10对《离心类》科学玩具课程化的研究.doc

对“离心类科学玩具”课程化的研究 ——科学玩具的物理教育功能的研究与开发系列七 浙江省义乌中学 季 倬（322000） 图一 目前流行的玩具，有不少涉及物理力学中曲线运动离心力的知识，大型游乐器械如迪斯科转盘、旋转飞椅、过山车，传统玩具如莲花盛开（如图一）、小鸡出壳，电动玩具如跳跳球、击发式陀螺，还有集健身和娱乐于一体的呼啦圈等等，这些玩具为中学物理圆周运动规律的教学提供了丰富了教学素材，也为提高学生学习兴趣、提升学生科学素养与技术素养提供了良好载体。 图二 大型游乐器械迪斯科转盘又名大家颤，太空迪斯科，如图二，迪斯科转盘是陀螺类高速回转大型游乐设备，能翻滚、转动，做十多种运动。圆盘运行时如大海波涛颠簸起伏，又如太空飞碟，时快时慢，变化无穷。体验者在大圆盘上的沙发上围坐成一周，伴随富有节奏感的音乐，身体随着圆盘运动，在强离心力作用下，高速旋转翻飞，仿佛被推入超越时空的天体，翻江倒海、天旋地转，惊心动魄的刺激，风驰电掣的快感，令人回味无穷。 图三 呼啦圈又称健身圈，如图三。20世纪50年代开始流行于欧美、澳日等国，由于其轻便美观，练习活动占地不大，很快成为一项老少皆宜的健身娱乐项目。呼拉圈由塑料或 HYPERLINK /view/45797.htm \t _blank 橡胶制成，其规格、重量没有严格的规定，练习者可根据自己的需要选择，练习者通过四肢或身体其他部位绕环运动，使呼拉圈绕身体旋转。呼啦圈绕身体某一部位旋转的时间越长，或一人同时旋转的呼啦圈的数量越多，则表明其水平越高。熟练者能获得腰腹肌肉、臀部肌肉、腿部肌肉较好的运动与发展，能有效提高人体腰、髋、膝关节的灵活性、柔韧性。 电池 马达 开关 中心轴 传动齿轮 图四 跳跳球，如图四。它的左右半球是由塑料制成的薄壳球体，球体表面有按一定规律分布的弹性橡胶支脚，内有靠电池驱动的马达和固定的中心轴，马达转动通过齿轮的带动，通过力的相互作用使马达本身携同整个内部零件绕着中心轴做圆周运动。马达安装在离中心轴最远的地方，其圆周运动产生离心力，配合球体上的弹性支脚，可产生旋转、抖动、跳跃和爬行等不规则运动，玩具造型新奇可爱，声光刺激集于一身，运动形态随机变化，如同一个有生命的精灵，让小朋友喜爱不已。 对于这一类玩具的物理教育功能的研究，我们从以下四个方面入手。 一、激发学习兴趣，优化教学设计。 许多玩具是由物理原理设计而成的，能呈现物理现象，显现物理规律，其鲜艳的色彩、神奇的现象、巧妙的设计、精美的外观能牢牢抓住学生的目光，活跃了课堂的气氛，能够起到实验仪器所不能替代作用，使学生在好奇中愉快地学习物理。 例如在《离心运动》的教学中，为引入课题我在讲台上展示了最近两年才出现的新玩具跳跳球，其怪异而讨喜的动作立马激发了所有学生的好奇心。我再让几位同学将跳跳球握在手中，感受球内有一种左右或上下冲击的力量，适时引导学生猜测其中原因，一起拆开玩具一探究竟，顺利引入离心运动的课题。 图六 图五 又如在学习《圆周运动实例分析》一节，我是这样引入课题的：将事先准备好的透明直筒杯子倒扣在桌面上，内有一乒乓球，要求学生不翻转杯子，不用任何其它工具，不用手直接接触乒乓球，而将乒乓球提起来。不少学生都想到利用乒乓球在杯子内壁做圆周运动的方法，如图五，不禁跃跃欲试，课堂气氛因此活跃起来，整堂课也由此展开。 我们还可以通过事先录制的，有关迪斯科转盘、过山车、旋转飞椅（如图六）等大型游乐项目的视频，或者让学生讲述亲历的过程与感受，来激发学生学习的兴趣，并以此引导学生去发现问题、解决问题。 二、再现物理情景，开发演示实验。 图七 有一些玩具其本身就是一件很好的实验教具，可以直接引入课堂；有一些玩具可以稍作改造，或者重新组合，就可以成为一件很有价值的实验器材；还有一些玩具本身并不适合课堂教学，但却可以启发我们根据它的设计原理和思路，设计新颖的实验。 图八 如图七所示的玩具车，摁在桌面上往后一推，放手后可以往前运动好几米。这种玩具小车本身如果直接用于物理课堂，意义不大。为了利用玩具小车再现汽车转弯过程由于离心力作用翻车的情景，我们对其进行了简单的改造。我们将小车的前轮扭转一定的角度并固定，这样，只要小车启动就必定做曲线运动，结果小车在放手后速度达到一定大小后，就翻到了，现象非常明显，操作简单成功率也很高。我们还取来几辆相同的玩具小车，将它们的前轮扭转不同的角度进行对比，很好地说明转弯越急，即运动半径越小，越容易做离心运动而翻车。 图九 又如上文介绍的旋转飞椅，这种大型游乐器械不可能直接搬进课堂作为实验器材，但是我们可以利用它设计的思路，将一块圆形木板通过一支柱，水平固定在机械转盘上，在圆板边缘悬挂一小球，如图八，可以形象模拟旋转飞椅的受力情况。我们还可以在圆板上离圆心不同距离处，悬挂几个小球进行对比，生动说明旋转