以《超重和失重》為例淡高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)策略

陳德曹

當(dāng)前的高中物理教學(xué)提倡讓學(xué)生在科學(xué)探究中獲取物理知識，并提升相關(guān)能力。與之相匹配的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該怎樣來處理呢？筆者以《超重和失重》一課為例，談?wù)勛约旱木唧w操作。

1教學(xué)設(shè)計(jì)思想

本節(jié)內(nèi)容的根本目的在于讓學(xué)生通過對“超重和失重”這一生活化物理情境的探究，進(jìn)一步深化和活化有關(guān)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的有關(guān)認(rèn)知。相關(guān)教學(xué)目標(biāo)可以這樣來界定：（1）知識與技能維度要求學(xué)生知道超重和失重的概念，從動(dòng)力學(xué)的角度解釋兩種現(xiàn)象的原因，并能運(yùn)用力學(xué)規(guī)律處理超重和失重的有關(guān)問題；（2）過程與方法維度要求讓學(xué)生結(jié)合有關(guān)實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)，總結(jié)歸納超失重現(xiàn)象的有關(guān)規(guī)律，并從中對有關(guān)物理方法和科學(xué)思維進(jìn)行體會(huì)；（3）情感、態(tài)度和價(jià)值觀維度要求學(xué)生獲取科學(xué)探究以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的情感體驗(yàn)，并從中品味到物理探究的樂趣

2教學(xué)過程設(shè)計(jì)

2.1生動(dòng)導(dǎo)入，激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

【視頻播放】視頻1.游樂場中“過山車”項(xiàng)目進(jìn)行中，乘客各種嗨翻天的尖叫和表情；視頻2.電影《火星救援》中最后的高潮片斷：馬特達(dá)蒙乘坐“敞篷”火箭升空，火星軌道上其他宇航員以太空行走的方式進(jìn)行營救。

師：過山車又叫“云霄飛車”，驚險(xiǎn)刺激，我們在座的同學(xué)是否有關(guān)體驗(yàn)?zāi)兀炕鸺諘r(shí)，宇航員為什么會(huì)因?yàn)榧铀俣忍蠖l(fā)生暈厥呢？在軌道上，為什么宇航員能自由漂浮呢？相信你在學(xué)完本節(jié)內(nèi)容之后會(huì)對上述問題有新的認(rèn)識。首先，先請你回答一個(gè)問題，這兩段視頻資料涉及怎樣一些共同的物理現(xiàn)象？

生：超重和失重。

【課題呈現(xiàn)】超重和失重的本質(zhì)是什么？相關(guān)規(guī)律又如何？

2.2層層鋪墊，引導(dǎo)學(xué)生積極探究

【問題分解】教師引導(dǎo)式提問：圍繞超重和失重這一課題，你認(rèn)為應(yīng)該要對哪些問題進(jìn)行研究呢？學(xué)生展開討論并對問題進(jìn)行了分解。

從學(xué)生的知識基礎(chǔ)和思維習(xí)慣積極預(yù)設(shè)學(xué)生對探究目標(biāo)的分解情況：（1）超重和失重的概念如何界定？（2）超重和失重發(fā)生時(shí)，重力真的發(fā)生了變化嗎？（3）超重和失重的產(chǎn)生條件？

【探究鋪墊】引導(dǎo)學(xué)生對重力有關(guān)認(rèn)識進(jìn)行回顧并介紹輔助概念：視重。

師：無論是否是發(fā)生超重或者失重，我們都需要先處理三個(gè)問題，重力因何而發(fā)生？重力與什么因素有關(guān)？如何測定某物體的重力？

生：重力是因?yàn)榈厍驅(qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生；重力大小和物體的質(zhì)量以及當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P(guān)；重力可以用彈簧秤或臺(tái)秤測量。

師：如圖1所示的彈簧秤和臺(tái)秤測量的是什么力？是直接對重力進(jìn)行測量嗎？

生：彈簧秤測量的是它與重物之間的拉力，而臺(tái)秤測量的是它對重物的支持力，因此，它們對重力的測量都是間接測量。在物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，物體的重力與彈簧所提供的拉力（或臺(tái)秤的支持力）等大反向。

