物理綜合實踐活動

胡芳 毛國永

[摘? ?要]物理綜合實踐活動是以物理學(xué)科知識為基礎(chǔ)，體現(xiàn)物理學(xué)科特點，帶有物理學(xué)科特色的實踐類活動。教師在綜合實踐課程中要融入生活、評價、創(chuàng)新等綜合元素，以激發(fā)學(xué)生的求知欲望，使學(xué)習(xí)效率得到提高，推動學(xué)生全面發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]物理綜合實踐課; 綜合元素; 全面發(fā)展

[中圖分類號]? ? G632? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）20-0055-03

物理綜合實踐活動是以物理學(xué)科知識為基礎(chǔ)，體現(xiàn)物理學(xué)科特點，帶有物理學(xué)科特色的實踐類活動。該實踐活動以課堂教學(xué)為原點，從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的角度出發(fā)，為學(xué)生創(chuàng)建超越教材、超越課堂、超越學(xué)校的更加開放的活動空間，并向?qū)W生家庭生活領(lǐng)域和社會生活領(lǐng)域延伸?，F(xiàn)在，物理學(xué)科綜合實踐活動已成為物理教學(xué)的一種新的形式。但由于其耗時長、準(zhǔn)備煩瑣、學(xué)生安全得不到保障等一系列問題，造成此類課程沒有被學(xué)校和物理教師重視。雖然《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》在課程內(nèi)容中對其明確提出了活動建議，但從課程實施的層面看，無論是教材還是教師教學(xué)用書上，此類課程的資源都是相當(dāng)匱乏的。為了完善物理綜合實踐活動課的課程資源，筆者在物理教學(xué)中進行了一系列的嘗試，現(xiàn)以制作水火箭的綜合實踐活動為例，談?wù)勗陂_展物理綜合實踐活動中如何引導(dǎo)學(xué)生進行實踐體驗，從而培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。

一、活動主題的選擇

我國從發(fā)射“神舟七號”到發(fā)射“天宮一號”，從“天宮一號”的設(shè)計到發(fā)射，只用了很短的時間，這在國際航天領(lǐng)域是令人矚目的事件。在國際空間科研和實驗中，我國的進展最快。如此種種，讓無數(shù)的中華少年感到由衷的自豪，激發(fā)了他們對航空航天技術(shù)的濃厚興趣。為了初步了解火箭發(fā)射的有關(guān)知識，我們選擇了水火箭的制作和發(fā)射活動。水火箭制作是寓教于樂、科技含量高，深受廣大青少年喜愛的動手、動腦的科普活動，可以讓我們直觀了解運載火箭的發(fā)射、升空、回收的過程，了解一些基本的空氣動力學(xué)和飛行力學(xué)方面的知識，讓廣大青少年了解航天科技，熱愛航天科技。

二、活動目標(biāo)的確定

（一）知識目標(biāo)

1.根據(jù)水火箭運行原理，結(jié)合火箭實體，初步了解火箭發(fā)射的有關(guān)知識。

2.關(guān)注模型制作要點，尋找身邊合適材料并制定方案，辨析各結(jié)構(gòu)尺寸精密度的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的制作技能。

3.在自制水火箭升空的展示過程中總結(jié)經(jīng)驗，并不斷改進，將反思寫入小論文中。

（二）能力目標(biāo)

從簡單的操作著手，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和動手能力，并通過參與小組活動，培養(yǎng)學(xué)生的表達能力與交流能力，同時提高學(xué)生的合作意識。

（三）情感目標(biāo)

讓學(xué)生在實踐中反復(fù)探究，同時借助已有生活經(jīng)驗、學(xué)習(xí)他人經(jīng)驗等再創(chuàng)造，在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生的合作精神、探究意識及認(rèn)真細(xì)致、敢于創(chuàng)新、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度。

三、活動的實施過程

（一）鏈接科學(xué)知識，查找資料，設(shè)計方案

1.師生共同討論：根據(jù)火箭的構(gòu)造，需要哪些生活物品作為實驗器材？并將討論結(jié)果填入下表。

[火箭實體 箭頭 箭身 機翼 發(fā)射器 水火箭模型 PVC塑料板或硬卡紙 塑料瓶 PVC塑料板 打氣筒 ]

