指向關(guān)鍵能力培養(yǎng)的物理綜合實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)發(fā)

陳峰 李梅

摘? ?要：文章從初中物理綜合實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)發(fā)為出發(fā)點(diǎn)，以“制作簡(jiǎn)易動(dòng)力跑車”的實(shí)踐為例，簡(jiǎn)述物理綜合實(shí)踐活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程，以此培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。

關(guān)鍵詞：物理綜合實(shí)踐活動(dòng);動(dòng)力跑車;關(guān)鍵能力

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2020）12-0066-3

物理綜合實(shí)踐活動(dòng)是蘇科版初中物理教材的一個(gè)重要特色，是以物理知識(shí)為基礎(chǔ)，以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)及其關(guān)鍵能力為目標(biāo)，采用實(shí)驗(yàn)探究、設(shè)計(jì)制作、調(diào)查研究等方式而開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)。教材第十二章的標(biāo)題是《機(jī)械能和內(nèi)能》，此部分內(nèi)容以現(xiàn)代交通工具——汽車為載體來(lái)引入，先后介紹了機(jī)械能、內(nèi)能及其相互轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生了解能的形式是多樣的，而且每種形式的能量并不是孤立的，而是可以相互轉(zhuǎn)化的，在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，一般都對(duì)應(yīng)著做功的過(guò)程。本文以這一知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了如下的綜合實(shí)踐活動(dòng)——制作簡(jiǎn)易動(dòng)力跑車，以此培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。

1? ? 引? 入

以影片《飛馳人生》中，張弛團(tuán)隊(duì)打造跑車的精彩畫面及比賽視頻為引入，學(xué)生被視頻中炫酷的跑車深深地吸引著。接著引出根據(jù)第十二章所學(xué)的知識(shí)，利用身邊常見(jiàn)器材，設(shè)計(jì)并制作一款屬于自己的動(dòng)力跑車。

2? ? 展示交流

全班共分為六個(gè)組，每組認(rèn)領(lǐng)任務(wù)，制作動(dòng)力跑車，并進(jìn)行展示交流。展示的時(shí)候重點(diǎn)介紹跑車的核心零件，以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況。第一小組——重力跑車：細(xì)線一端系住重物，另一端通過(guò)定滑輪固定在輪軸上，釋放前，滾動(dòng)車輪，將重物提高，增加重物的重力勢(shì)能，釋放重物，重物下落，帶動(dòng)小車向前運(yùn)動(dòng)，重物的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能。第二小組——回力齒輪箱跑車：核心部件是回力齒輪箱，當(dāng)后輪向后轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪箱中的發(fā)條旋緊，發(fā)條的彈性勢(shì)能增加，釋放后，發(fā)條的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能。第三小組——慣性齒輪箱小車：核心部件慣性齒輪箱內(nèi)部有一個(gè)質(zhì)量較大的飛輪，當(dāng)向前或向后對(duì)小車做功時(shí)，飛輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)，儲(chǔ)存較大的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，松手后，飛輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能，小車?yán)^續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。第四小組——拉線回力跑車：拉動(dòng)細(xì)線，發(fā)條旋緊，發(fā)條的彈性勢(shì)能增大，松手后，發(fā)條的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能。第五小組——混合動(dòng)力小車：可將橡皮筋的彈性勢(shì)能和重物的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能。第六小組——橡皮筋回力跑車：可將橡皮筋的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能。

3? ? 拓展研究

六個(gè)小組的跑車都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)前進(jìn)。其能量轉(zhuǎn)化情況分為三類：重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，都是機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化。在這一階段，教師提出問(wèn)題：視頻中的跑車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況如何？

生：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

師：那我們能否利用生活中常見(jiàn)的器材制作一款內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的跑車？

生1：可以利用蒸汽對(duì)外做功，將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。比如，在一個(gè)試管中加些水，用塞子塞住，固定在小車上，點(diǎn)燃酒精，對(duì)試管中的水進(jìn)行加熱，試管內(nèi)氣壓增大，當(dāng)試管內(nèi)的氣壓增大到一定程度時(shí)，試管內(nèi)的氣體對(duì)塞子做功，同時(shí)獲得一個(gè)反作用力，小車向前運(yùn)動(dòng)。

師：不錯(cuò)，老師之前也有這樣的想法，并制作了一款這樣的跑車，大家請(qǐng)看（演示，如圖1所示）。

師：大家評(píng)價(jià)一下這輛跑車的性能如何？

生2：能實(shí)現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但是瓶?jī)?nèi)高溫高壓的氣體存在安全隱患，并且運(yùn)動(dòng)距離不遠(yuǎn)。我覺(jué)得可以用一個(gè)密閉的容器，比如將一個(gè)大的飲料瓶安裝在小車上，在瓶蓋上安裝一個(gè)自行車內(nèi)胎上的氣嘴。用打氣筒向瓶?jī)?nèi)打氣，瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能增大，打氣結(jié)束后，將小車放在地面，快速擰松氣門芯，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，小車向前運(yùn)動(dòng)。