教師總結(jié)并引發(fā)思考：上述情境中，我們將“彈簧秤的拉力大小或臺(tái)秤的支持力大小”定義為“視重”，即看上去的重力。當(dāng)物體處于平衡的時(shí)候，視重與實(shí)際重力相等。那么，如果物體處于非平衡狀態(tài)，視重與實(shí)際重力間有什么關(guān)系呢？

生：如果物體處于非平衡態(tài)，視重和重力不相等。

【實(shí)驗(yàn)探究】教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：讓同學(xué)之間相互配合，一學(xué)生將彈簧提著鉤碼向上運(yùn)動(dòng)或向下運(yùn)動(dòng)，另一學(xué)生觀察這一過程中彈簧秤示數(shù)的變化情況。

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)：初始狀態(tài)系統(tǒng)靜止時(shí)，彈簧秤指針位置穩(wěn)定，與以前所學(xué)相符，即示數(shù)為鉤碼的重力；彈簧秤上升過程中，指針先向下后向上，說明拉力的大小先變大后減小；彈簧秤下降過程中，指針先向上后向下，說明拉力的大小先變小后變大。

師：實(shí)驗(yàn)過程中，鉤碼的重力有沒有變？彈簧秤的示數(shù)還有什么特殊的意義嗎？

生：鉤碼的實(shí)際重力沒有發(fā)生改變，彈簧秤的示數(shù)表示視重的大小。

師：也就是說剛才的實(shí)驗(yàn)過程中，視重有所波動(dòng)，而實(shí)際重力沒有發(fā)生變化。我們對上述視重大小變化的情況進(jìn)行分類，視重大于實(shí)際重力的情況稱為超重；視重小于實(shí)際重力的情況稱為失重。對超重和失重這兩個(gè)詞中的“超”和“失”二字，你有何認(rèn)識？請彼此討論，交流你們的看法。

學(xué)生相互討論，教師適時(shí)介入各組討論，以了解學(xué)生基于超重、失重以及視重等概念的理解情況，并及時(shí)地給予學(xué)生肯定和表揚(yáng)。

師：請回憶一下之前的實(shí)驗(yàn)場景，你能說說哪些情況下發(fā)生了超重現(xiàn)象？3L有哪些情況下發(fā)生了失重呢？

生：彈簧秤提著鉤碼上升的過程中發(fā)生超重現(xiàn)象；向下運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生失重現(xiàn)象。

師：再好好想想，剛才的實(shí)驗(yàn)中，上升階段只有超重嗎？下降過程中也只有失重嗎？

這是學(xué)生最容易發(fā)生誤解的地方，教師務(wù)必讓學(xué)生自我總結(jié)，及時(shí)將相關(guān)錯(cuò)誤暴露出來。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思和討論，引起他們認(rèn)知上的頓悟。

生：上升過程中，彈簧秤示數(shù)先變大后變小，即先超重后失重；下降階段，彈簧秤示數(shù)先變小后變大，即先失重后超重。

師：正確。超失重現(xiàn)象與上升或下降沒有關(guān)系，那么具體說來和什么有關(guān)呢？動(dòng)力學(xué)中聯(lián)系運(yùn)動(dòng)和受力的橋梁是哪一個(gè)物理量？是加速度。我們通過下面的表格來整理加速度與超失重的相互關(guān)系，看看它們之間有何規(guī)律。

教師引導(dǎo)學(xué)生完成下列表格1，并要求學(xué)生完善超重和失重的現(xiàn)象歸納，并總結(jié)現(xiàn)象發(fā)生的條件。生：結(jié)合表格可知，當(dāng)加速度向上時(shí)，物體發(fā)生超重；當(dāng)加速度向下時(shí)，物體發(fā)生失重。