2.讓學(xué)生討論并形成初步方案、網(wǎng)上搜尋資料，然后制定活動步驟（PPT），全班交流改進：

（1）取一個完整的瓶子，將底座取下，作為火箭頂端。將其與另一個瓶子的底部相連接，用防水膠帶加以固定。

（2）用鉛畫紙卷出一個錐形的火箭頭（減小阻力），將火箭頭放正，用防水膠帶在連接處固定好。

（3） 在鉛畫紙上設(shè)計好尾翼的尺寸、形狀（可依喜好），然后依照這個模型在PVC塑料板上剪出尾翼，一般為三片或者四片，然后固定機翼于水火箭身上。

[設(shè)計意圖]研究課題確定之后，教師要引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，完成器材的選擇和活動步驟的確定，并進行小組分工。同時教師及時對學(xué)生的設(shè)計進行評價，這樣有助于學(xué)生明確綜合實踐活動的目的。由于此次實踐活動需要制作的內(nèi)容較多，所以活動的設(shè)計和器材的選擇，教師要引導(dǎo)學(xué)生在第一課時完成。

3.需要準(zhǔn)備的實驗器材。

器材：4個相同型號的汽水瓶、剪刀、膠帶、雙面膠、彩色裝飾紙、PVC塑料板、特殊打氣筒（如圖1）等。

微共體討論：對照自定實驗步驟與教師展示的成品，看看還有哪些地方需要細(xì)化，請在微共體組織下討論并提出修改意見。

[設(shè)計意圖]具體器材的準(zhǔn)備和制作，師生經(jīng)過較長時間對比探討。如做機頭的材料，覺得不應(yīng)太重也不應(yīng)易變形，故所選的材料要好，但考慮到要折成一個錐形，學(xué)生就初選了鉛畫紙，主要從可折疊性出發(fā)。做機翼的材料，要考慮輕薄，且不易變形，還要減小空氣的阻力，學(xué)生一開始找了鉛畫紙，主要是考慮易裁剪，但實際剪下來之后軟趴趴的，安裝上去感覺撐不起來，而且在飛行過程中估計容易變形，所以他們請教了老師后，確定選用PVC塑料板，這種材料比較硬，做機翼應(yīng)該可以撐起來，且不易變形。對于發(fā)射裝置的發(fā)射臺，學(xué)生都有些犯難，因為要用打氣筒往瓶內(nèi)充氣，還要保持密封性，由此學(xué)生想到了打氣裝置，但打氣筒的嘴比較小，跟瓶口不搭配，他們就在網(wǎng)上尋求幫助，發(fā)現(xiàn)淘寶上有專門的配汽水瓶的打氣裝置，價格也不貴，而且還搭配發(fā)射開關(guān)，可以先打氣后發(fā)射，很安全，所以學(xué)生果斷采用了該裝置。另外學(xué)生還想到為了美觀，可以裝飾些彩紙，這樣不僅美觀而且也可以使機身更平衡些。

（二）動手操作，合作交流，不斷革新

1.器材的準(zhǔn)備

工具：剪刀、圓規(guī)、鋼直尺、橡皮、圓珠筆、水桶、發(fā)射架、噴嘴。

材料：大膠帶、硬紙板4張、兩個同型號飲料瓶（2.5 L雪碧瓶）、塑料PVC板、彩紙。

2.模型制作

箭身做法：裁剪掉一個汽水瓶的底部和頂部，如圖2中1、2號虛線，然后與另一個完整瓶子的底部相連接，用防水膠帶加以固定，如圖3。

火箭頭做法：用彩色卡紙做一個與汽水瓶上部形狀相同的圓錐模型，緊套于汽水瓶上部，并沿卡紙底線將瓶的上部剪下，如圖2中的1號虛線，最后用膠帶將整個火箭頭外表面纏緊，如圖4。

