肖祖祥

摘 要：物理學科核心素養(yǎng)由“物理觀念”、“科學思維”、“實驗探究”、“科學態(tài)度與責任”等四個方面的要素構成，實驗探究不僅是物理學科核心素養(yǎng)之一，在教學中還可以實驗探究為主線，促進學生物理學科核心素養(yǎng)的整合發(fā)展。以高中物理“超重與失重”為例進行教學實踐，展示以促進學生學科核心素養(yǎng)整合發(fā)展為目標的實驗探究課的特點。

關鍵詞：物理學科核心素養(yǎng)；實驗探究；整合發(fā)展；“超重與失重”

1問題提出

物理學科核心素養(yǎng)是學生在接受物理過程中逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內(nèi)化的帶有物理學科特性的品質(zhì)。物理學科核心素養(yǎng)包括“物理觀念”、“科學思維”“實驗探究”、“科學態(tài)度與責任”等四個方面。

在教學設計中要促進物理學科核心素養(yǎng)整合發(fā)展的這一目標，需要根據(jù)對課程目標和實際學情的分析，系統(tǒng)規(guī)劃教學活動的開展過程和關鍵節(jié)點，科學引導學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。在科學教育領域，可以通過圍繞實驗探究中的提出科學問題，形成猜想和假設，設計實驗與制定方案，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結論并做出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的實踐過程，來統(tǒng)籌學生學科核心素養(yǎng)的整合發(fā)展。

2“超重與失重”教學設計案例

以人教版高中物理必修“超重與失重”為例，展示以實驗探究為主線，促進學生學科核心素養(yǎng)整合發(fā)展為目標的教學設計。

2.1提出科學問題

[播放視頻1]教師播放聶海勝和王亞平在太空艙內(nèi)進行高難度動作的視頻：懸空打坐與大力神功。

[提出問題1]太空中的生活非常奇妙，為什么宇航員在太空中可以輕而易舉的完成這些高難度動作？這背后隱藏著怎樣的秘密呢？

[播放視頻2]教師播放游樂場內(nèi)跳樓機的視頻。

[提出問題2]坐過跳樓機的同學會感受到自己身體和座椅之間壓力的變化，為什么會變化呢。在平時的生活當中，哪里還有這樣的感受？

[學生作答]電梯在啟動和停止時；飛機在起飛和降落時。

[播放視頻3]教師播放視頻：電梯中有一臺秤，臺秤上放一重物，電梯從一樓上升到六樓過程中，臺秤的示數(shù)在不斷變化。

[提出問題3]臺秤的示數(shù)表示臺秤所受到的壓力的大小，當電梯靜止時，壓力的大?。ǚQ為視重）與重物的重力（稱為實重）大小相等，但在電梯上升和下降過程中，示數(shù)為什么會在向上加速和向上減速過程中，發(fā)生不同的變化？

[提出科學問題]重力怎樣測量？視重與實重在所有情況都相等嗎？

設計意圖：教師通過三段視頻，第一段王亞平的空中授課能夠很好的激發(fā)學生探索科學問題的學習興趣和愛國熱情，第二段視頻是學生生活中親身體會的經(jīng)歷，體現(xiàn)了從生活走向物理的理念；第三段視頻充分利用了實驗現(xiàn)象讓學生形成了感性認識。三段視頻層層推進，符合學生的認知習慣，學生自然提出重力如何測量，視重與實重之間關系的科學問題。

2.2形成猜想和假設

[學生體驗]學生桌上都有一個砝碼盒，學生將砝碼盒放在手上，猛地向上、向下運動時，體驗砝碼盒對手壓力的變化。

[分享體驗]手感受到的壓力會隨著運動的不同而變大或變小。

[分析現(xiàn)象]通常我們會用臺秤或彈簧測力計來測量物體的重力，但是我們實際測量時，臺秤測得的是重物給其的壓力，彈簧測力計測得的是重物給彈簧秤的拉力，這個壓力和拉力即為視重。在靜止狀態(tài)時，重力和壓力或拉力相等，即視重=實重。實重是指物體實際上所受的重力，是由物體的質(zhì)量和物體所處的位置決定，即G=mg；視重是指物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Α?/p>

[引出概念]在剛剛的視頻3中，當電梯靜止時，視重=實重；當電梯剛剛啟動，向上加速時，臺秤示數(shù)變大，即物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的情況，稱為超重現(xiàn)象；當電梯向上減速時，臺秤示數(shù)變小，即物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的情況，稱為失重現(xiàn)象。

[提出問題]超重與失重狀態(tài)，物體的重力會改變嗎？

[學生回答]重力不會改變，改變的是視重。

[教師追問]視重在什么情況下大于重力，什么情況下小于重力呢？超重與失重與哪些運動參量有關？

[表述猜想]根據(jù)播放的視頻和體驗實驗，引導學生準確表述猜想：①超重與失重與速度方向有關；②超重與失重與加速度方向有關。

設計意圖：從視頻到親身體驗，給學生提供了充分的感性認識，在感性認識的基礎上，抓住問題的實質(zhì)，視重和實重之間的關系，引導學生完成從感性認識到理性分析的轉變。學生在對實際問題展開分析的基礎上，引出超重和失重的概念，在猜想過程中，強調(diào)要基于證據(jù)展開猜想和準確表述的習慣，體現(xiàn)了物理學科核心素養(yǎng)中科學思維應基于經(jīng)驗事實建構概念；基于事實證據(jù)展開推理的特點。

