(上海師大附中附屬龍華中學(xué),上海 200232)
對(duì)于初中生而言,重力的學(xué)習(xí)不僅是對(duì)“力的基本概念”和“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變”知識(shí)的鞏固和拓展,也為今后學(xué)習(xí)各種其他力的概念、完善對(duì)力的理解打下基礎(chǔ)。根據(jù)《上海市初中物理學(xué)科教學(xué)基本要求》將本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)水平確定為B級(jí)。
讓學(xué)生觀看太空宇航員視頻、在教室中跳躍并下落,引導(dǎo)學(xué)生觀察并進(jìn)行對(duì)比,同時(shí)結(jié)合上節(jié)課所學(xué)“物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變”的知識(shí),感受重力的存在;再提出問題:“視頻中宇航員做了哪些游戲和動(dòng)作?如果在教室里完成這些動(dòng)作,結(jié)果又會(huì)怎樣?為什么?”引導(dǎo)學(xué)生思考和討論,引入重力的定義。
設(shè)計(jì)意圖:從學(xué)生的認(rèn)知角度看,任何物體在空中釋放時(shí),它們都會(huì)向著地面下落。本節(jié)課以視頻中的現(xiàn)象與生活中的現(xiàn)象產(chǎn)生強(qiáng)烈對(duì)比,激發(fā)了學(xué)生求知欲。教師通過適時(shí)引導(dǎo),分析出在地球上的任何物體都會(huì)被地球吸引,會(huì)受到一個(gè)力的作用,從而引出重力的概念。
2.2.1 創(chuàng)設(shè)情境,引導(dǎo)思維
教師提出問題:“請(qǐng)同學(xué)們拿出身邊的小物體或粉筆頭,將它們舉高后釋放,觀察它們?cè)谥亓Φ淖饔孟略鯓舆\(yùn)動(dòng)?通過實(shí)驗(yàn),你認(rèn)為重力的方向怎樣?”并讓學(xué)生在活動(dòng)單上畫出重力方向的示意圖,在這過程中,學(xué)生進(jìn)行小組討論、交流,并向全班同學(xué)分享作圖的成果。在實(shí)際課堂教學(xué)中,學(xué)生呈現(xiàn)出了三種比較有代表性的答案:筆直向下、垂直向下和豎直向下。
教師再提出問題:“為什么物體在重力作用下的運(yùn)動(dòng)方向是豎直向下的?”以此來引導(dǎo)學(xué)生說出作圖依據(jù),教師最終對(duì)答案進(jìn)行簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)。
設(shè)計(jì)意圖:考慮到學(xué)生用眼睛無法捕捉物體下落時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡,所以讓學(xué)生通過思考分析,嘗試畫出重力方向的示意圖,而不是讓學(xué)生觀察完物體下落的活動(dòng)后,就直接進(jìn)入下一內(nèi)容的學(xué)習(xí)。
學(xué)生觀察現(xiàn)象,思考分析,作圖實(shí)踐,交流展示,分享結(jié)果,說明判斷依據(jù),由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象思考問題本質(zhì),學(xué)生的科學(xué)思維能力得到了鍛煉。課堂教學(xué)漸入佳境,學(xué)生的注意力更為專注。
2.2.2 創(chuàng)新演示,得出結(jié)論
在飲料瓶里盛有一定的紅墨水,在瓶子底部鉆一小圓洞,調(diào)節(jié)瓶蓋的松緊程度,使得水可以從瓶底洞平穩(wěn)流出來,同時(shí)采用密封性較好的錐形塞子作為堵洞的工具。
課堂上教師提出問題:“水為什么會(huì)從瓶底洞里流出?”引導(dǎo)學(xué)生觀察流水的軌跡,并說明流水的方向直觀反映了重力的方向。如圖1所示,鐵架臺(tái)1用于固定瓶子和墊放盛水的玻璃水槽,玻璃水槽可以盛接流出的水,鐵架臺(tái)2用于平衡玻璃水槽。上述這些物品都被放在一塊長木板上,木板下面是一對(duì)可以調(diào)節(jié)高度的升降臺(tái)。
圖1
圖2
把一個(gè)盛有紅墨水的玻璃水盤放在木板上,通過不斷改變一端升降臺(tái)的高度,以改變木板的傾斜程度,利用直角三角尺引導(dǎo)學(xué)生觀察流水的軌跡總是與水平面垂直(如圖2)。由此分析得出重力方向的結(jié)論。另外,可以用專業(yè)軟件把每次實(shí)驗(yàn)結(jié)果在教室的大屏幕上呈現(xiàn)。
最后把重垂線懸掛并固定在鐵架臺(tái)2的金屬桿上,提出問題:“請(qǐng)大家根據(jù)演示并結(jié)合重力方向的結(jié)論,說明重垂線的工作原理”,引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出重垂線的工作原理。
設(shè)計(jì)意圖:通過自制教具,直觀演示重力的方向,讓學(xué)生通過觀察,得出重力的方向,這樣做能更深入、全面地培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力,意識(shí)到生活和物理密不可分。另一方面,通過上述教學(xué)步驟,學(xué)生的認(rèn)知由淺入深,循序漸進(jìn)地得出重力的方向豎直向下且不會(huì)改變的結(jié)論,同時(shí),演示的現(xiàn)象能夠和豎直的定義完全對(duì)應(yīng)起來,使科學(xué)結(jié)論更具有說服力。
2.3.1感受活動(dòng),科學(xué)猜想
教師提出問題:“日常生活中我們是如何感受重力大小的?”讓學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行思考,總結(jié)感受重力大小的方法,再經(jīng)過篩選,決定用手掂量物體的方式來感受重力的大小,最后教師指出:用感官來判斷重力大小是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,需要進(jìn)行科學(xué)測(cè)量,并再次提出問題:“請(qǐng)大家回憶一下,在實(shí)驗(yàn)室中用來測(cè)量力的儀器是什么?”引出彈簧測(cè)力計(jì)的使用。