生3：我有一個(gè)更簡(jiǎn)單的方法，將氣球吹大后用線系住，固定在小車上，也能實(shí)現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

師：很好的想法，不過(guò)老師有一個(gè)疑問(wèn)，氣嘴扎緊后，氣球如何排氣呢？

生4：可以將氣球套在一個(gè)類似吸管的塑料管上，再用橡皮筋扎緊，這樣就解決了出氣的問(wèn)題。

師：出氣問(wèn)題解決了，可是塑料管與打氣筒連接打氣時(shí)漏氣，可有改進(jìn)的方法？

生5：可以在塑料管與打氣筒之間連接一段軟管。

生6：可以將改進(jìn)后的氣球安裝在橡皮筋回力跑車上，氣球向外排氣時(shí)，氣球的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能和橡皮筋的彈性勢(shì)能，跑車向前運(yùn)動(dòng)后還能自動(dòng)向后運(yùn)動(dòng)。

師：按照大家的想法，提供了如下器材，請(qǐng)大家制作一款內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的跑車。

3.1? ? 實(shí)驗(yàn)器材

橡皮筋回力跑車、氣球、橡皮筋、圓筒塑料管、軟管及其他工藝材料和工具，可自選合適的器材。

3.2? ? 要求

（1）跑車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中體現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

（2）跑車向前運(yùn)動(dòng)后，能自動(dòng)向后運(yùn)動(dòng)。

3.3? ? 思考與制作

（1）是否要增加一個(gè)氣球的進(jìn)出氣口？

（2）選擇進(jìn)出氣口的直徑有什么要求？請(qǐng)說(shuō)說(shuō)你的理由。

（3）如何使打氣筒與進(jìn)出氣口連接時(shí)不漏氣？

（4）氣球出氣口的朝向有沒(méi)有要求？

（5）你打算將氣球安裝在跑車上的哪一個(gè)部位？如何固定氣球？

（6）分組討論設(shè)計(jì)方案，并合理分工。

3.4? ? 交流與比賽

比一比，看哪一組的跑車向前運(yùn)動(dòng)得最遠(yuǎn)，哪一組的跑車自動(dòng)向后運(yùn)動(dòng)得最遠(yuǎn)。

4? ? 反思與評(píng)價(jià)

值得提出的是，有一組沒(méi)有將氣球安裝在橡皮筋回力跑車上，而是將氣球安裝在慣性齒輪箱跑車上，并認(rèn)為這樣可以使跑車運(yùn)動(dòng)得更遠(yuǎn)，可是結(jié)果和預(yù)期不一樣，但是這樣的質(zhì)疑創(chuàng)新精神值得鼓勵(lì)，這是一個(gè)值得繼續(xù)研究的問(wèn)題。

評(píng)價(jià)內(nèi)容可從選題與設(shè)計(jì)、選材與制作、調(diào)試與完善、合作與展示、評(píng)價(jià)與改進(jìn)五個(gè)維度對(duì)學(xué)生此次活動(dòng)進(jìn)行量表評(píng)價(jià)，采用學(xué)生自評(píng)、組評(píng)、師評(píng)相結(jié)合的方式可使評(píng)價(jià)更可靠。

5? ? 小? 結(jié)

江蘇義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力研究項(xiàng)目組于2018年出版的《義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)·關(guān)鍵能力測(cè)評(píng)與教學(xué)（初中物理）》對(duì)初中學(xué)生關(guān)鍵能力的評(píng)價(jià)進(jìn)行了等級(jí)劃分。本文在此基礎(chǔ)上建構(gòu)了“動(dòng)力跑車”制作過(guò)程中學(xué)生關(guān)鍵能力的具體表現(xiàn)，見(jiàn)表1。

“制作簡(jiǎn)易動(dòng)力跑車”活動(dòng)的開(kāi)展，能具體落實(shí)初中物理核心素養(yǎng)及其關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，包括概括理解、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)踐應(yīng)用和求實(shí)創(chuàng)新四個(gè)方面。在實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)程中，還可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察與建模、設(shè)計(jì)與操作、思想與方法、反思與評(píng)價(jià)、遷移與創(chuàng)新等具體能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]駱波. 物理綜合實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施路徑與評(píng)價(jià)建議[J].中學(xué)教育教學(xué)，2019（12）：14-17.

[3]義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力研究項(xiàng)目組. 義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)·關(guān)鍵能力測(cè)評(píng)與教學(xué)（初中物理）[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2018：7-9.

（欄目編輯? ? 張正嚴(yán)）