2.3設計實驗與制定方案

[布置任務]教師布置實驗探究設計任務，要求學生分組討論設計實驗驗證：①超重與失重與速度方向有關；②超重與失重與加速度方向這兩個的猜想是否正確，并請小組匯報討論后的實驗方案。

[實驗器材]彈簧秤，鉤碼。

[注意事項]彈簧秤需調(diào)零；彈簧秤拉力不超過彈簧秤的最大量程；稱量鉤碼實際重力時要使鉤碼保持靜止。

[實驗方案1]小組進行分享：為了檢驗超重與失重是與速度方向有關還是與加速度方向有關，我們小組分別進行了四種運動狀態(tài)的實驗：向上加速、向上減速、向下加速、向下減速，在這四個過程中，分別記錄彈簧秤的示數(shù)（即視重）與實重的關系。

[實驗方案2]小組進行分享：我們小組除了研究了上個小組的四種運動狀態(tài)下的視重與實重的關系，即超重與失重的條件外，還研究了勻速上升和勻速下降過程中，彈簧秤的示數(shù)。

[分析實驗方案]全班師生討論兩個方案，實驗方案2的設計更加全面。

設計意圖：在猜想的基礎上，教師提供給學生建議的實驗器具，引導學生以小組為單位設計實驗方案，小組間不同實驗方案的分享和分析，可以激活學生的思維，實現(xiàn)思維的互補，讓學生們學會從更完整角度設計實驗方案，并促進學生實驗方案設計能力和小組合作能力的整體提升。

2.4獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結論并做出解釋

[獲取和處理信息]學生設計實驗表格，對實驗數(shù)據(jù)進行記錄與處理（見表1）。

[分析論證]學生基于實驗過程中獲得的重要證據(jù)，進行分析論證。例如：在速度方向均為豎直向上時，三種運動狀態(tài)，得出的視重和實重的關系均不一樣，超重和失重的結果也不一樣。但是，在加速度方向相同的情況下，例如向上加速和向下減速，加速度方向均為豎直向上時，得出的視重和實重的關系一樣，超重和失重的結果也一樣

[得出結論]學生在分析論證基礎上，得出結論：超重與失重的現(xiàn)象與速度方向無關，與加速度方向有關，上升加速或下降減速時，超重；上升減速或下降加速時，失重。

[教師追問]超重時，視重能不能無限大呢？失重時，視重是否有極限呢？

[分析論證]理論上，超重時，視重是沒有極限的，但在實際生活中，需要考慮到器材的承受能力，因此視重是有極限的；而失重時，視重的最小值就是零。

[引出概念]當物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ榱愕那闆r，稱為完全失重現(xiàn)象。

設計意圖：學生在自主設計實驗方案的基礎上，設計實驗記錄表格，掌握獲取和處理數(shù)據(jù)的方法，并逐步養(yǎng)成基于證據(jù)開展分析論證，從而得出結論的習慣。有效激活了學生的思維，促進了學生對超重、失重、完全失重概念的理解。

2.5理論論證

[教師提問]教師指出上述結論是實驗結果，若想得到一個完備的結論，離不開理論的推導，在研究力和運動的過程中，應該應用什么物理規(guī)律進行分析？

[引導理論論證]教師給出向上加速情況的分析過程，讓學生自行分析向下減速，向下加速和向上減速三種情況。

[得出結論]學生在理論論證基礎上，得出結論：物體產(chǎn)生超重現(xiàn)象的條件是：加速度方向向上；物體產(chǎn)生失重現(xiàn)象的條件是：加速度方向向下，超重或失重現(xiàn)象與速度方向無關，與加速度方向有關。

設計意圖：在實驗分析的基礎上，教師繼續(xù)引導學生展開理論分析，從科學本質(zhì)上展示了在科學發(fā)展過程中實驗和理論論證的同等重要性，也告知了學生在實驗和生活中的任何問題，都應可以用已學的知識去解釋。

2.6對結果進行應用、交流、評估、反思

[課堂小結]教師引導學生對學習過程和結果進行交流，并小結在知識和方法上的收獲。

[評估反思]教師布置兩個任務檢測學生對知識的掌握情況：①一紙帶掛住鉤碼，說明紙帶能夠承受鉤碼的重力，是否能夠應用今天所學知識讓紙帶斷裂；②兩本夾在一起的書，由于靜摩擦力，很難將兩本書拉開，是否能夠應用今天所學知識很容易將兩本書拉開。

設計意圖：教師通過組織學生自己對學生過程和結果進行交流、評估和反思，課堂小結關注了學生在知識和方法上的收獲，并通過兩個實際問題對學生的知識掌握情況進行評估和反思，注重學生物理學科核心素養(yǎng)的提升。

3教學反思

物理學科核心素養(yǎng)是學生在適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必要品格和關鍵能力。實驗探究不僅是科學學習的主要方式，在物理教學中也可以通過圍繞實驗探究，讓學生經(jīng)歷學習過程，形成物理觀念，培養(yǎng)科學思維，學會合作交往，培養(yǎng)科學態(tài)度和責任，關注實際問題，從而促進學生學科核心素養(yǎng)的整合發(fā)展。

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