張 蓉

(1. 南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹人學(xué)校，江蘇 南京 210000；2. 南京物理教師成長共同體，江蘇 南京 210000)

初中生的思維能力發(fā)展很快，但仍處于直觀形象思維為主的階段。因此，只有設(shè)計(jì)多種教學(xué)活動，搭建拾級而上的思維臺階,才能更符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。筆者于2021年以“重力”為課題,承擔(dān)了一節(jié)南京市公開課,在備課、磨課過程中,嘗試設(shè)計(jì)逐層遞進(jìn)的師生活動，幫助學(xué)生突破思維障礙,提高課堂效率。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

在蘇科版初中物理教材中,“重力”內(nèi)容的編排是先通過觀察圖片感知重力的存在，再探究重力大小和質(zhì)量的關(guān)系，然后探究重力的方向，最后學(xué)習(xí)力的示意圖。筆者對這部分內(nèi)容的教學(xué)順序進(jìn)行了一些調(diào)整，如果先學(xué)習(xí)重力大小，再學(xué)習(xí)重力方向,學(xué)生不能理解測量物重時彈簧測力計(jì)一定要沿豎直方向自然懸掛,教師也不便解釋，所以筆者先安排了重力方向的學(xué)習(xí),進(jìn)而再探究重力的大小，具體教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1。

圖1

2 課堂引入的活動設(shè)計(jì)

部分教師會在引入環(huán)節(jié),安排學(xué)生套圈、投籃等活動,筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生的注意力完全集中在游戲上,缺乏主動思考。筆者力求引入活動要能使讓學(xué)生聯(lián)系前面所學(xué)知識,觀察現(xiàn)象并解釋。

教師分別將小球由靜止釋放、豎直向上拋出、斜向上拋出,學(xué)生觀察。

師:小球離手后還受力嗎？說出你的判斷依據(jù)?

生:受力,因?yàn)樾∏虻倪\(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了改變。

師:這些力可能是彈力嗎?

生:不可能,因?yàn)槭趾托∏驔]有直接接觸。

師:產(chǎn)生力的作用一定會涉及兩個物體,另一個物體是誰?這種作用是吸引還是排斥呢?

生:地球，吸引。

師:你在生活中還見過類似的現(xiàn)象嗎?

引出重力的定義并分析其受力物體和施力物體。

3 關(guān)于重力方向的活動設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)教學(xué)通常采用教材中對于重力方向的設(shè)計(jì)(圖2)，學(xué)生探究的難度較大,也缺少思維的遞進(jìn),筆者將重力方向的教學(xué)拆分為幾個階梯活動。

圖2

3.1 重力是有方向的

拋出的小球最終會落向地面，說明重力是有方向的。

3.2 顯示重力方向的方法

學(xué)生觀察細(xì)線的伸長，發(fā)現(xiàn)細(xì)線的伸長方向可以顯示其受力的方向。

師:你能用什么辦法顯示出重力的方向?

生:細(xì)線下面懸掛一個重物,重物靜止時,細(xì)線的方向就是物體所受重力的方向。也可以觀察物體由靜止下落的軌跡。

3.3 重力方向是豎直向下的

師:老師利用細(xì)線，變換位置,在黑板上畫出3次重力方向(圖3)。你發(fā)現(xiàn)了什么?說明什么?

圖3

生:重力的方向是豎直向下的。

3.4 描述重力方向

教師展示利用如圖4所示的自制教具所做的實(shí)驗(yàn)。

圖4

師:重物所受重力的方向是怎樣的?選擇一個參照物具體描述一下。

生:重力方向和水槽底面垂直，也和水平面垂直。

師:是不是可以說重力的方向始終與水槽底面和水平面都是垂直的?

生:不行,沒有進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。

師:具體該怎么操作呢?

生：多次改變水槽底面傾角。

通過觀察圖4、圖5、圖6得到結(jié)論：無論怎么改變水槽底面的傾角,重力的方向始終與水平面垂直。為了方便描述,我們就把與水平面垂直的方向叫作豎直方向。

圖5

圖6

師:要進(jìn)一步驗(yàn)證重力的方向，還有其他的方法嗎?

