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基于抛体模型例谈新冠疫情下如何做好个人防护

2021-07-19戴伟东

中学理科园地 2021年1期
关键词:新冠疫情核心素养

戴伟东

摘   要:结合抗击疫情的鲜活教材,学生运用已有知识去发现问题,把问题中某一实际情境转换成解决问题的物理情境,建立相应的物理模型,这是应用物理观念、物理知识思考问题、分析问题的过程。在此基础上形成分析、解决实际问题的能力,同时提高了科学探究能力,对带有新冠病毒的飞沫进行抛体运动分析,阐述了疫情下如何做好个人防护的问题。

关键词:新冠疫情;抛体运动;核心素养

突如其来的新冠疫情,短时间内就席卷了神州大地,我们的生活步调被打乱了,我们的教学工作被迫终止了,教学活动也由线下转到了线上。

加强科学教育、道德教育、生命教育,促使学生涵养家国情怀、坚定理想信念,树立正确的人生观、价值观、世界观,培养担当民族复兴大任的时代新人,是现阶段我们教育工作者首当其冲的主要任务。本文从实际场景入手来培养学生发现、分析和解决问题的能力。

1  挖掘新冠疫情鲜活教材,培养学生发现问题能力

用好抗击疫情的鲜活教材,做好公共卫生知识普及和爱国卫生运动,从而能够帮助学生掌握防护技能,增强防护意识,确保学生身心健康和生命安全。通过物理课程中学生所形成的物理观念和科学思维来分析、解决复学防控疫情中的问题,在教学活动中运用物理知识解决防控问题,能够把鲜活的疫情防控转换成解决问题的物理情境。建立相应的物理模型即把问题中的实际情境转化为解决问题的物理条件,是培养学生应用物理观念思考问题、应用物理知识分析问题的有效途径。学生也在实际情境中进一步增强了实践意识、养成了科学态度、提高了探究能力。

在新冠疫情返校复学的“第一课”上,我尝试应用抗击疫情的活教材,通过学生的亲身经历,结合物理学科知识,坚持向科学要方法、要答案,培养学生应用物理知识分析问题,通过题解分析了新冠疫情下如何做好个人防护,培养学生在实际情境中获得解决实际问题的能力,可谓一举两得,收到意想不到的效果。学生不仅增强了自身防控疫情的公共卫生知识,做好个人防护,从中还学到了应用物理知识分析问题和解决问题的方式方法。

受疫情影响,学校推迟了近三个月时间才复学,在此期间,学校通过“钉钉”平台进行了“停课不停教、停课不停学”线上教学活动,老师在线上教,学生在线上学。高一年级物理学科的主要学习内容为功能关系和抛体运动。受各种软硬件条件、自制力、注意力等因素影响,学生线上学习效果参差不齐。结合贯彻落实当前防控疫情和复学齐抓并进的要求,开学第一课,我把疫情防控和线下抛体运动教学实践做了整合。

抛体运动,特别是平抛运动的规律是高中物理教学的重点之一。抛体运动知识点虽然并不多,但它所涵盖的物理思维方法和物理思想却相当重要。应用抛体运动解决实际问题,在一些物理模型中有重要应用,例如在复合场或电场中研究带电粒子的运动问题等。另外,生产实践中有关抛体运动的应用也很多,因此,学习这部分知识对学生提高分析、解决问题的能力有着重要的现实意义,它能使学生体验到物理知识对生产、生活的重要意义,激发学生学习科学的兴趣。

面对当前新冠疫情的威胁,为什么在人员密集的封闭场所、与他人小于1 m距离时要佩戴口罩?咳嗽、打喷嚏时为何要注意遮挡?为什么要保持社交距离、不聚集?学校倡议的错峰上下学、错峰用餐规定有何实际意义?这些抗疫的活教材跟我们已形成的知识储备都是有关联的,我们可以试着运用已形成的学科知识来分析、解决这些问题。

2  构建问题情境,培养学生分析、解决问题能力

基于以上问题的构造,我在防控疫情和家国情怀教育的基础上结合本学科教学内容创建如下教学过程:

