劉琴 李志邵
七年級(jí)趣味物理拓展課以趣味實(shí)驗(yàn)為主要教學(xué)內(nèi)容,以科學(xué)探究為主要教學(xué)手段,以培養(yǎng)學(xué)生物理探究意識(shí),引導(dǎo)學(xué)生自主探究科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程與方法為主要教學(xué)任務(wù)。遵循常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本環(huán)節(jié)(實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹鷮?shí)驗(yàn)器材→實(shí)驗(yàn)步驟→得出結(jié)論→誤差來(lái)源分析及思考),根據(jù)趣味物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和七年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,我們確定了該課型的基本教學(xué)流程:演示實(shí)驗(yàn)(教師播放演示實(shí)驗(yàn)微視頻或者現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)),確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和目標(biāo)→介紹實(shí)驗(yàn)材料及器材→了解實(shí)驗(yàn)步驟,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案→小組合作動(dòng)手操作→檢驗(yàn)和展示→反思與拓展。針對(duì)深淺不同的實(shí)驗(yàn)課題,教師的課堂處理方式會(huì)有些許差異,但都講求在保護(hù)學(xué)生探究興趣的前提下適度引導(dǎo),重點(diǎn)發(fā)展學(xué)生的自主探究意識(shí)和科學(xué)探究能力。下面我們以浮沉子實(shí)驗(yàn)和共振現(xiàn)象探究?jī)蓚€(gè)課題為例,展開(kāi)該課型操作說(shuō)明。
【課題一】自制浮沉子
課前,教師要準(zhǔn)備好足夠?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)使用的礦泉水瓶、小藥水瓶、注射器和水槽等實(shí)驗(yàn)器材。課堂上,教師一邊演示自制浮沉子的實(shí)驗(yàn)操作一邊提出問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用物理學(xué)科的思維方式去觀察和思考,激發(fā)科學(xué)探究興趣;之后引導(dǎo)學(xué)生自主探究制作浮沉子的方法,并把更多的時(shí)間留給學(xué)生去制作浮沉子并操作實(shí)驗(yàn)過(guò)程,嘗試在實(shí)踐中提煉物理規(guī)律,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任;最后由教師總結(jié)歸納浮沉子的工作原理,引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際進(jìn)行簡(jiǎn)單拓展,發(fā)展物理觀念,培養(yǎng)科學(xué)探究能力。
師:請(qǐng)同學(xué)們觀察老師手里的礦泉水瓶,說(shuō)說(shuō)里面除了水,還有什么?
生:還有一個(gè)小瓶子。
師:沒(méi)錯(cuò),里面的這個(gè)小瓶子特別聽(tīng)老師的話,你們信嗎?老師可是有魔法的喲。(生莫衷一是;師演示實(shí)驗(yàn))我說(shuō)“沉”,你們看,它下沉了;我說(shuō)“浮”,你們看,它又浮上來(lái)了(師通過(guò)擠壓瓶子和松手的動(dòng)作來(lái)控制小瓶子的“浮”與“沉”,“征服”了學(xué)生)為什么它會(huì)遵從老師的指令或浮或沉呢?(生茫然)同學(xué)們注意到老師演示實(shí)驗(yàn)時(shí)手部的動(dòng)作沒(méi)有?(引導(dǎo)學(xué)生聚焦關(guān)鍵操作)
生:小瓶子下沉?xí)r,老師用手?jǐn)D壓了礦泉水瓶;小瓶子上浮時(shí),老師的手又松開(kāi)了。
師:看來(lái),老師的秘密還是被這位同學(xué)的“火眼金睛”發(fā)現(xiàn)了。在物理學(xué)中,像這樣能夠?qū)崿F(xiàn)下沉和上浮的小瓶子,我們把它叫做“浮沉子”。浮沉子的操作方法,已經(jīng)被大家學(xué)到了。接下來(lái),咱們就要學(xué)會(huì)制作它了。同學(xué)們先說(shuō)說(shuō)看,制作這樣一個(gè)浮沉子,會(huì)用到哪些材料和器材呢?(生思考)
生:礦泉水瓶。小藥水瓶。水。
師:還有嗎?(生搖頭)同學(xué)們?cè)僮屑?xì)看看,這小藥水瓶里也有水,這些水是怎么裝進(jìn)去的?(點(diǎn)撥)
生:注射器!