學(xué)生觀察沙子由靜止下落的軌跡，總結(jié)歸納出結(jié)論：重力的方向始終豎直向下。

3.5 重力方向的應(yīng)用

學(xué)生在完成前面的層層遞進(jìn)式任務(wù)后，思維能力和解決問題的能力得到提高，可以讓學(xué)生解決更有難度的問題：選擇身邊的物品,檢驗(yàn)搭建的墻壁是否豎直、桌面是否水平(圖7)，然后教師再自然引出重垂線和水平儀。

圖7

4 關(guān)于重力大小的活動設(shè)計(jì)

關(guān)于“探究重力大小和質(zhì)量的關(guān)系”,蘇科版初中物理教材選用鉤碼為研究對象,學(xué)生往往會產(chǎn)生以下錯誤理解:實(shí)驗(yàn)中必須選用同種物質(zhì)的物體作為研究對象,因此筆者為學(xué)生提供了兩組不同的研究對象:一組是鉤碼;一組是紅豆、大米、沙子和鋼珠等。在該內(nèi)容的教學(xué)中,也有不少教師會引導(dǎo)學(xué)生探究重力大小和物質(zhì)密度和物體體積的關(guān)系,得到重力大小和物質(zhì)密度、物體體積都無關(guān)的結(jié)論。筆者認(rèn)為此處存在科學(xué)性問題,首先重力大小和質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量等于密度和體積的乘積,重力大小當(dāng)然和密度、體積有關(guān)。其次,對于科學(xué)探究,有以下要素:提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和制定方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作,但是并不是所有的探究都要囿于以上所有要素,尤其是課堂時間有限,該實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的分析與論證能力,尤其是根據(jù)數(shù)據(jù)、圖像多角度論證的能力。還有教材上的表格設(shè)計(jì)如表1所示，實(shí)驗(yàn)前表格的最后一列可先隱藏,重力和質(zhì)量的關(guān)系應(yīng)該是學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)收集后,在分析論證環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)的，因此筆者作了如下嘗試。

表1

4.1 探究重力大小與質(zhì)量的關(guān)系

學(xué)生測量不同物體所受的重力,提出問題：重力的大小和什么因素有關(guān)呢?

實(shí)驗(yàn)前引導(dǎo)學(xué)生討論:

(1) 需要測量哪些物理量?選用何種測量工具?

(2) 不同的小組會拿到不同的器材：多個鉤碼,每一個鉤碼質(zhì)量為50 g，質(zhì)量不等的大米、沙子、鋼珠、玻璃球。

4.2 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)驗(yàn)后討論：

(1) 你們得到了什么結(jié)論?依據(jù)是什么?

生:物體所受重力大小與它的質(zhì)量成正比。依據(jù)1:物體所受重力大小和質(zhì)量的比值為一個定值；依據(jù)2:畫出重力大小和質(zhì)量的關(guān)系圖像,圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線。

(2) 選擇不同的研究對象有什么優(yōu)點(diǎn)?

生:選擇鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以不用測量質(zhì)量,更加方便；選擇質(zhì)量不等的大米、沙子、鋼珠、玻璃球等，說明重力和質(zhì)量的大小關(guān)系更有普遍性。

4.3 重力大小與質(zhì)量的關(guān)系式

先介紹g值和重力公式，學(xué)生觀看阿波羅登月的視頻。

師:宇航員背著這么笨重的裝備,為什么還能靈活運(yùn)動，像只兔子呢?

生:g值和物體所處的地理位置有關(guān)。

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)逐層遞進(jìn)的活動，搭建拾級而上的思維臺階，是實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)有效性的基本保障。學(xué)生在低起點(diǎn)、小步子的基礎(chǔ)上優(yōu)化探究過程，提升了學(xué)生的核心素養(yǎng)。