(一)新冠疫情的发生发展及防控

(二)学科知识结构梳理

重点回顾牛顿第二定律、平抛、斜抛运动规律及运动轨迹。

(1)牛顿第二定律的比例式:a∝F/m,表达式:F=ma;

(2)平抛、斜抛运动的规律及轨迹,如表1所示。

3  结合抗击新冠疫情的鲜活教材,创设真实的问题情境

【例题1】在无风的天气里,一质量为0.2 g的飞沫携带着病原微生物冠状病毒在空中竖直下落,由于受到空气阻力,最后以某一恒定的速度下落,这个恒定的速度通常叫收尾速度。

(1) 試求出飞沫达到收尾速度时受到的空气阻力是多大?(g=10 m/s2)

(2)若空气阻力与飞沫的速度成正比,试定性分析飞沫下落过程中加速度和速度如何变化.

【解析】

(1)飞沫达到收尾速度时受到的空气阻力和重力是一对平衡力

∴   Ff=G=mg=2×10-3 N.

(2)飞沫刚开始下落的瞬间,速度为零,因而阻力也为零,加速度为重力加速度g;随着速度的增大,阻力也逐渐增大,合力减小,加速度也减小;当速度增大到某一值时,阻力的大小增大到等于重力,飞沫所受合力也为零,速度将不再增大,飞沫匀速下落。

答案:(1)2×10-3 N

(2)加速度由g逐渐减小直至为零,速度从零增大直至最后不变。

【例题2】据科学家们研究,正常情况下,人每次打喷嚏(如图1),肺部都会像被挤压的矿泉水瓶一样把肺部液体以飞沫喷出,由于体内巨大推力的影响,这些液体的速度可高达10 m/s。

(1)若某飞沫以10 m/s的速度水平飞出,不考虑空气阻力,试求飞沫着地时可达到的水平射程;

(2)若某飞沫以该速度与水平夹37°斜向上飞出,如图2所示,不考虑空气阻力,试求该飞沫在空中做斜抛运动飞行的时间。

(设口腔离地面H=1.7 m, g取10 m/s2)

【解析】(1)

s=v0t=v0=10×≈6.0 m

(2)vy= v0sinθ

t= sinθ

T=2 t

T=1.2 s

可见,在没有空气阻力作用下,打喷嚏时飞沫可飞出6 m远。为了防止打喷嚏时影响到他人的健康,咳嗽、打喷嚏时要注意遮挡,在社交场所要主动戴上口罩,同时,要保持1 m以上的相对安全距离,见图3,这是防控病毒传播的重要措施之一。正确佩戴好口罩,可有效阻隔病毒以飞沫的形式传播,既可保护自己不被他人传染,也是保护他人不被自己传染的有效措施。所以戴口罩是防护的必要手段,同时要减少参加聚集性的活动、尽量不前往人员聚集场所尤其是密闭式场所,要遵守学校错峰上下学、错峰用餐规定,以免造成人员聚集。

4  多体验、多实践是培养学生科学核心素养的有效途径

由生产实践中的活教材到运用已有知识去获取客观的数据,再把问题中的实际情境转化为解决问题的物理条件,创设真实的问题情境,通过所得出的结果再检验自己提出的假设。这样,通过对数据的分析再得出结论,在解决问题中提高了探究能力,增强了实践意识,养成了科学态度。这样的一个探究实践过程,不仅使学生建立和提升了对科学本质的认识,而且提高了科学探究能力,对培养学生的物理核心素养是十分有效的。

把问题中某一鲜活的实际情境转换成解决问题的物理情境,建立相应的物理模型,这是应用物理观念思考问题、应用物理知识分析问题的关键。物理教学中,要大量培养学生去获得在实际情境中解决物理问题的体验,形成把情境与知识相关联的意识,这种意识是通过不断的实践去培养出来的,所以必须要让学生去大量体验实际情境并获取解决物理问题的能力,多实践,实践出真知。本文分析了新冠疫情背景下飞沫的抛体运动模型,就是采用了这种思路,起到了很好的教学效果。

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