朱玉江

(海碼課堂 北京 100088)

(收稿日期：2018-01-19)

本文緣起于筆者聽的一節(jié)關于“超重和失重”的公開課，基于課堂對學生的觀察以及課后與教師的討論，對傳統(tǒng)超失重的教學產(chǎn)生“意猶未盡”之感，于是結合“素養(yǎng)教學”這一新的教育理念，談談對“超重和失重”教學方法的個人觀點和改進建議．

超重和失重是生活中常見的現(xiàn)象，通過超重和失重的教學，可以加深同學們對牛頓運動定律的理解，提升動力學分析的水平，培養(yǎng)用物理知識解決現(xiàn)實問題的能力．

一般的教學思路如圖1所示.

圖1 一般教學思路

其中厘清“視重”和“實重”的概念是解釋“超失重”現(xiàn)象的前提， 然而一般在教學中，我們急于給學生“視重”和“實重”的概念，對概念的形成沒有進一步闡釋，導致學生難以突破“體重計測體重”這一感性認識的“藩籬”，其實“視重”和“實重”是有著具體問題情境的，那就是“體重計到底測的是什么力？”通過觀點、討論和探究可以讓學生形成“體重計測量的是物體對它的壓力”這一正確的物理觀點，然而“壓力有時候等于重力”這是由于相互作用以及二力平衡得到的結果，這時候我們可以進一步提出“A是B”與“A等于B”在科學思維中是兩個不同的含義．于是在這個教學環(huán)節(jié)我們的收獲是一個新的“物理觀點”以及支持這個觀點的“科學思維”．從而讓學生擺脫“感性藩籬”進入到分析和思辨的“物理狀態(tài)”，為接下來規(guī)律探究打下有效的情景認知基礎．

在“探究超失重的運動學特點”這個環(huán)節(jié)，常用的教學活動是讓學生在體重計上做蹲起，或者事先讓學生在電梯中觀察體重計的變化，還有用彈簧測力計上拉重物觀察測力計示數(shù)的變化；也有做的精細點的，用力傳感器上拉重物，電腦上采集出拉力和時間的圖像，分析圖像得到規(guī)律，等等．然而這些實驗素材都有一個缺憾，就是所展現(xiàn)的均是復雜的多過程運動，給學生的分析添加了不必要的負擔．而我們大都選用這些素材也許是陷入了一種“就事論事”的怪圈——生活中的超失重是什么我們就選什么素材，然而物理是源于生活又高于生活的一門科學，我們有必要的對實驗素材進行提煉和加工，降低分析的難度讓更多的學生能夠拾階而上．

基于以上兩點的討論，我們可以把超重和失重的教學分為兩個大的教學環(huán)節(jié)．

圖2 環(huán)節(jié)一

在環(huán)節(jié)一中，先提出“體重計到底測的是什么力？”課堂進入討論和探究，在最后實證階段，教師可以把平板體重計貼著墻豎直放置，用手給體重計壓力，觀察讀數(shù)隨壓力變化的現(xiàn)象，從而論證“體重計測量的是物體對其壓力”，順勢拋出“彈簧測力計測的是什么力”，綜合體重計和彈簧測力計的測量本質，總結得出“測量儀器測物體重力時顯示的讀數(shù)(視重)其本質是測量儀器受到的壓力或拉力”與物體的“實際重力”是不一樣的兩個力．輔以受力分析形象展示，再進一步說明，當物體處于平衡狀態(tài)時，“視重”的反作用力與重力是一對平衡力，此時“視重”與“實重”等大，這就是測體重時需要我們站定不動的原因．如果我們在體重計上蹲起，或者用彈簧測力計上拉物體的過程中，會發(fā)現(xiàn)“視重”和“實重”不等的現(xiàn)象，如果把“重物”換成“人”，測量儀器換成“電梯地板、汽車座、秋千座”我們在某些情況下會有感覺到自己變沉或變輕，回歸到生活體驗，引出“超重和失重”的定義．

