董清華

湖北省松滋市南海鎮(zhèn)南海初級(jí)中學(xué)(434200)

1 教學(xué)設(shè)計(jì)思想

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》提出:“義務(wù)教育物理課程是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程。”這句話明確告訴我們,實(shí)驗(yàn)作為物理學(xué)研究的基本方法之一,不僅是建立、發(fā)展和檢驗(yàn)物理學(xué)理論的重要依據(jù),也是義務(wù)教育物理課程的重要內(nèi)容[1]。在“測(cè)量平均速度”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,圍繞發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)的要求,我們?cè)诮M織好課堂內(nèi)常規(guī)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,引入傳感器及相關(guān)專業(yè)軟件等信息化教學(xué)手段將實(shí)驗(yàn)數(shù)字化,同時(shí)將課堂延伸到教室外建立體驗(yàn)式實(shí)驗(yàn)環(huán)境,引導(dǎo)學(xué)生從物理走向生活,注重帶領(lǐng)學(xué)生在“做中學(xué)”“用中學(xué)”“學(xué)中研”。從建立關(guān)于運(yùn)動(dòng)的物理觀念,基于事實(shí)證據(jù)對(duì)信息、觀點(diǎn)和結(jié)論進(jìn)行質(zhì)疑并進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的科學(xué)思維的培養(yǎng),經(jīng)歷問題導(dǎo)向的科學(xué)探究全過程,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任[2]等四個(gè)方面設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)。

2 教學(xué)內(nèi)容分析

2.1 教材分析

本節(jié)內(nèi)容為教材第1章“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”的第4節(jié),要求學(xué)生運(yùn)用刻度尺和鐘表分別測(cè)出物體運(yùn)動(dòng)的路程和通過這段路程所用的時(shí)間,然后利用速度公式算出物體在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的平均速度。在前面3節(jié)的教學(xué)中,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了長(zhǎng)度和時(shí)間測(cè)量相關(guān)知識(shí),會(huì)使用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度、用停表測(cè)量時(shí)間,理解了平均速度的概念。在此基礎(chǔ)上,教材編寫者設(shè)計(jì)了1個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),主要目的是讓學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等小組活動(dòng)來培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)施能力,鞏固平均速度的概念,練習(xí)用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度、用停表測(cè)量時(shí)間。

同時(shí),教材還設(shè)計(jì)了1個(gè)擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)——利用位置傳感器和專業(yè)軟件測(cè)量平均速度,主要是考慮現(xiàn)代信息技術(shù)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用與推廣,供有條件學(xué)校選用。

2.2 學(xué)情分析

8年級(jí)學(xué)生剛學(xué)習(xí)了物理相關(guān)知識(shí),存在著學(xué)習(xí)興趣較高、學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)較少、易受生活經(jīng)驗(yàn)的影響等現(xiàn)實(shí)情況。為了保護(hù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,考慮學(xué)生的年齡特點(diǎn)和學(xué)習(xí)特點(diǎn),本節(jié)課在設(shè)計(jì)時(shí)我們注意將實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)踐應(yīng)用、擴(kuò)展研究3個(gè)方面相結(jié)合,注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、理性分析能力和質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.3 教學(xué)重、難點(diǎn)分析

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn):①能用刻度尺測(cè)出物體運(yùn)動(dòng)的路程,能用停表測(cè)出物體通過這段路程所用的時(shí)間,能用公式v=s/t計(jì)算出物體在這段時(shí)間運(yùn)動(dòng)的平均速度;②能寫出簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn):①通過練習(xí),熟練掌握長(zhǎng)度、時(shí)間的測(cè)量;②通過小組合作學(xué)習(xí),找到正確測(cè)量小車在下半程的平均速度的方法。

3 教學(xué)流程設(shè)計(jì)

根據(jù)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)目標(biāo)要求,本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)流程為:從過山車和滑草運(yùn)動(dòng)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提出測(cè)量平均速度問題。結(jié)合前面學(xué)習(xí)的速度知識(shí),讓學(xué)生按照教材編排內(nèi)容經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、制定記錄表格、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等過程,掌握常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法。由實(shí)驗(yàn)中時(shí)間測(cè)量不便的問題引導(dǎo)學(xué)生思考,進(jìn)而將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)延伸到課外,帶領(lǐng)學(xué)生測(cè)量人騎自行車下坡時(shí)的平均速度。最后讓學(xué)生感受信息技術(shù)手段在物理課堂中的應(yīng)用——傳感器測(cè)量平均速度,了解平均速度測(cè)量在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

4 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

4.1 創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)興趣

師生共同觀看課件中乘坐過山車和參加滑草運(yùn)動(dòng)的視頻。

師:剛才視頻中的情境很多同學(xué)經(jīng)歷過嗎?有什么感受?

