核心素養(yǎng)導向下的高中物理實驗教學探究
——以“超重、失重”為例

胡春燕

(江蘇省常州市武進區(qū)洛陽高級中學 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)，是指學生在學習過程中，逐步形成的適應(yīng)自身終身發(fā)展和社會發(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)學生探究問題、解決問題的意識；通過反復設(shè)問和分組探究實驗幫助學生建立物理概念及物理觀念；利用真實的實驗數(shù)據(jù)，引導學生分析問題，探究物理規(guī)律，同時培養(yǎng)學生實事求是科學態(tài)度.

一、創(chuàng)實驗情境，激發(fā)學生探究興趣

超重失重是生活中的常見現(xiàn)象，但是學生一般只有生活體驗，而無相應(yīng)的物理知識和物理概念，如何將生活體驗轉(zhuǎn)換為學生的探究興趣？我設(shè)計了一個演示實驗，讓兩位男同學拉交疊在一起的物理書，同學們都躍躍欲試，也有個別學生在小學初中做過相應(yīng)的實驗，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.這個演示實驗，讓很多學生驚詫不已，很好的調(diào)動了學生的探究欲.

二、體驗性小組實驗，構(gòu)建物理觀念

本節(jié)課的難點之一在于區(qū)別：視重、實重、超重、失重這四個易混淆的物理概念.為了讓同學們能實際的感受到視重不一定等于實重，我進行了如下設(shè)計：

師：你能利用手邊的實驗器材測出鉤碼的重力嗎?怎么測？

生：鉤碼靜止懸掛于彈簧測力計上，此時重力就等于測力計的讀數(shù).

師：彈簧測力計顯示的是誰受到的拉力？

生：顯示的是鉤碼拉測力計的力

師：為什么鉤碼拉測力計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：我們把鉤碼實際受到的重力稱為“實重”，在這里彈簧測力計顯示的力即眼能直觀看到的示數(shù)稱為“視重”，視重——研究對象對懸掛物的拉力或?qū)χ挝锏膲毫?

師：視重一定等于實重嗎？你能讓視重大于實重，或視重小于實重嗎？

生：小組實驗，總結(jié)現(xiàn)象

加速上升時視重大于實重；減速上升時視重小于實重

加速下降時視重小于實重；減速下升時視重大于實重

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

體驗性小實驗，放手讓學生自己做一做，實際操作一下.可以幫助學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，探索物理規(guī)律

超重失重在實際生活中有很多例子，例如：過山車、蹦極、跳樓機、升降式電梯……為了讓學生能根據(jù)實際生活中的例子，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.如圖1.活動1：表盤式彈簧測力計由細線繞過兩個定滑輪與另一重物相連，靜止時讀出鉤碼對測力計的拉力，當掛上較重的重物時，待測物加速上升最后減速上升(模擬跳樓機上升過程)，讀出測力計示數(shù)的變化.當掛上較輕的重物時，待測物加速下降最后減速下降(模擬跳樓機下降過程)，讀出對應(yīng)測力計示數(shù)的變化.分析數(shù)據(jù)，將實際情況填入表格.

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

引導學生分析：超重失重與運動方向有關(guān)嗎？超重失重時，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、失重的共同點嗎？

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

活動2：利用力傳感器，觀察超重失重時力隨時間變化圖.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，讓學生分析哪段時間內(nèi)是失重，哪段時間內(nèi)是超重，進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)用已有知識來分析、推廣.

師：為什么超重時，F(xiàn)>G；而失重時，F(xiàn)

生：向下加速時(失重)：mg-F=ma,F=mg-ma

向下減速時(超重)：F-mg=ma,F=mg+ma>G

向上加速時(超重)：F-mg=ma,F=mg+ma>G

向上減速時(失重)：mg-F=ma,F=mg-ma

所以超重時，F(xiàn)>G；而失重時，F(xiàn)

師：當a=g時，F(xiàn)=0，此時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：自由落體運動

師：我們一起來驗證下自由落體運動是不是完全失重狀態(tài)，即懸掛物對測力計的拉力是否為0？

學生按圖4、圖5進行實驗，紙簍中固定了一個彈簧測力計和手機，掛上重物，自由釋放紙簍，同時手機實施拍攝，利用希沃軟件同屏展示到一體機上.慢放視頻，可以清楚的看到測力計的示數(shù)變?yōu)榱?.圖6所示.

四、理論應(yīng)用實際，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：自由落體運動

師：除了自由落體運動，豎直上拋同樣可以實現(xiàn).

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

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

活動1、活動2、活動3的實驗設(shè)計過程符合物理核心素養(yǎng)科學探究中的“模型構(gòu)建、科學推理、科學論證”的過程，這不僅培養(yǎng)了學生的動手能力，觀察、分析能力，鍛煉了學生適應(yīng)自身終身發(fā)展的關(guān)鍵能力還培養(yǎng)了學生利用物理服務(wù)于社會的責任意識.物理源自于生活，也服務(wù)于生活.應(yīng)用物理知識解決實際問題，是發(fā)展學生社會責任感的重要手段.

師：展示圖8裝置

師：你有辦法不用手推動滑塊而使彈簧縮短嗎？

學生上講臺展示自己的方法：釋放木板或上拋木板

師：為什么？

生：失重時，滑塊對木板的壓力減小，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兩位同學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：蹦床是一項大家喜歡的運動，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.通過今天的學習你覺得在蹦床運動中，哪些過程中能感受到超重、那些過程又能體會到失重？

蹦床的超、失重過程較復雜，通過學生分析蹦床運動，不僅鞏固了超重、失重的知識，更拓展了學生的物理思維.

要把“學習知識”的教學轉(zhuǎn)化為“核心素養(yǎng)的”物理教學，顯然離不開物理實驗教學的設(shè)計，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一日之功，重視物理實驗教學，有助于發(fā)展學生的物理核心素養(yǎng).本節(jié)課在建立“視重、實重、超重、失重”概念中培養(yǎng)了學生的物理觀念，在實驗探究、理論分析過程中培養(yǎng)了學生的物理思維能力和科學探究的思想，在理論應(yīng)用于實踐中培養(yǎng)了學生的科學態(tài)度和責任意識.