師:非常好!其實(shí),我們還用到了水槽,避免水灑到地面上,保證實(shí)驗(yàn)室干凈整潔。(啟發(fā)學(xué)生通過(guò)觀察教師的演示實(shí)驗(yàn),學(xué)會(huì)完整梳理所需的實(shí)驗(yàn)器材)接下來(lái),我們?nèi)绾沃谱鞲〕磷幽??同學(xué)們能不能根據(jù)老師的樣品,猜猜看可以怎樣制作?(引導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案)
生:將礦泉水瓶裝滿水,小瓶子也裝上水,把小瓶子倒著放進(jìn)礦泉水瓶,然后蓋緊礦泉水瓶蓋就可以了。
師:把小瓶子放進(jìn)去一定能夠上浮或下沉嗎?小瓶子里的水要不要裝滿呢?(聚焦關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié))
生:不一定,好像小瓶子里不用裝滿水……(猜想,并初步假設(shè))
師:那小瓶子里到底要裝多少水呢?這可是制作浮沉子的關(guān)鍵喲。同學(xué)們?cè)倏纯蠢蠋熓掷锏臉悠?,小瓶子在自然狀態(tài)下是浮在上面的,也就是說(shuō),當(dāng)我們把小瓶子放進(jìn)去時(shí),它應(yīng)該能夠像現(xiàn)在這樣浮起來(lái)。而要讓它自然地浮起來(lái),小瓶子里的水量必須要適度。那么,如何把握這個(gè)“度”呢?這需要大家不斷地去嘗試和調(diào)整?,F(xiàn)在時(shí)間就交給你們了,請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位,合力制作一個(gè)浮沉子,然后再分組演示實(shí)驗(yàn)。有需要幫助的小組可以舉手。(點(diǎn)撥實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵卻又不明確告知知識(shí),留出時(shí)間給學(xué)生在制作過(guò)程中去自主探索和發(fā)現(xiàn))
師巡堂觀察學(xué)生制作過(guò)程,根據(jù)需要給予個(gè)別小組輔導(dǎo)。
師:在剛剛的操作中,有哪個(gè)小組是一次成功的?(答“有”者寥寥)我們給一次做成功的小組一些掌聲好嗎?能夠一次做成功非常不容易!多數(shù)小組都經(jīng)歷了幾次失敗,但是,失敗乃成功之母,我們探究新事物、發(fā)現(xiàn)新規(guī)律通常都不是一次就能成功的。你們第一次沒(méi)有做成功的原因在哪,怎么想的?請(qǐng)小組代表來(lái)說(shuō)一說(shuō),其他同學(xué)認(rèn)真傾聽(tīng)。(引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注和思考實(shí)驗(yàn)操作中的不足,學(xué)會(huì)分析問(wèn)題,查找原因)
生:因?yàn)樾∑孔拥乃b多了,所以我們的浮沉子一直浮不起來(lái),于是我們不停地調(diào)整小瓶子中的水量,直到成功。
……
師:看得出來(lái),同學(xué)們都很用心,這個(gè)聽(tīng)話的小瓶子就獎(jiǎng)勵(lì)給你們各組吧。現(xiàn)在同學(xué)們已經(jīng)掌握了制作和使用浮沉子的方法,那能不能猜猜它的工作原理呢?
生:能上又能下,有點(diǎn)像水里的潛水艇。
生:可能是小瓶子在水中受力了,而且這個(gè)力的大小應(yīng)該是變化的。
生:小瓶子應(yīng)該受到了浮力。
師:同學(xué)們都很有想象力,現(xiàn)在老師來(lái)總結(jié)一下。當(dāng)我用手?jǐn)D壓瓶子時(shí),瓶子里的空氣被壓縮,將壓強(qiáng)傳遞給水,水被壓入小瓶子,小瓶子的重力增加。當(dāng)小瓶子的重力大于它受到的水的浮力時(shí),小瓶子就向下沉。當(dāng)老師的手松開(kāi)礦泉水瓶,瓶?jī)?nèi)水面上的空氣體積增大,壓強(qiáng)減小,小瓶子里被壓縮的空氣又把水?dāng)D了出來(lái),此時(shí)小瓶子的重力小于它所受的浮力,因此小瓶子就向上浮。當(dāng)手對(duì)礦泉水瓶施加的壓力不大不小時(shí),小瓶子便懸浮在水中的任意深度。也就是說(shuō),浮沉子的浮與沉,是在外加壓強(qiáng)作用下,靠改變它的重力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。剛才某同學(xué)提到的潛水艇,就可以靈活地下沉和上浮,與浮沉子升降的原理相同。(將物理引向生活,思考“浮沉子”的原理,并進(jìn)行知識(shí)拓展)