生:經(jīng)歷過,很刺激,因?yàn)楹芸臁?/p>

師:有多快?想不想測(cè)量一下速度有多快?(板書課題)

設(shè)計(jì)目的:從生活中的物理現(xiàn)象出發(fā),激發(fā)學(xué)生用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問題的興趣。

4.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),進(jìn)行探究

師:結(jié)合前面我們所學(xué)的知識(shí),請(qǐng)同學(xué)們思考:我們能不能直接測(cè)量平均速度?如果不能直接測(cè),可以先測(cè)量哪些物理量,再間接測(cè)出平均速度?

師:我們應(yīng)該用哪些測(cè)量器材測(cè)量路程和時(shí)間?(學(xué)生齊答。)

師:為了完成實(shí)驗(yàn),我們還給大家準(zhǔn)備了斜面、小車和擋板(見圖1)。請(qǐng)同學(xué)們閱讀導(dǎo)學(xué)案,了解這些器材的作用,同時(shí)明確我們實(shí)驗(yàn)的步驟,設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)記錄表格。

設(shè)計(jì)目的:引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)弄清實(shí)驗(yàn)的原理,合理選擇實(shí)驗(yàn)器材,明確實(shí)驗(yàn)步驟,自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格。

圖1 教材實(shí)驗(yàn)裝置

師:下面老師先來演示一下實(shí)驗(yàn)過程,請(qǐng)兩位同學(xué)協(xié)助老師計(jì)時(shí)。

教師墊高斜面,使斜面變得很陡,讓學(xué)生計(jì)時(shí)。學(xué)生反映感覺記得不是太準(zhǔn)。教師詢問學(xué)生為什么記不準(zhǔn)。

學(xué)生討論后覺得有2個(gè)原因:①斜面太陡,小車運(yùn)動(dòng)得太快,時(shí)間太短;②計(jì)時(shí)不熟練。

師:那么我們應(yīng)該怎么做,才能讓計(jì)時(shí)更加合理、準(zhǔn)確?

學(xué)生討論,從兩個(gè)方面改進(jìn):①訓(xùn)練計(jì)時(shí)的方法和技巧,多次訓(xùn)練從而達(dá)到熟練操作的目的,減小計(jì)時(shí)誤差;②降低斜面的坡度,方便計(jì)時(shí)。

教師注意引導(dǎo)學(xué)生分析,增加斜面的長(zhǎng)度,也可以減小計(jì)時(shí)的誤差。

設(shè)計(jì)目的:注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?如通過計(jì)時(shí)訓(xùn)練達(dá)到提高計(jì)時(shí)熟練程度來減小誤差。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力,如讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)計(jì)時(shí)不方便的問題,通過小組合作學(xué)習(xí)找到解決問題的方法。此處應(yīng)特別注意,要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維,不要僅僅局限于讓學(xué)生找到減小斜面坡度這一種解決計(jì)時(shí)不方便的方法,還要引導(dǎo)學(xué)生從增加斜面長(zhǎng)度、選用精度更高的測(cè)量?jī)x器以及改進(jìn)測(cè)量方法等方面去找方法。當(dāng)然,這也是為后面沉浸式實(shí)驗(yàn)和擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)的開展打下伏筆。

教師指導(dǎo)學(xué)生開展分組實(shí)驗(yàn),分別測(cè)出上半程、全程以及下半程的平均速度。

師:剛才同學(xué)們都完成了相關(guān)實(shí)驗(yàn),請(qǐng)問你們發(fā)現(xiàn)這3個(gè)平均速度的大小關(guān)系是怎么樣的?

生1:全程平均速度大于上半程、下半程平均速度,上半程和下半程平均速度相差不大。

師:結(jié)合你們的生活經(jīng)驗(yàn),你認(rèn)為剛才他的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否正確?為什么?

生2:因?yàn)轵T車沖坡時(shí)自行車會(huì)越來越快,下半程的平均速度要比上半程的平均速度快,這說明剛才的實(shí)驗(yàn)結(jié)論有問題。

師追問生1,你剛才是怎么測(cè)量下半程的平均速度的?

生1:將小車放在中點(diǎn),讓小車由靜止釋放,記下小車在下半程的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。

師:同學(xué)們思考下,剛才這位同學(xué)匯報(bào)的實(shí)驗(yàn)錯(cuò)在什么地方?

生3:小車在中點(diǎn)時(shí)的速度不為零,而這位同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)小車是從靜止開始釋放的,這種做法是錯(cuò)誤的。

師追問:你認(rèn)為應(yīng)該怎么測(cè)下半程的時(shí)間?

生3:應(yīng)該在小車過中點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)。

教師肯定學(xué)生的想法,讓學(xué)生試著按照這種方法測(cè)量一下。

學(xué)生反饋測(cè)不出來。

師接著問:那怎么解決這個(gè)問題呢?

