三角板，其作用力N的方向始終是垂直AC的，對三角板產(chǎn)生斜向右下方向的正壓力.

這個(gè)壓力可以分解為兩個(gè)分力N1和N2， N2的效果是使三角板與直尺相互擠壓，于是直尺對三角板的AB邊會(huì)產(chǎn)生一個(gè)推力P，與N2抵消.N1的效果是推著三角板沿AB方向移動(dòng)，所以三角板就能逆推力而行了.

實(shí)際上，在帆船運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，帆是像機(jī)翼一樣的弧形曲面.這樣設(shè)計(jì)的原因可以作為新的探究的課題，讓學(xué)生課后去圖書館查閱資料解決.

第二課時(shí)：學(xué)生通過查閱資料得到了更加全面的知識(shí).以下是某個(gè)小組的分析.

該小組發(fā)現(xiàn)風(fēng)的是以兩種方式作用于帆的，一種是我們上節(jié)課討論的推力，即通常稱為“動(dòng)壓力”，另一種是 “伯努利效應(yīng)”.第二種方式才是帆船動(dòng)力的最大來源.

由伯努利原理可知在流速越大的地方壓強(qiáng)越小.這樣，在氣體流速較小的地方會(huì)對相對流速較大的地方產(chǎn)生側(cè)向的壓力，這個(gè)力稱為靜壓力.帆所受的靜壓力主要因?yàn)榉哂邢駲C(jī)翼一樣的弧形，當(dāng)氣流通過帆或者機(jī)翼兩側(cè)時(shí)，一側(cè)的氣流需要走更長的距離與另一側(cè)匯合，所以兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生不同的流速，流速快的地方比流速慢的地方壓強(qiáng)小，正是這種壓強(qiáng)差給帆船提供了前進(jìn)的動(dòng)力.

在弄明白帆船逆風(fēng)行船的真正原因之后，大家拿出第一節(jié)課制作的帆車模型，將平面帆改成曲面帆，再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn).當(dāng)然，結(jié)果與小組的分析是一致的.

由此可見，實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行物理科學(xué)探究的有效手段，本文在探究逆風(fēng)行船的奧秘中以“動(dòng)手、探究”為宗旨，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)了生活中的物理知識(shí)，感悟到了人生的哲理.總之，物理的學(xué)習(xí)就要尊重科學(xué)、掌握規(guī)律，這樣才能在“逆風(fēng)”中取得意想不到的成績.