在這一環(huán)節(jié)的設計中，先提出“測的是什么”這一物理原始問題，通過課堂活動支持學生從論證探究的過程中突破模糊的前認知，由“體重計測重力”發(fā)展到“體重計測壓力”，從而使學生的思維從特殊發(fā)展到了一般，從粗糙上升到了精致，從感性進入到了理性．

圖3 環(huán)節(jié)二

在第二個教學環(huán)節(jié)中，重點是設計實驗探究超失重的運動學特點，所述的環(huán)節(jié)設計，增加了一個運動狀態(tài)的分類，運動狀態(tài)的分類有兩個教學功能：

(1)強化運動過程的區(qū)分與認識，為接下來復雜過程的分析打下基礎；

(2)運動的分類為實驗探究提供情景支撐，在往常的超重和失重的課堂中，學生的探究實驗往往是一個復雜的運動過程，而把運動進行分類給實驗探究解構出多個情景維度降低了實驗觀察的難度．

在實際教學中，可以通過以下的裝置設計實現(xiàn)各種勻速與勻變速的運動情景，如圖4所示．

圖4

圖4(a)所示的勻速運動裝置，是通過傳送帶勻速帶動木塊實現(xiàn)重物鉤碼的勻速向上或向下運動．

圖4(b)所示的向下勻變速裝置，是通過改變接觸面的粗糙程度進而改變系統(tǒng)的運動阻力，實現(xiàn)重物鉤碼先勻加速后勻減速向下運動．

圖4(c)所示的向上勻變速裝置，原理同(2)．

在具體實驗操作中也可以通過增加木塊的配重實現(xiàn)勻加速到勻減速的運動變化，若有條件把彈簧測力計改成力學傳感器效果更佳．

以上所述的實驗設計，把生活中超失重相關的復雜運動解構成幾個運動模型，在每一個模型中設計足夠的觀察空間，方便實驗信息的搜集，再結合配套的實驗表格，分析總結得出“超失重情況下物體的運動學特點”．當然在具體教學中不一定所有運動狀態(tài)都要探究，可以依據(jù)學情，適當擇選，探究的同時思考“為什么會這樣？”，從而引導出超失重的“牛頓第二定律解釋”，使教學以情至理、情理交融．這時候再讓學生分析體重計上蹲起時的示數(shù)變化，或者乘電梯的超失重感受，基于前期受力和運動分析的準備，兼之實驗探究的收獲，在表述上應該會有很大改觀．

至此“超重和失重”的教學從“現(xiàn)象”到“探究”再到“解釋”，完成了一個完整的學習的閉環(huán)．

初中、高中、大學不同學段，物理的學習主題沒有太大變化，但是物理學習的視角卻逐漸由表象到規(guī)律，由整體到細節(jié)，由傳統(tǒng)到前沿.學習深入的同時，新的觀點也在不斷形成，于是我們可以說物理學習的過程就是建立物理觀點的過程.在傳統(tǒng)的教學模式下，物理課堂急于給出觀點，更多精力落在做題，通過做題反過來強化對觀點的認識.在這種本末倒置的學習方式使學習過程毫無樂趣可言，更存在一大堆問題.就像一些學者提出的：“重結論，輕過程”、“重定量計算，輕定性分析”、“重理論，輕實驗”“重邏輯思路，輕形象思維”、“重學科知識，輕聯(lián)系實際”，產(chǎn)生這些問題的根本原因就是“物理觀點”的形成過程缺乏有效的探究活動．學習沒有第一時間“解惑”，而能歷經(jīng)書山題海之后“豁然開朗”的畢竟只是少數(shù)，更多學生成為了物理課堂的“局外人”．

“傳道”源于“授業(yè)”，“授業(yè)”始于“解惑”，探究式教學就是開啟了物理學習的解惑之旅，通過創(chuàng)設“問題情境”，使學生有“迷”有“思”，在教師的引導下，進行問題的探究，進而使學生破迷開悟，這樣學生參與了觀點的形成，教師支持了觀點的形成．學生在問題探究中汲取了成長的養(yǎng)分，可以說探究式教學使物理學科更接近物理科學．