“一个创新实验，一串教学问题”
专栏导言
美籍匈牙利数学教育家G·波利亚有过一个著名的比喻：“好问题同某种蘑菇有些相像，它们都是成堆地生长，找到一个以后，你应当在周围再找一找，很可能附近就有好几个。”一个源于生活的创新实验周围，一定有着一串有价值的教学问题。从生活走向物理，从物理走向社会。本专栏凝结全国各地师生教学实践中的智慧，以期对广大一线教师带来实实在在的启发和激励。
（笔者挑选的两位小伙子：左边张健祥同学，右边石泽旭同学）
（安徽省池州一中 詹善生）
（学生实践：球被踢出时未充分旋转的效果）
（学生实践：球被踢出时充分旋转的效果）
如何踢出“香蕉球”？同学们操场见！
香蕉球是怎么踢出来的？又一个有趣的物理问题！笔者正在批阅学生的问题本时，被高一13班刘娜和王野同学的这个问题给吸引住了，决定择机组建探究小组进行相关科学探究。周四下午活动课有空，正是开展活动的好时机！想到就去做。笔者利用课前时间和同学们沟通，立马挑选成员组建成了实验小组，定在周四下午操场见……一晃眼，时辰到了。笔者带着处心积虑做好的准备，前往操场和同学们会面。初步交谈，学生都很畏惧，认为香蕉球一般人可是踢不出来的。学生的担忧有道理，但笔者早有准备，不动声色地从手提包里拿出一个很轻便的瑜伽球，递给学生让他们试着从底线将球踢进球门。同学们先进行了一番操作，没有成功。笔者提议他们试着让球转起来看看能否将它踢入。经过多次的尝试，石泽旭同学率先实现了！在围观同学们的惊叹声中，本次户外现场实验就告一段落，笔者提醒同学们进一步思考这是为什么，并约定后期借助可视化的仿真模拟来一探究竟。次日，利用课间的短暂时间，小组成员刘娜同学和石泽旭同学在笔者的指导下利用工程仿真软件COMSOL MULTIPHYSICS对弧圈球问题进行了建模仿真，获得初步成果。
（刘娜同学和石泽旭同学正在对物理问题进行几何建模）
（两位同学正在调整球的转速观察足球周围空气流速分布）
（球周围的流线）
小组成员发现，在球前进中（上图设置空气向右流动等效为球向左前进）转速较高时，足球周围的速度差异很大。做到这里，小组成员想到了初中物理课本中升力产生的原因了。笔者找来初中课本，截下下面这张图。
（沪粤版初中物理教材截图）
有了初中的知识基础，小组成员立刻能够根据流线疏密判断空气流速，进而判断对应空间位置的气压情况，进而发现图中这个球整体受到了空气对它向下的力的作用，进而引发弧圈运动，实现了漂亮的弧圈球。
为了对流体流速和压强有更精细和清晰的观察，笔者提议对通过球的竖线上一系列空间点处的数据进行抽取，做定量分析。方法如下图所示。
（数据提取的位置）
（数据提取结果）
通过分析图像，也有助于提高同学们的数据解读能力。至此，小组成员感觉甚有收获，兴致盎然。接下来可以再看一个视频，发现这个想象原来是大名鼎鼎的马格努斯效应，在很多领域都有一定的应用！终于，学生的问题对接到了工程应用层面……
（马格努斯效应）
学生翻开他们的物理课本（人教2019版第一章第一节），发现课本也引用了这个例子。如下图所示，这就给了笔者更多的想象的空间，教学相长还在继续……
（2019人教版高中物理必修一课本截图）
学生自主创新实验理念引导我们要着力把饱含学生参与过程的鲜活素材移植到课堂上，为我们的常规教学服务！基于此，笔者对此次探究的内容预设了以下几个问题，权做将来备课素材之预备吧！欢迎大家批评指教。问题一：在研究如何踢出香蕉球时，教练和运动员在交流讨论技术细节中可否把足球看成一个质点？（设计意图：源自课本上的问题，考查学生对质点这个理想物理模型的理解情况。）问题二：如果在底线上要把足球踢入球门，足球在空中飞行时，空气对足球的力应该具有怎样的方向特征？（设计意图：曲线运动条件的考查，也是对学生依据真实情境运用受力分析解决物理问题的能力考查。）问题三：从俯视图看，足球向左飞行过程中同时逆时针自转，其周围的流线如上图所示，请你用初中物理分析你对问题二的理解？（设计意图：知识回扣，利用初中知识再次验证高中利用曲线运动条件进行判断的结果，让学生体会知识的自洽性。）问题四：观看马格努斯效应视频，你对流速和压强的的关系又有了什么新发现新感悟？（设计意图：视频中用了牛顿第三定律对马格努斯效应做了更本质的简单解释，让学生体会到这点比原先的理解更深入，体会知识学习的渐进性。）问题五：试着在打乒乓球时利用该效应拉出漂亮的上旋球或下旋球，请选择二者之一，简略预想一下发球要领。（设计意图：乒乓球中的弧圈球，学生们更容易实现，而且角度更丰富，也容易培养成就感，此问考查学生能否活学活用。）问题六：利用马格努斯效应，用两个塑料纸杯和橡皮筋制作一个纸杯飞行器。到时举行飞行器比赛，看谁的飞得远。（设计意图：这是一个容易上手的体验式制作作业，培养学生的动手能力和创新意识。）近日收获一句好话，是这么说的——教育要面向学生的未来，而不是我们的过去。学生自主创新实验，就是要从学生已有的生活中走来，并面向学生的未来而去。我们则在指引着学生奔向他们未来的道路上，审视着我们自己的过去。这中间，无疑，我们将看到新的风景，收获新的成长……
作者：詹善生
总编：汤金波
