胡春燕

(江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)洛陽高級(jí)中學(xué) 213100)

“核心素養(yǎng)”近年來已逐步深入廣大教育工作者的心中.所謂核心素養(yǎng)，是指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，逐步形成的適應(yīng)自身終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需的關(guān)鍵能力和必備品格.本文以“超重、失重”為例，用自制教具創(chuàng)設(shè)情景，培養(yǎng)學(xué)生探究問題、解決問題的意識(shí)；通過反復(fù)設(shè)問和分組探究實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生建立物理概念及物理觀念；利用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分析問題，探究物理規(guī)律，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是科學(xué)態(tài)度.

一、創(chuàng)實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣

超重失重是生活中的常見現(xiàn)象，但是學(xué)生一般只有生活體驗(yàn)，而無相應(yīng)的物理知識(shí)和物理概念，如何將生活體驗(yàn)轉(zhuǎn)換為學(xué)生的探究興趣？我設(shè)計(jì)了一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，讓兩位男同學(xué)拉交疊在一起的物理書，同學(xué)們都躍躍欲試，也有個(gè)別學(xué)生在小學(xué)初中做過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，直接喊著拉不開的.然后我在拋起物理書的過程中輕輕一扯，書就拉開了.這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，讓很多學(xué)生驚詫不已，很好的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的探究欲.

二、體驗(yàn)性小組實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建物理觀念

本節(jié)課的難點(diǎn)之一在于區(qū)別：視重、實(shí)重、超重、失重這四個(gè)易混淆的物理概念.為了讓同學(xué)們能實(shí)際的感受到視重不一定等于實(shí)重，我進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：

師：你能利用手邊的實(shí)驗(yàn)器材測(cè)出鉤碼的重力嗎?怎么測(cè)？

生：鉤碼靜止懸掛于彈簧測(cè)力計(jì)上，此時(shí)重力就等于測(cè)力計(jì)的讀數(shù).

師：彈簧測(cè)力計(jì)顯示的是誰受到的拉力？

生：顯示的是鉤碼拉測(cè)力計(jì)的力

師：為什么鉤碼拉測(cè)力計(jì)的力等于鉤碼的重力？

生：二力平衡及作用力與反作用力的原因.

師：我們把鉤碼實(shí)際受到的重力稱為“實(shí)重”，在這里彈簧測(cè)力計(jì)顯示的力即眼能直觀看到的示數(shù)稱為“視重”，視重——研究對(duì)象對(duì)懸掛物的拉力或?qū)χ挝锏膲毫?

師：視重一定等于實(shí)重嗎？你能讓視重大于實(shí)重，或視重小于實(shí)重嗎？

生：小組實(shí)驗(yàn)，總結(jié)現(xiàn)象

加速上升時(shí)視重大于實(shí)重；減速上升時(shí)視重小于實(shí)重

加速下降時(shí)視重小于實(shí)重；減速下升時(shí)視重大于實(shí)重

師：視重大于實(shí)重的現(xiàn)象我們稱為超重.超重：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象.視重小于實(shí)重的現(xiàn)象則稱為失重.失重：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象.

體驗(yàn)性小實(shí)驗(yàn)，放手讓學(xué)生自己做一做，實(shí)際操作一下.可以幫助學(xué)生更為直觀的建立物理概念，物理模型的建立也更為深刻.

三、依據(jù)事實(shí)，探索物理規(guī)律

超重失重在實(shí)際生活中有很多例子，例如：過山車、蹦極、跳樓機(jī)、升降式電梯……為了讓學(xué)生能根據(jù)實(shí)際生活中的例子，歸納出發(fā)生超重失重的規(guī)律，教師利用以下器材，模擬跳樓機(jī).如圖1.活動(dòng)1：表盤式彈簧測(cè)力計(jì)由細(xì)線繞過兩個(gè)定滑輪與另一重物相連，靜止時(shí)讀出鉤碼對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力，當(dāng)掛上較重的重物時(shí)，待測(cè)物加速上升最后減速上升(模擬跳樓機(jī)上升過程)，讀出測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化.當(dāng)掛上較輕的重物時(shí)，待測(cè)物加速下降最后減速下降(模擬跳樓機(jī)下降過程)，讀出對(duì)應(yīng)測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化.分析數(shù)據(jù)，將實(shí)際情況填入表格.

序號(hào)視重與重力的關(guān)系(填“>”或“<”)運(yùn)動(dòng)方向速度變化情況(填“增加”或“減小”)加速度方向結(jié)論1N G2N G3N G4N G

引導(dǎo)學(xué)生分析：超重失重與運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)嗎？超重失重時(shí)，物體所受重力變化嗎？是什么力發(fā)生了變化？根據(jù)表格，你能歸納出超重、失重的共同點(diǎn)嗎？

生：超重失重與運(yùn)動(dòng)方向無關(guān).物體本身重力也沒有發(fā)生改變，是物體對(duì)懸掛物的拉力或?qū)χ挝锏膲毫Πl(fā)生了改變.超重時(shí)，F(xiàn)>G，a向上；失重時(shí)，F(xiàn)

活動(dòng)2：利用力傳感器，觀察超重失重時(shí)力隨時(shí)間變化圖.教師如圖2所示，手握住傳感器，先加速下降停止后，再加速上升，再停止，得到如圖3所示圖像.