對(duì)于“自制浮沉子”這類相對(duì)淺顯的課題,七年級(jí)的學(xué)生是有一定的知識(shí)基礎(chǔ)或生活積累的。在實(shí)施此類課題教學(xué)時(shí),教師不僅應(yīng)把更多的時(shí)間和機(jī)會(huì)留給學(xué)生去自主探究,鍛煉他們動(dòng)手制作和實(shí)驗(yàn)探究的能力,而且要巧妙引導(dǎo)學(xué)生自主思考現(xiàn)象背后的物理學(xué)原理,了解原理的應(yīng)用,知道物理在生活中的用途,延展和提升學(xué)生物理探究的興趣,樹(shù)立基本的物理觀念。
【課題二】共振現(xiàn)象的探究
共振現(xiàn)象對(duì)七年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)還是一個(gè)完全陌生的學(xué)習(xí)領(lǐng)域,為此我們?cè)O(shè)定了兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)內(nèi)容?!皟?nèi)容一”是知道一個(gè)物體振動(dòng)引起另一個(gè)物體振動(dòng)的現(xiàn)象叫做共振;“內(nèi)容二”是探究擺線長(zhǎng)度與振幅的關(guān)系,知道振動(dòng)的物體擺線長(zhǎng)度越接近,共振的幅度越大。因?yàn)閮蓚€(gè)內(nèi)容之間聯(lián)系緊密,我們決定采用分組對(duì)比探究的教學(xué)方式,實(shí)施該課題的教學(xué)。
為了在開(kāi)課之初便讓學(xué)生對(duì)共振現(xiàn)象有個(gè)直觀的認(rèn)識(shí),并引發(fā)學(xué)生的探究興趣,授課教師在課前搜集了大量有關(guān)共振現(xiàn)象的趣味視頻及生活趣事,包括神奇的共振擺和俄羅斯伏爾加格勒市大橋共振視頻等,并由此導(dǎo)入共振現(xiàn)象探究:介紹相關(guān)教學(xué)儀器(包括一個(gè)鐵架臺(tái)、一根鐵棒、兩個(gè)分別綁著紅色和藍(lán)色繩子的鐵球、一把刻度尺等)并進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。因?yàn)閷W(xué)生是零基礎(chǔ),所以教師在演示實(shí)驗(yàn)操作時(shí),須將每一步操作講清楚,不厭其煩地點(diǎn)明需要注意的實(shí)驗(yàn)要領(lǐng)。
師:首先我們將兩個(gè)鐵球綁在鐵棒的兩端,注意這里一定要將繩子綁緊了,不能出現(xiàn)絲毫的松動(dòng);然后將鐵棒固定在鐵架臺(tái)上,鐵架臺(tái)上有一個(gè)螺絲,可以通過(guò)扭動(dòng)螺絲來(lái)固定鐵棒?,F(xiàn)在,我們將綁紅繩的球拉開(kāi)一定的角度,然后松手……大家注意觀察紅繩球此時(shí)在做著什么運(yùn)動(dòng),與此同時(shí),藍(lán)繩球又會(huì)發(fā)生怎樣的變化。(明確觀察的內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自主說(shuō)明主要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)
生:紅繩球在不停地?fù)u來(lái)?yè)u去,搖了一陣之后藍(lán)繩球也開(kāi)始搖來(lái)?yè)u去了。
師:在物理學(xué)中,我們把這種“搖來(lái)?yè)u去”的樣子叫做振動(dòng)。請(qǐng)大家思考一下,紅繩球振動(dòng)是因?yàn)槔蠋煱阉崞饋?lái),拉開(kāi)了一段距離,再放手任由它自由活動(dòng)。藍(lán)繩球我們沒(méi)有動(dòng)它,它為什么也振動(dòng)起來(lái)了呢?(生思考后,個(gè)別提出可能是紅繩球引起的;師明確本課探究的“內(nèi)容一”)這就是我們今天要探究的內(nèi)容——共振。實(shí)際上,藍(lán)繩球的振動(dòng)確實(shí)是由紅繩球的振動(dòng)引起的,在物理學(xué)上,我們把這種現(xiàn)象叫做共振。(PPT展示共振的定義:物體發(fā)生振動(dòng)引起其他物體的振動(dòng),就是共振)在之前同學(xué)們看到的視頻中,那些奇妙酷炫的現(xiàn)象都是我們生活中的共振現(xiàn)象。下面請(qǐng)大家自己動(dòng)手操作,體驗(yàn)一下神奇的共振吧!在實(shí)驗(yàn)之前,老師要將大家分成四個(gè)大組(分組過(guò)程略)。請(qǐng)大家看清楚自己所在大組的實(shí)驗(yàn)操作要求。(課件呈現(xiàn)各組實(shí)驗(yàn)操作要求,見(jiàn)表一)需要提醒大家的是,擺長(zhǎng)就是鐵棒到球中心這根線的長(zhǎng)度,因?yàn)榍虻拇笮∈且粯拥?,所以我們只需測(cè)量鐵棒到球的繩長(zhǎng)就行了(邊解釋概念邊在演示儀器上指明)。請(qǐng)注意,繩子要預(yù)留出一段來(lái)綁在鐵棒上,否則會(huì)因?yàn)槟憬壍臅r(shí)候就用去了一段繩子,繩長(zhǎng)不符合我們的實(shí)驗(yàn)要求。其實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作,最考驗(yàn)?zāi)銈儎?dòng)手能力的地方,就是綁好繩子,滿足我們所設(shè)定的擺長(zhǎng)要求。大家分小組合作,一起討論一下如何操作吧。