2.3理論聯(lián)系實(shí)際，促使學(xué)生認(rèn)知提升

【理論驗(yàn)證】

師：您能結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)一步分析鉤碼受力特點(diǎn)嗎？

師：失重情形中有一種特例，即a=g時(shí)，F(xiàn)=0，這一現(xiàn)象稱為完全失重。

【深化認(rèn)識】創(chuàng)設(shè)情境，強(qiáng)化學(xué)生對相關(guān)概念的理解。電梯向上啟動(dòng)時(shí)，物體處于超重情形；電梯向上減速時(shí)，物體處于失重；火箭加速升空的過程中，對應(yīng)超重過程；火箭進(jìn)入軌道后，宇航員飄來飄去的場景其實(shí)是一種完全失重，當(dāng)然這一現(xiàn)象的解釋還需后續(xù)階段的學(xué)習(xí)。

【課堂總結(jié)】引導(dǎo)學(xué)生對本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，梳理超失重的概念以及規(guī)律，并對探究過程進(jìn)行回顧，交流科學(xué)方法的運(yùn)用與收獲，最后布置作業(yè)。

3幾點(diǎn)反思

本課的教學(xué)設(shè)計(jì)立足于學(xué)生基礎(chǔ)和認(rèn)知習(xí)慣，在充分激起學(xué)生興趣的同時(shí)，引領(lǐng)學(xué)生在科學(xué)探究的過程進(jìn)行概念的總結(jié)和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生充分融入教學(xué)過程當(dāng)中，有效體現(xiàn)學(xué)生樂于學(xué)習(xí)、積極探究的主體地位。整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)在積極全面預(yù)設(shè)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)情況的同時(shí)，也留有靈活生成的空間，實(shí)際教學(xué)過程學(xué)生反響很好，效果顯著。從這節(jié)課的設(shè)計(jì)，筆者總結(jié)出要想較好地達(dá)成三維教學(xué)目標(biāo)，我們在教學(xué)設(shè)汁和實(shí)施過程中應(yīng)該注意如下幾點(diǎn)：

（1）分析學(xué)情和教材科學(xué)制定教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是整個(gè)高中課堂教學(xué)活動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿，科學(xué)制定教學(xué)目標(biāo)也是實(shí)現(xiàn)“深度學(xué)習(xí)”不可缺失的前提，如何制定目標(biāo)呢？筆者認(rèn)為與教材與考試的要求相比，符合學(xué)生實(shí)際情況顯得更為重要，在制訂目標(biāo)的時(shí)候要充分了解學(xué)生，了解學(xué)生原有的認(rèn)知水平、了解學(xué)生現(xiàn)有的學(xué)習(xí)理解能力，站在學(xué)生的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生主觀興趣上想完成的，客觀學(xué)習(xí)能力上是能夠完成的，學(xué)習(xí)目標(biāo)上應(yīng)該完成的，這樣才能利于學(xué)生深度學(xué)習(xí)的展開。在考慮學(xué)生具體學(xué)情的基礎(chǔ)上，對學(xué)生而言，不同知識的學(xué)習(xí)要求必須具體。

（2）注重物理實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)

實(shí)驗(yàn)是物理知識、概念形成和發(fā)展的基礎(chǔ)，查有梁先生提出了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的六大功能：“豐富感性認(rèn)識，提高學(xué)習(xí)興趣；突破重點(diǎn)難點(diǎn)，理解物理概念；形成物理圖象，認(rèn)識物理過程；啟發(fā)學(xué)生思維，增強(qiáng)探索精神；培養(yǎng)觀察能力，掌握實(shí)驗(yàn)技能；養(yǎng)成良好習(xí)慣，學(xué)會(huì)科學(xué)方法?！蔽锢韺?shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)除了要具有趣味性外，還要注意開放性。趣味性的實(shí)驗(yàn)有利于對學(xué)生多感官實(shí)施刺激，促進(jìn)學(xué)生身心均積極地投入到課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)之中；開放性實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供了進(jìn)行猜想、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、過程探究等更為廣闊的空間，同時(shí)由于探究存在不確定性，更大限度地刺激學(xué)生的思維，有利于學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新思維能力的提升。