由F-t圖，讓學(xué)生分析哪段時(shí)間內(nèi)是失重，哪段時(shí)間內(nèi)是超重，進(jìn)一步加深超重失重的理解.

超重失重是牛頓第二定律的一個(gè)應(yīng)用，物理思維能力的培養(yǎng)不能僅僅得到現(xiàn)象和結(jié)論，更需要應(yīng)用已有知識(shí)來分析、推廣.

師：為什么超重時(shí)，F(xiàn)>G；而失重時(shí)，F(xiàn)

生：向下加速時(shí)(失重)：mg-F=ma,F=mg-ma

向下減速時(shí)(超重)：F-mg=ma,F=mg+ma>G

向上加速時(shí)(超重)：F-mg=ma,F=mg+ma>G

向上減速時(shí)(失重)：mg-F=ma,F=mg-ma

所以超重時(shí)，F(xiàn)>G；而失重時(shí)，F(xiàn)

師：當(dāng)a=g時(shí)，F(xiàn)=0，此時(shí)物體處于完全失重狀態(tài).在自然界有完全失重的現(xiàn)象嗎？

生：自由落體運(yùn)動(dòng)

師：我們一起來驗(yàn)證下自由落體運(yùn)動(dòng)是不是完全失重狀態(tài)，即懸掛物對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力是否為0？

學(xué)生按圖4、圖5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，紙簍中固定了一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)和手機(jī)，掛上重物，自由釋放紙簍，同時(shí)手機(jī)實(shí)施拍攝，利用希沃軟件同屏展示到一體機(jī)上.慢放視頻，可以清楚的看到測(cè)力計(jì)的示數(shù)變?yōu)榱?.圖6所示.

四、理論應(yīng)用實(shí)際，感悟物理核心素養(yǎng).

師：我們知道在太空，宇航員都處于漂浮狀態(tài)，是完全失重，水滴在太空中會(huì)呈現(xiàn)球狀.在地球上，我們也可以讓水滴處于球狀，怎么做？

生：自由落體運(yùn)動(dòng)

師：除了自由落體運(yùn)動(dòng)，豎直上拋同樣可以實(shí)現(xiàn).

活動(dòng)3：學(xué)生將裝滿水的氣球(如圖7)，上拋及下落過程，觀察氣球的形狀與靜止時(shí)的區(qū)別.

師：利用完全失重狀態(tài)下，水滴成標(biāo)準(zhǔn)的球形，我們就可以利用這一原理來制作非常標(biāo)準(zhǔn)的球狀滾珠.

活動(dòng)1、活動(dòng)2、活動(dòng)3的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程符合物理核心素養(yǎng)科學(xué)探究中的“模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證”的過程，這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，觀察、分析能力，鍛煉了學(xué)生適應(yīng)自身終身發(fā)展的關(guān)鍵能力還培養(yǎng)了學(xué)生利用物理服務(wù)于社會(huì)的責(zé)任意識(shí).物理源自于生活，也服務(wù)于生活.應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題，是發(fā)展學(xué)生社會(huì)責(zé)任感的重要手段.

師：展示圖8裝置

師：你有辦法不用手推動(dòng)滑塊而使彈簧縮短嗎？

學(xué)生上講臺(tái)展示自己的方法：釋放木板或上拋木板

師：為什么？

生：失重時(shí)，滑塊對(duì)木板的壓力減小，使得滑塊與木板間的最大靜摩擦力減小，彈簧就收縮到了一起.

師：現(xiàn)在你能解釋為什么在開始時(shí)兩位同學(xué)廢了很大勁沒能把書拉開，而老師卻絲毫不廢勁的把書拉開了嗎？老師是怎么做到的？你還能有其他辦法把書拉開嗎？

生：討論，分析

師：蹦床是一項(xiàng)大家喜歡的運(yùn)動(dòng)，它不像蹦極那么刺激，適合大眾玩樂，但是也能帶給我們明顯的超、失重感受.通過今天的學(xué)習(xí)你覺得在蹦床運(yùn)動(dòng)中，哪些過程中能感受到超重、那些過程又能體會(huì)到失重？

蹦床的超、失重過程較復(fù)雜，通過學(xué)生分析蹦床運(yùn)動(dòng)，不僅鞏固了超重、失重的知識(shí)，更拓展了學(xué)生的物理思維.

要把“學(xué)習(xí)知識(shí)”的教學(xué)轉(zhuǎn)化為“核心素養(yǎng)的”物理教學(xué)，顯然離不開物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一日之功，重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有助于發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng).本節(jié)課在建立“視重、實(shí)重、超重、失重”概念中培養(yǎng)了學(xué)生的物理觀念，在實(shí)驗(yàn)探究、理論分析過程中培養(yǎng)了學(xué)生的物理思維能力和科學(xué)探究的思想，在理論應(yīng)用于實(shí)踐中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任意識(shí).