高中物理高階思維教學

高階思維是學生在高中階段需要形成的關鍵素養(yǎng)，也是學生適應外界環(huán)境，通過已知概念進行創(chuàng)新推演達到認知平衡，進而解決實際問題的重要思維能力。物理學科作為解釋事物內(nèi)在規(guī)律與性質(zhì)的學科，從現(xiàn)實世界中尋找問題、探究問題，借助物理概念，將復雜的現(xiàn)象模型化，最終通過數(shù)理演算得出結論。在物理現(xiàn)象的解決中，通過教師的課堂引領、對問題情景的分析、建立新舊知識的聯(lián)系、綜合不同維度的信息，進而形成創(chuàng)新性認知，逐步幫助學生養(yǎng)成良好的學習習慣，幫助學生建立高階思維能力。

一、教學內(nèi)容與目標

本節(jié)課主要通過2個實驗引出重力的兩種測量方法，并以此為基礎，通過具體事例幫助學生理解“超重和失重”的概念、本質(zhì)及規(guī)律，進而掌握“超重和失重”的內(nèi)涵及實際應用。

教學目標：

1.通過2個實驗帶領學生理解重力的測量過程。

2.帶領學生理解“超重和失重”的概念、推導、具體應用。

3.理解平衡、失重、超重之間的關系。

4.運用受力分析法解釋本節(jié)課的各個運動狀態(tài)。

二、教學過程

（一）新課導入

課程伊始，教師可以為學生播放一個小視頻：某學生站在體重計上向下深蹲的過程中，體重秤上的示數(shù)先變小再變大后又變小，該生靜止后，體重秤上的數(shù)值保持不變，如圖1所示。

教師：同學們知道發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是什么嗎？請大家?guī)е@個疑問與老師一起學習“超重和失重”的內(nèi)容。

（二）新課教學

1.重力的測量

在地球表面的周圍，物體由于地球的吸引力而受到重力的作用。通常來說測量重力的方法主要有以下兩種：

第一種方法，即實驗1：

步驟1：測量重物處于自由落體運動狀態(tài)下的加速度g。

步驟2：通過天平測量物體的質(zhì)量，如圖2所示，根據(jù)“G=mg”得出物體的質(zhì)量。

步驟3：通過牛頓第二定律F=ma求出最后答案。

第二種方法，即實驗2：

我們借助力的平衡條件對重力進行測量，首先把待測物體懸掛在測力計上，使之靜止，在此情況下，物體所受的重力和測力計支持力的大小或者對物體的拉力相等，進而通過測力計的示數(shù)呈現(xiàn)出重力的大小。

重力是用力的平衡狀態(tài)來測量的。首先，將被測物體懸掛在測力機上使其處于靜止狀態(tài)。在這種情況下，物體的重力等于測力機對物體的支撐力或拉力的大小，然后用測力機的數(shù)值表示重力的大小。

這種情況的受力分析如圖3所示。當用彈簧力的大小來測量物體的重力時，兩力之間必須平衡。根據(jù)以前學過的平衡狀態(tài)和牛頓第三定律可以得出彈簧的示數(shù)與物體的重力相等。該種方法是測量重力常見的手段，也是未來測量物體重力的主要方法。

2.超重和失重

體重計的示數(shù)被稱為視重，該概念主要體現(xiàn)了人對體重的壓力。所謂的視重，即物體對懸掛物的拉力或?qū)χС治锏膲毫Α?/p>

由牛頓第二定律F=ma可知，人對體重計的壓力和體重秤對人的支持力大小相等，兩力的方向恰好相反。圖4展現(xiàn)了某學生在下蹲過程中的受力分析，該生受到重力G=mg和體重秤對人的支持力，在重力和支持力的共同作用下，該生在深蹲的過程中，分別包含了加速、減速和靜止三個階段。

