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        指向關(guān)鍵能力培養(yǎng)的物理綜合實(shí)踐活動的開發(fā)

        2020-01-07 14:02:10陳峰李梅
        物理教學(xué)探討 2020年12期
        關(guān)鍵詞:關(guān)鍵能力

        陳峰 李梅

        摘? ?要:文章從初中物理綜合實(shí)踐活動的開發(fā)為出發(fā)點(diǎn),以“制作簡易動力跑車”的實(shí)踐為例,簡述物理綜合實(shí)踐活動開展過程,以此培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。

        關(guān)鍵詞:物理綜合實(shí)踐活動;動力跑車;關(guān)鍵能力

        中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ? 文章編號:1003-6148(2020)12-0066-3

        物理綜合實(shí)踐活動是蘇科版初中物理教材的一個重要特色,是以物理知識為基礎(chǔ),以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)及其關(guān)鍵能力為目標(biāo),采用實(shí)驗(yàn)探究、設(shè)計(jì)制作、調(diào)查研究等方式而開展的教學(xué)活動。教材第十二章的標(biāo)題是《機(jī)械能和內(nèi)能》,此部分內(nèi)容以現(xiàn)代交通工具——汽車為載體來引入,先后介紹了機(jī)械能、內(nèi)能及其相互轉(zhuǎn)化,讓學(xué)生了解能的形式是多樣的,而且每種形式的能量并不是孤立的,而是可以相互轉(zhuǎn)化的,在能量的轉(zhuǎn)化過程中,一般都對應(yīng)著做功的過程。本文以這一知識為出發(fā)點(diǎn),開發(fā)了如下的綜合實(shí)踐活動——制作簡易動力跑車,以此培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。

        1? ? 引? 入

        以影片《飛馳人生》中,張弛團(tuán)隊(duì)打造跑車的精彩畫面及比賽視頻為引入,學(xué)生被視頻中炫酷的跑車深深地吸引著。接著引出根據(jù)第十二章所學(xué)的知識,利用身邊常見器材,設(shè)計(jì)并制作一款屬于自己的動力跑車。

        2? ? 展示交流

        全班共分為六個組,每組認(rèn)領(lǐng)任務(wù),制作動力跑車,并進(jìn)行展示交流。展示的時候重點(diǎn)介紹跑車的核心零件,以及運(yùn)動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況。第一小組——重力跑車:細(xì)線一端系住重物,另一端通過定滑輪固定在輪軸上,釋放前,滾動車輪,將重物提高,增加重物的重力勢能,釋放重物,重物下落,帶動小車向前運(yùn)動,重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。第二小組——回力齒輪箱跑車:核心部件是回力齒輪箱,當(dāng)后輪向后轉(zhuǎn)動時,齒輪箱中的發(fā)條旋緊,發(fā)條的彈性勢能增加,釋放后,發(fā)條的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。第三小組——慣性齒輪箱小車:核心部件慣性齒輪箱內(nèi)部有一個質(zhì)量較大的飛輪,當(dāng)向前或向后對小車做功時,飛輪快速轉(zhuǎn)動,儲存較大的轉(zhuǎn)動動能,松手后,飛輪的動能轉(zhuǎn)化為小車的動能,小車?yán)^續(xù)向前運(yùn)動。第四小組——拉線回力跑車:拉動細(xì)線,發(fā)條旋緊,發(fā)條的彈性勢能增大,松手后,發(fā)條的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。第五小組——混合動力小車:可將橡皮筋的彈性勢能和重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。第六小組——橡皮筋回力跑車:可將橡皮筋的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。

        3? ? 拓展研究

        六個小組的跑車都能實(shí)現(xiàn)自動前進(jìn)。其能量轉(zhuǎn)化情況分為三類:重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能,動能轉(zhuǎn)化為動能,都是機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化。在這一階段,教師提出問題:視頻中的跑車在運(yùn)動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況如何?

        生:內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

        師:那我們能否利用生活中常見的器材制作一款內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的跑車?

        生1:可以利用蒸汽對外做功,將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。比如,在一個試管中加些水,用塞子塞住,固定在小車上,點(diǎn)燃酒精,對試管中的水進(jìn)行加熱,試管內(nèi)氣壓增大,當(dāng)試管內(nèi)的氣壓增大到一定程度時,試管內(nèi)的氣體對塞子做功,同時獲得一個反作用力,小車向前運(yùn)動。

        師:不錯,老師之前也有這樣的想法,并制作了一款這樣的跑車,大家請看(演示,如圖1所示)。

        師:大家評價一下這輛跑車的性能如何?