表1:各組實(shí)驗(yàn)操作要求
[組別 紅繩球擺長(zhǎng)(cm) 藍(lán)繩球擺長(zhǎng)(cm) 1 15 5 2 15 10 3 15 15 4 15 20 ]
學(xué)生按照老師的安排分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,時(shí)間為20分鐘左右。教師巡堂檢測(cè)學(xué)生的聽(tīng)課效果并相機(jī)指導(dǎo)各組操作,解答學(xué)生疑問(wèn)。像這樣相對(duì)陌生的探究課題,教師一定要給足學(xué)生時(shí)間,讓學(xué)生動(dòng)手體驗(yàn)、思考探究。當(dāng)學(xué)生提出問(wèn)題時(shí),教師可視具體情況給予恰當(dāng)應(yīng)答。
生1:老師,紅繩球和藍(lán)繩球是不是一定要按照你那樣綁,能不能反過(guò)來(lái)?
師:這個(gè)是可以的,并且可以將兩個(gè)球綁得稍微近一些。
生2:老師,繩子上面綁著球,沒(méi)辦法把繩子平放在桌面上測(cè)量,應(yīng)該怎么測(cè)量長(zhǎng)度???
師:當(dāng)我們把繩子拉直了,發(fā)現(xiàn)球的下半部分阻礙了測(cè)量時(shí),我們就該想一想,能不能把球放在一個(gè)特殊的地方,讓下半部分不影響我們的測(cè)量。這個(gè)問(wèn)題,請(qǐng)你們?cè)偎伎家幌潞脝幔浚ㄒ驗(yàn)闊o(wú)關(guān)學(xué)科專業(yè)知識(shí),對(duì)于學(xué)生操作上的變通,師可以點(diǎn)撥思考“特殊”位置,但不宜直接告知“應(yīng)該怎么做”,旨在培育學(xué)生的自主探究意識(shí)和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力)
生3:也許可以把它懸空放,然后就可以把繩子緊貼桌面來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度了。
師:這個(gè)方法很聰明,值得一試。(鼓勵(lì)猜想,但對(duì)結(jié)論不置可否,由著學(xué)生去實(shí)驗(yàn))
學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究完成后,教師對(duì)各組學(xué)生在探究過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行點(diǎn)評(píng)指導(dǎo),包括測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)才發(fā)現(xiàn)沒(méi)有預(yù)留足夠綁球的繩長(zhǎng)、測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)沒(méi)有將線拉直、繩子沒(méi)有綁緊鐵球?qū)е妈F球擺動(dòng)時(shí)脫落等。任由問(wèn)題發(fā)生,旨在用事實(shí)提醒學(xué)生,今后在聽(tīng)課時(shí)一定要注意聽(tīng)清老師有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作的要求和注意事項(xiàng),培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。之后,教師從各大組中分別選取了一個(gè)較為理想的操作模型,按組別順序一一擺放在講臺(tái)上,并請(qǐng)四名學(xué)生上講臺(tái)協(xié)助教學(xué)。由于在分組時(shí)有意將共振的擺長(zhǎng)做了區(qū)分,接下來(lái)便可以以理想的操作模型為例,來(lái)組織學(xué)生探究擺長(zhǎng)與振幅的關(guān)系了,而“關(guān)于振動(dòng)的擺線長(zhǎng)度越接近,共振的幅度越大”這個(gè)知識(shí)點(diǎn),學(xué)生可以通過(guò)觀察自行總結(jié)得出。
師:請(qǐng)4名同學(xué)將這4個(gè)紅繩球統(tǒng)一拿到相同的高度,然后聽(tīng)我的口令一起釋放。其他同學(xué)注意觀察4個(gè)紅繩球的振動(dòng)和4個(gè)藍(lán)繩球的振動(dòng)各有怎樣的特點(diǎn)。下面聽(tīng)口令,一,二,放!