機翼做法：

（1）在PVC塑料板上用筆畫成兩個梯形，剪下。尾翼的尺寸、形狀可依喜好加以改變。

（2）在離梯形底邊一厘米處，往外折起90°（作為固定在機身上用的托），另一個用同樣的方法制作，并將兩部分梯形的剩下部分黏合。

（3）翻開尾翼的托，將它粘貼在瓶身上。

（4）用同樣的方法將四片或三片尾翼均衡黏貼于瓶上（如圖5）。

注意：在使用過程中要小心，裁剪后的瓶身比較鋒利，要小心觸摸。

[設(shè)計意圖]愛動是孩子的天性，但學(xué)生盲目地動只會讓課堂紀(jì)律散漫。因此我們在設(shè)計實驗步驟時，要有大概的方向，要讓學(xué)生參與進來，細(xì)化每個步驟，讓他們在每次嘗試時雖失敗但能總結(jié)經(jīng)驗，為下次的成功做好經(jīng)驗積累。當(dāng)然學(xué)生動手能力有強有弱，所以初試時采用微共體討論的形式，大家互幫互助，遇到困難時，學(xué)生能解決的，就讓學(xué)生自主解決，解決不了的可記錄下來，再在課堂上完善?？v觀這幾個環(huán)節(jié)有以下疑問：

比如，瓶底該從哪里剪起，才能順利地把另一個瓶身套進去？火箭頭的樣子要做成怎樣的形態(tài)，才能更有效地減小阻力？火箭機翼是一大難點，很多學(xué)生在初試時都在此處卡住了，他們一般會把鉛畫紙剪成三角形，但不曾想如何將其黏貼在瓶身上。沒有固定的托，機翼很容易自然脫落，更不用說飛行了。還有他們在粘貼機翼時容易倒置，將機翼的短邊靠近尾部，但根據(jù)空氣動力學(xué)，長邊應(yīng)該靠近尾部（下面是一個完整瓶的瓶口）更好。針對這些問題，我們沒有直接給予答復(fù)，而是讓他們記錄下來，一起討論解決?？上攵?，第一個水火箭大多數(shù)是失敗的，30分鐘過去了，學(xué)生都面露疑惑，此時，教師可組織學(xué)生取長補短，討論更佳的制作方案。

我們以微共體為單位，羅列了一些組遇到的困難和自行解決的方案，他們還將這些記錄到了自己的小論文中。

①在機身制作的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，將兩個可樂瓶套在一起比較困難，所以我們采取了簡易方法，在底部被剪去的可樂瓶的裁剪部分剪幾刀，卓有成效。

②在機翼制作的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，單單剪下四個機翼，難以固定在可樂瓶上，于是，我們在裁剪過程中，留下了粘置雙面膠的長條。這樣，在固定機翼時就方便了很多。

③在制作火箭頭的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，火箭頭很容易歪。于是，我們就讓兩人配合，一人用尺子比畫，一人固定火箭頭，這樣火箭頭就不那么歪了。

有了這些鋪墊，我們給出了較完整的實驗方案，學(xué)生用剩下的兩個汽水塑料瓶開始制作，當(dāng)然在制作成功的基礎(chǔ)上，有些小組還別出心裁地畫上花紋，或搭配顏色，玩得不亦樂乎（成品如圖6）。

（三）嘗試飛行，總結(jié)成敗，大膽創(chuàng)新

各小組帶上作品到指定的發(fā)射地點（空曠且無閑雜人等）集合。按名冊序號，兩人一組做如下準(zhǔn)備：

1.在水火箭中灌好水（水量自調(diào)，想想水量多少，會影響飛行質(zhì)量嗎？），并將瓶蓋上的環(huán)取掉。

2.將瓶口安放在發(fā)射底座上的閥門內(nèi)，按下底座上的按鈕，嵌入瓶嘴，放開按鈕，聽到“扣”一聲響，說明已放置嚴(yán)實，不然要重放。

3.開始往火箭體內(nèi)（瓶身）打氣，要求自行控制打氣速度和打氣量，想想為何這么打？

4.一切妥當(dāng)之后，按下連著閥門的剎車把，水火箭就會彈射出去。

5.記錄作品飛行的距離。

6.改進作品，想想我們是否有更好的方法，使它飛得更遠(yuǎn)？

[設(shè)計意圖]放飛水火箭是學(xué)生最期待的，也是最開心的，因為不僅能看到自己的作品飛上天的壯觀場面，而且也能檢驗作品的質(zhì)量。但在水火箭飛天的過程中，還有幾個環(huán)節(jié)可直接影響成績的好壞。至此，在教學(xué)中刻意地留了幾個問題，當(dāng)然還有一些是在做中發(fā)現(xiàn)的。我們給每個小組三次機會，希望學(xué)生能在不斷地摸索中找到最佳的飛行方法。另外，此次飛行用到彈射裝置，有些危險，所以教師應(yīng)先示范一次，邊做邊講。在初次嘗試時，學(xué)生的成績都不太理想。主要存在這些問題：