學(xué)生思考后回答:下半程小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間只需要用全程時(shí)間減去上半程的時(shí)間就行了,不需要測(cè)量。

設(shè)計(jì)目的:通過一步步追問,引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)找問題,并尋求解決問題的辦法。培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的意識(shí),讓學(xué)生能獨(dú)立思考問題,對(duì)相關(guān)信息、方案和結(jié)論提出自己的見解,予以檢驗(yàn)和修正,從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。這也是本次實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn),突破這個(gè)難點(diǎn)意義重大。

4.3 實(shí)踐體驗(yàn),創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

師:剛才我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中由于時(shí)間的測(cè)量不方便,導(dǎo)致部分小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較大,下面讓我們走出實(shí)驗(yàn)室,實(shí)際測(cè)量下人騎自行車在學(xué)校校門口處沖坡時(shí)的平均速度。

師:請(qǐng)同學(xué)們按照實(shí)驗(yàn)要求準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材:發(fā)令槍、膠帶、自行車、皮卷尺,設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)記錄表格,同時(shí)思考實(shí)驗(yàn)時(shí)還要注意哪些事項(xiàng)?

生匯報(bào):需要注意騎車時(shí)的安全,要提前做好安全防護(hù);自行車沖坡時(shí)不能蹬腳踏板,不能捏剎車;要多次測(cè)量求平均值減小誤差。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并處理。

設(shè)計(jì)目的:將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)變成課外實(shí)踐,通過實(shí)踐操作的形式讓學(xué)生收集信息、處理信息,讓學(xué)生體驗(yàn)戰(zhàn)勝困難、解決問題的喜悅,將物理應(yīng)用于實(shí)際生活,從而讓學(xué)生體驗(yàn)到真實(shí)的物理應(yīng)用。這也是本次課的亮點(diǎn),組織好這種沉浸式實(shí)驗(yàn)體驗(yàn),可以極大調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,讓學(xué)生獲得極大的滿足感。

4.4 擴(kuò)展實(shí)驗(yàn),感受信息技術(shù)

師:前面我們測(cè)量了小車在斜面上運(yùn)動(dòng)和自行車沖坡時(shí)的平均速度,請(qǐng)同學(xué)們想一想生活中哪些地方還有測(cè)速度的應(yīng)用?

生:還有高速公路上的測(cè)速儀,小轎車和摩托車儀表盤上的速度顯示裝置。

師生共同閱讀課件上的材料,了解常見測(cè)速裝置。

師:在剛才的閱讀材料中提到了傳感器,今天老師也準(zhǔn)備了1套傳感器(見圖2),來測(cè)量小車在斜面上的平均速度。

教師介紹實(shí)驗(yàn)裝置及其原理:這是一種分體式傳感器裝置,其中位于斜面頂端的是發(fā)射器,主要發(fā)出紅外線或者超聲波;接收器和數(shù)據(jù)采集器固定在小車上;采集器和電腦相連。當(dāng)我們點(diǎn)擊電腦上的專業(yè)軟件,就可以收集小車移動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)時(shí)間的數(shù)據(jù),專業(yè)軟件將采集到的數(shù)據(jù)用圖像顯示出來,就可以分析小車的運(yùn)動(dòng)速度了。

圖2 傳感器裝置

教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并用專業(yè)軟件收集處理相關(guān)數(shù)據(jù)后,引導(dǎo)學(xué)生分析專業(yè)軟件上的圖像(見圖3)。

師:隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,新型的測(cè)速儀器不斷涌現(xiàn),但是無論哪種測(cè)量?jī)x器,其所運(yùn)用的原理都是速度的計(jì)算公式v=s/t。只要測(cè)出物體運(yùn)動(dòng)的路程和運(yùn)動(dòng)物體在這段路程所用的時(shí)間,就可以算出平均速度。除了今天使用的分體式傳感器外,還有比如固定式傳感器就是采集從超聲波發(fā)出到接收到回波所用時(shí)間來計(jì)算距離,再借助專業(yè)軟件來計(jì)算出小車的速度[3];而光電門傳感器就是利用小車通過光電門時(shí)紅外線被遮擋的時(shí)間來計(jì)算速度。

圖3 實(shí)驗(yàn)圖像

設(shè)計(jì)目的:體現(xiàn)物理課程關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的關(guān)系,強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)在社會(huì)發(fā)展、生產(chǎn)生活、自然環(huán)境中的應(yīng)用與價(jià)值[1]。通過感受物理學(xué)在解決生活問題中的作用,培養(yǎng)學(xué)生致力學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)、立志造福人類的責(zé)任感和使命感。

5 感悟與思考

8年級(jí)學(xué)生剛踏入物理的課堂,作為教師一定要保護(hù)好他們的學(xué)習(xí)熱情,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。為此,筆者在設(shè)計(jì)這節(jié)課時(shí),不僅注重培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度,同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改革創(chuàng)新,將學(xué)生帶到室外,讓學(xué)生在自然的環(huán)境中學(xué)習(xí)物理、應(yīng)用物理,同時(shí)將利用傳感器測(cè)平均速度這種信息技術(shù)的方法向?qū)W生進(jìn)行了展示,讓學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)發(fā)展給我們的生產(chǎn)生活帶來的便利。