        生2:能實(shí)現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,但是瓶內(nèi)高溫高壓的氣體存在安全隱患,并且運(yùn)動距離不遠(yuǎn)。我覺得可以用一個密閉的容器,比如將一個大的飲料瓶安裝在小車上,在瓶蓋上安裝一個自行車內(nèi)胎上的氣嘴。用打氣筒向瓶內(nèi)打氣,瓶內(nèi)氣體內(nèi)能增大,打氣結(jié)束后,將小車放在地面,快速擰松氣門芯,氣體對外做功,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,小車向前運(yùn)動。

        生3:我有一個更簡單的方法,將氣球吹大后用線系住,固定在小車上,也能實(shí)現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

        師:很好的想法,不過老師有一個疑問,氣嘴扎緊后,氣球如何排氣呢?

        生4:可以將氣球套在一個類似吸管的塑料管上,再用橡皮筋扎緊,這樣就解決了出氣的問題。

        師:出氣問題解決了,可是塑料管與打氣筒連接打氣時漏氣,可有改進(jìn)的方法?

        生5:可以在塑料管與打氣筒之間連接一段軟管。

        生6:可以將改進(jìn)后的氣球安裝在橡皮筋回力跑車上,氣球向外排氣時,氣球的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為小車的動能和橡皮筋的彈性勢能,跑車向前運(yùn)動后還能自動向后運(yùn)動。

        師:按照大家的想法,提供了如下器材,請大家制作一款內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的跑車。

        3.1? ? 實(shí)驗(yàn)器材

        橡皮筋回力跑車、氣球、橡皮筋、圓筒塑料管、軟管及其他工藝材料和工具,可自選合適的器材。

        3.2? ? 要求

        (1)跑車運(yùn)動過程中體現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

        (2)跑車向前運(yùn)動后,能自動向后運(yùn)動。

        3.3? ? 思考與制作

        (1)是否要增加一個氣球的進(jìn)出氣口?

        (2)選擇進(jìn)出氣口的直徑有什么要求?請說說你的理由。

        (3)如何使打氣筒與進(jìn)出氣口連接時不漏氣?

        (4)氣球出氣口的朝向有沒有要求?

        (5)你打算將氣球安裝在跑車上的哪一個部位?如何固定氣球?

        (6)分組討論設(shè)計(jì)方案,并合理分工。

        3.4? ? 交流與比賽

        比一比,看哪一組的跑車向前運(yùn)動得最遠(yuǎn),哪一組的跑車自動向后運(yùn)動得最遠(yuǎn)。

        4? ? 反思與評價

        值得提出的是,有一組沒有將氣球安裝在橡皮筋回力跑車上,而是將氣球安裝在慣性齒輪箱跑車上,并認(rèn)為這樣可以使跑車運(yùn)動得更遠(yuǎn),可是結(jié)果和預(yù)期不一樣,但是這樣的質(zhì)疑創(chuàng)新精神值得鼓勵,這是一個值得繼續(xù)研究的問題。

        評價內(nèi)容可從選題與設(shè)計(jì)、選材與制作、調(diào)試與完善、合作與展示、評價與改進(jìn)五個維度對學(xué)生此次活動進(jìn)行量表評價,采用學(xué)生自評、組評、師評相結(jié)合的方式可使評價更可靠。

        5? ? 小? 結(jié)

        江蘇義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力研究項(xiàng)目組于2018年出版的《義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)·關(guān)鍵能力測評與教學(xué)(初中物理)》對初中學(xué)生關(guān)鍵能力的評價進(jìn)行了等級劃分。本文在此基礎(chǔ)上建構(gòu)了“動力跑車”制作過程中學(xué)生關(guān)鍵能力的具體表現(xiàn),見表1。

        “制作簡易動力跑車”活動的開展,能具體落實(shí)初中物理核心素養(yǎng)及其關(guān)鍵能力的培養(yǎng),包括概括理解、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)踐應(yīng)用和求實(shí)創(chuàng)新四個方面。在實(shí)際問題的解決過程中,還可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察與建模、設(shè)計(jì)與操作、思想與方法、反思與評價、遷移與創(chuàng)新等具體能力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]劉炳昇.再論“物理綜合實(shí)踐活動”設(shè)置的意義與實(shí)施策略[J]. 物理之友,2019(1):1-6.

        [2]駱波. 物理綜合實(shí)踐活動的實(shí)施路徑與評價建議[J].中學(xué)教育教學(xué),2019(12):14-17.

        [3]義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力研究項(xiàng)目組. 義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)·關(guān)鍵能力測評與教學(xué)(初中物理)[M].南京:江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社,2018:7-9.

        (欄目編輯? ? 張正嚴(yán))

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