1.有不少組的水火箭在空中散架了，場面極其壯觀;

2.大部分組，飛行路線偏離，曲線運動趨勢較大;

3.有少數(shù)小組的水火箭制作優(yōu)良，但飛行路程較近，存在疑慮。

針對以上問題，學(xué)生積極思考，不僅在制作上重新改進，而且在飛行操作上也思量再三。經(jīng)過探討，得出以下解決方法：

1.水箭頭應(yīng)該再堅固一些，防止水火箭損壞。在粘火箭頭時一定要粘正，否則飛出去后方向會偏。

2.機翼可以多做幾個，每個的大小要盡可能相同，機翼越多，水火箭飛行時越穩(wěn)。在粘機翼時一定要注意，要將機翼均勻地粘在機身周圍，否則飛行時水火箭會在空中搖擺不定，無法收到良好的效果。

3.裝水時不要裝太多，充氣后飛出一段距離后，氣體耗盡，剩下沒排出的水留在瓶內(nèi)，增加了水火箭的重量，建議加水量應(yīng)為瓶身的四分之一到三分之一。

4.在發(fā)射時角度不能太大，和地面的夾角成40°即可。

5.打氣時要快而足，保證內(nèi)部有足夠的空氣，推動水火箭飛行。

……

學(xué)生的想法還有很多，通過他們的改進，有些水火箭飛行了100多米，他們歡呼雀躍。當(dāng)然除了玩，他們也不忘把這些想法記錄到他們的實驗小論文中，成為他們寶貴的學(xué)習(xí)財富。

四、教學(xué)反思

在物理課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，我們開展了這次有意義的制作活動。作為一種有特色的學(xué)習(xí)方式，綜合實踐活動對學(xué)生多方面素質(zhì)的養(yǎng)成具有重要的意義和獨特的價值，體現(xiàn)了STEM教育理念。然而STEM 素養(yǎng)并不是將科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)進行交叉組合，而是把學(xué)習(xí)者頭腦里的知識與解決問題的過程轉(zhuǎn)化成不斷探究發(fā)現(xiàn)新事物的過程?；谶@個要求，我們在實踐中也發(fā)現(xiàn)很多問題：

1.制作課常遇到的一個難題，即課堂紀(jì)律的控制問題處理乏力。測試過程中的流程沒有很好地控制，雖然將紀(jì)律納入了成績總分和讓組長控制紀(jì)律，但在水火箭發(fā)射的過程中紀(jì)律還是太亂。

2.沒有預(yù)想到學(xué)生測試時操作速度太慢，大部分時間耽擱在調(diào)節(jié)噴嘴、發(fā)射架等工作上，而不是用于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。導(dǎo)致這個環(huán)節(jié)草草收場。

3.本節(jié)課最能提高學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的評價階段，教師包攬過多，沒讓學(xué)生深入思考，若能讓學(xué)生通過現(xiàn)象分析問題本質(zhì)，效果會更好。

4.學(xué)生在動手實踐項目上的大量時間和精力投入與傳統(tǒng)學(xué)科的學(xué)習(xí)存在沖突。

希望以后的物理綜合實踐課能很好地處理這些問題，提高教學(xué)效率，更好地培養(yǎng)學(xué)生的探索、創(chuàng)新能力。

五、結(jié)束語

作為科學(xué)教師，重要的不是傳授多少知識給學(xué)生，而是要為學(xué)生打開一扇通往科學(xué)殿堂的大門，培養(yǎng)他們的自學(xué)能力、消化能力、設(shè)計能力和創(chuàng)新能力，這才是科學(xué)課堂回歸自然、回歸理性的關(guān)鍵所在。

（責(zé)任編輯 易志毅）