對這種情況的證明過程如下：

假設豎直向下方向為坐標軸正方向，學生加速向下深蹲的過程，如圖4所示，根據(jù)牛頓第二定律F=ma得出：

Mg-=ma =m（g-a）lt;mg

此時，體重計示數(shù)大小所代表的視重小于人體自身所受的重力。

那何為超重和失重？

（1）超重：物體在表面上的壓力或懸掛方向上的拉力（視重）大于物體所受重力的現(xiàn)象。

（2）失重：物體在表面上的壓力或懸掛方向上的拉力（視重）小于物體所受重力的現(xiàn)象。

（3）完全失重：完全失重是一種沒有重量的特殊情況。當升力在加速度a=g垂直加速時，物體對支撐的壓力或懸掛方向上的阻力（表觀重量為0）。

關于具體的應用，請各小組同學根據(jù)課前的預習情況進行討論，每組派出一個代表進行展示。

在課程開始前，我們對該生在體重秤上下蹲過程中示數(shù)的變化進行了探討，現(xiàn)對上述情況進行一定的拓展。學生站在體重秤上，先下蹲后站起來的過程中，刻度指示器隨時間的變化（如圖5所示）。請根據(jù)剛才學到的知識嘗試分析傳感器“提升”過程中超重和失重的情況。

（三）歸納總結

教師與學生共同觀看視頻“為什么太空中會發(fā)生超重現(xiàn)象”，之后總結本節(jié)課的知識點。

我們縱觀超重、失重與完全失重的定義得出過程可以發(fā)現(xiàn)，三個概念是由視重的概念得出的，從而進一步得出視重與重力的關系：

1.當視重大于重力時，此時加速度向上，為超重狀態(tài)。

2.當視重小于重力時，此時加速度向下，為失重狀態(tài)。

3.當視重等于重力時，為靜止或者勻速狀態(tài)。

4.當視重為0時，此時a=g，為完全失重狀態(tài)。

下面，我們結合前面學過的平衡知識點，對超重和失重進行系統(tǒng)總結，如表1。

（四）隨堂練習

假設小明在操場上最多可舉起質(zhì)量為80 kg的啞鈴，當小明在以加速度10 m每二次方秒上升的直升機艙內(nèi)，請問最多可托舉質(zhì)量為多少kg的啞鈴，本題中請參考g為10 m/s2。

解：

設小明的最大舉力為F，由題意得：

F=mg=800N ①

設小明在直升機中最多能舉起質(zhì)量為m′kg的重物：

F-m′g=m′a ②

聯(lián)立①式、②式可得：

m′=40 kg

答：最多能舉起質(zhì)量為40 kg的重物。

三、教學反思

本次“超重和失重”教學案例并非讓學生掌握套路化、特定的、具體的思維模式，而是通過現(xiàn)實案例幫助學生形成抽象化、一般化、圖示化的理解，這樣才能確保學生在面對復雜多樣的知識點變式問題時能靈活面對，更好地適應新高考下物理學科靈活性的應試要求。

本次單元教學過程中，我主要運用了以下辦法。

（一）情景案例法

如果直接向?qū)W生講述“超重和失重”的概念及推導，這個過程顯然是抽象的。因此，在教學過程中，我先讓學生通過查找相關案例預習本課，然后在課中展示視頻、設置題目，課后讓學生思考例題，從而給學生列舉了“超重和失重”的案例。

我通過一個核心案例貫穿課堂始終，人站在力學傳感器上完成下蹲動作，觀察計算機中采集的圖像，分析整個運動過程。高階思維的培養(yǎng)離不開實際的運用，因此為學生提供系列案例，可幫助學生理解受力分析和物理背后公式的推導。

（二）課上實驗法

在本節(jié)課開始之前，對于重力的測量，我設計了兩個動手實驗，也對應重力測量的兩個方法。通過學生小組合作、小組討論，加大了學生的探究深度，提高了學生對這節(jié)課的興趣，也提升了學生小組合作的能力，實現(xiàn)了多角度的培養(yǎng)。

（三）受力分析法

受力分析法作為物理學科運動學的重要方法，在本節(jié)課的講述中我也全面向?qū)W生貫穿了受力分析的思想，通過抽查提問，一對一問答的方法深化學生對于物理學受力分析思想的應用，與此同時，在本節(jié)課的最后留下的思考題也是受力分析作業(yè)?？梢姡谌粘＝虒W中，教師應全面加強學生的物理基本功，從基礎做起教會學生物理模型的思考方法。

（作者單位：陜西省安康市漢濱區(qū)漢濱高級中學）

編輯：趙文靜