學(xué)生結(jié)合上述活動(dòng),對(duì)可能影響重力大小的因素進(jìn)行猜想,并說出依據(jù),在實(shí)際教學(xué)中,學(xué)生猜想出影響重力大小的因素分別是體積、材料和質(zhì)量等,之后教師引導(dǎo)學(xué)生回憶控制變量方法。
設(shè)計(jì)意圖:結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn),學(xué)生容易想到在日常生活中,利用自身感官可以初步判斷重力的大小,這樣做既可以通過質(zhì)疑引出彈簧測(cè)力計(jì)的使用,也為探究影響重力大小因素的教學(xué)做鋪墊,還為學(xué)生猜想影響重力大小的因素提供思路,便于他們?nèi)ビ^察、分析和討論。同時(shí),通過對(duì)學(xué)生各種猜想的思路和依據(jù)進(jìn)行深入的追問和挖掘,培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。
2.3.2 驗(yàn)證猜想,排除無關(guān)因素
使用生活中常用的兩塊大小完全相同的百潔布,把它們疊放在一起并用橡皮筋固定住,然后用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出這兩塊百潔布的重力的大小,雙手用力壓縮每塊百潔布,使其都發(fā)生形變,并用橡皮筋分別將其固定住,再用橡皮筋把這兩塊發(fā)生形變的百潔布整體固定起來,用彈簧測(cè)力計(jì)再次測(cè)出這兩塊百潔布的重力大小(如圖3)。用手機(jī)投屏技術(shù)呈現(xiàn)每次彈簧測(cè)力計(jì)的指針位置,并讓學(xué)生記錄下其數(shù)值大小。教師再通過提問,引導(dǎo)學(xué)生觀察出在整個(gè)過程中,兩塊百潔布的材料和質(zhì)量都沒發(fā)生變化,重力大小也沒發(fā)生變化,但是其體積發(fā)生了很明顯的變化。學(xué)生通過思考、討論,得出結(jié)論:在質(zhì)量和材料這兩種因素都不變的情況下,物體的重力不隨體積的改變而改變,即體積不是影響重力大小的因素。
圖3
圖4
選取質(zhì)量都相同的袋裝紅豆、綠豆、大米這三樣物體,分別作為學(xué)生小組探究實(shí)驗(yàn)的對(duì)象(如圖4),由于體積因素已經(jīng)被排除,每個(gè)小組均多次測(cè)量出其中一種材料的重力大小,最終匯總所有小組的測(cè)量數(shù)值。之后引導(dǎo)學(xué)生類比百潔布演示實(shí)驗(yàn)的思考過程,分析得出:“在排除了體積因素且質(zhì)量不變的情況下,物體的重力不隨材料的改變而改變”,從而得出結(jié)論:材料也不是影響重力大小的因素。
設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生經(jīng)歷感受、觀察、分析、科學(xué)猜想、交流等環(huán)節(jié),一方面能夠進(jìn)一步提升學(xué)生的思維品質(zhì),提高學(xué)生學(xué)習(xí)參與度;另一方面使得學(xué)生明白了對(duì)待科學(xué)猜想需要通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。此外,演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)生動(dòng)形象、便于學(xué)生觀察,也易于學(xué)生理解消化,使得學(xué)生能夠順利觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并分析得出相關(guān)的科學(xué)結(jié)論,最終把體積和材料這兩種因素進(jìn)行了排除,同時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量才是最有可能影響重力大小的因素,為最終探究重力與質(zhì)量的定量關(guān)系做鋪墊。
2.3.3 科學(xué)探究,確立定量關(guān)系
教師引導(dǎo)學(xué)生先觀察實(shí)驗(yàn)桌上的器材,并通過思考來制定實(shí)驗(yàn)方案,同時(shí)全班每位學(xué)生都可以通過交流分享,對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和步驟進(jìn)行補(bǔ)充和完善,探討實(shí)驗(yàn)方案的可行性。在整個(gè)教學(xué)過程中教師對(duì)每位學(xué)生的思考成果進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià),最終確定實(shí)驗(yàn)方案。在此基礎(chǔ)上教師給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法,并對(duì)一些需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行了提示,學(xué)生開始小組實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,利用數(shù)學(xué)圖像進(jìn)行處理、分析,最終歸納得出結(jié)論。
設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生通過“探究重力與質(zhì)量定量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),不僅學(xué)習(xí)到了科學(xué)探究和論證所必備的基本步驟和方法,提高了科學(xué)思維能力,而且也明白了嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、一絲不茍的態(tài)度之可貴。
初二學(xué)生剛接觸物理,思維大都處在感性層面,所以教師在課堂上,一方面要啟發(fā)學(xué)生思考,讓學(xué)生深刻體驗(yàn)物理概念的建構(gòu)過程;另一方面,在實(shí)驗(yàn)演示和學(xué)習(xí)情境的設(shè)計(jì)中,要盡可能引起學(xué)生思維的共鳴,激發(fā)他們觀察的興趣。同時(shí)要提高實(shí)驗(yàn)演示的可視度,在學(xué)生的認(rèn)知范圍內(nèi),自然而然地結(jié)合已有知識(shí),利用科學(xué)方法得出正確的結(jié)論。