生:4個(gè)紅繩球的振動(dòng)基本相同,而4個(gè)藍(lán)繩球的振動(dòng)不同。
師:很好,注意到了不同點(diǎn)。下面請(qǐng)大家注意觀察(4名學(xué)生再次演示),4個(gè)藍(lán)繩球振動(dòng)的幅度,從大到小,分別怎樣?
生:第三組藍(lán)繩球振動(dòng)的幅度最大,第二組的較大,第一和第四組的差不多。
師:大家的觀察還是很細(xì)致的??墒牵瑸槭裁磿?huì)出現(xiàn)這樣的情況呢?這幾組藍(lán)繩球振動(dòng)的幅度為什么會(huì)不一樣呢?(啟發(fā)總結(jié)提煉)
生:4個(gè)藍(lán)繩球的擺長(zhǎng)不一樣。
師:有沒(méi)有同學(xué)能夠總結(jié)一下“擺長(zhǎng)和振動(dòng)幅度的關(guān)系”?提醒一下,注意關(guān)注藍(lán)繩球擺長(zhǎng)和紅繩球擺長(zhǎng)的關(guān)系。可以先小組討論,再派代表來(lái)匯報(bào)。
生:我們小組發(fā)現(xiàn),藍(lán)繩球的擺長(zhǎng)和紅繩球的擺長(zhǎng)越接近,藍(lán)繩球的振動(dòng)幅度就越大。
師:非常棒!這就是我們今天要探究的第二個(gè)內(nèi)容——振動(dòng)的擺線長(zhǎng)度越接近,共振的幅度越大。(PPT呈現(xiàn)該結(jié)論)在今天的探究實(shí)驗(yàn)中,我們不僅學(xué)會(huì)了自己制作研究共振現(xiàn)象的儀器,還通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了共振現(xiàn)象的規(guī)律。希望大家能夠記住今天在探究過(guò)程中采用的方法、探究操作的過(guò)程以及學(xué)到的內(nèi)容,以后再遇到生活中的共振現(xiàn)象的時(shí)候,就能夠運(yùn)用今天學(xué)到的知識(shí)為別人解釋共振現(xiàn)象的科學(xué)道理了。
像“共振現(xiàn)象探究”這一類教學(xué)內(nèi)容,學(xué)生普遍缺乏相應(yīng)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ),理解起來(lái)有較大難度,為了降低難度、加快進(jìn)度,增加課程的趣味性,教師在授課時(shí)需要多想些辦法,比如本課采用分組實(shí)驗(yàn)探究的方式,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分組探究、分類體驗(yàn)來(lái)總結(jié)歸納相關(guān)物理規(guī)律,不僅體現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的分工合作思想,而且能夠保證教學(xué)效果、提高教學(xué)效益。對(duì)于此類難度較大的拓展課題,要特別重視學(xué)生的動(dòng)手體驗(yàn)過(guò)程,同時(shí)要求教師在必要時(shí)給予相關(guān)知識(shí)講授,把握好課程教與學(xué)的度,著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神,引導(dǎo)提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。
綜觀以上兩個(gè)課題實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn),針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,我們會(huì)設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)探究方式,但都強(qiáng)調(diào)教師的必要引導(dǎo),確保啟發(fā)引導(dǎo)細(xì)致、具體,便于學(xué)生抓取關(guān)鍵信息,知道該如何去完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程,真切體會(huì)到科學(xué)探究的趣味所在。通過(guò)后期跟蹤觀察我們發(fā)現(xiàn),凡是參加過(guò)趣味物理拓展課學(xué)習(xí)的學(xué)生,進(jìn)入八年級(jí)后,普遍能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的物理學(xué)習(xí)興趣和較強(qiáng)的邏輯思維能力,能夠按照科學(xué)探究的方法來(lái)解決生活中的物理問(wèn)題,并有較為出色的學(xué)科成績(jī)。需要注意的是,趣味物理以趣為主,切忌選擇后面課本中將要出現(xiàn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)給學(xué)生“預(yù)演”,導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)入八年級(jí)后因缺乏對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的新鮮感而失去學(xué)習(xí)興趣。另外,趣味物理拓展課的教學(xué)形式還可以更豐富一些,比如一些特殊的實(shí)驗(yàn)(如降落傘實(shí)驗(yàn))活動(dòng)地點(diǎn)可以不局限于實(shí)驗(yàn)室,分組實(shí)驗(yàn)的方式還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的特點(diǎn)設(shè)計(jì)得更為靈活。
(責(zé)編 白聰敏)