基于物理核心素養(yǎng)下的《超重與失重》實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究

【摘要】物理實(shí)驗(yàn)在新課程實(shí)施中占有重要地位，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)起著關(guān)鍵的作用。本文主要討論的是超重與失重教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，用簡(jiǎn)單的材料制作了超重與失重演示儀，使學(xué)生在課堂上能明顯，直觀的觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，深入理解超重與失重現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在實(shí)驗(yàn)操作中鍛煉動(dòng)手能力和提高科學(xué)素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】物理核心素養(yǎng) 超重與失重 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

【課題】本文為廣西教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題《高中物理核心素養(yǎng)教育改革的實(shí)踐研究》階段性成果。

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）25-0184-01

近年來(lái)，教育部發(fā)布《普通高中課程方案和各科課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，提出了“學(xué)科核心素養(yǎng)”，其中物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面的要素構(gòu)成?；谖锢砗诵乃仞B(yǎng)的課程改革和教學(xué)改革正逐漸滲透到物理教學(xué)中。物理實(shí)驗(yàn)在新課程實(shí)施中占有重要地位，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)起著關(guān)鍵的作用。

超重與失重這節(jié)課程在高中物理中是典型的一節(jié)聯(lián)系生活實(shí)際的內(nèi)容。超重與失重實(shí)驗(yàn)演示需解決的主要問(wèn)題是：當(dāng)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，測(cè)力裝置受力情況的變化怎樣才能清楚地表現(xiàn)出來(lái)，在此本課題主要著眼于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或改進(jìn)顯示裝置。

方案1通過(guò)觀察其他物理量變化顯示“超重與失重”現(xiàn)象

利用物體形變等現(xiàn)象觀察超重和失重現(xiàn)象，如圖，①找一根鋼鋸條（或折一根富有彈性的竹條）在其一端系掛一砝碼，上下振動(dòng)，看鋼鋸條的彎曲情況；②用紙帶掛重錘，在快速提升中紙帶會(huì)斷裂；③把一個(gè)手電筒調(diào)到剛好接觸可以點(diǎn)亮，在失重中可以看到電筒的亮和滅，或者做個(gè)簡(jiǎn)易電路，在上下運(yùn)動(dòng)中看到電路的接通和斷開(kāi)反映“超重和失重”現(xiàn)象；④利用裝滿水的瓶子，下面開(kāi)小孔，在失重狀態(tài)下觀察水是否流出來(lái)。

圖1

學(xué)生通過(guò)自主體驗(yàn)、小組互動(dòng)等方式改變學(xué)生以往的學(xué)習(xí)方式，體現(xiàn)新課程提倡自主學(xué)習(xí)的新理念。

方案2 利用彈簧秤（臺(tái)秤），“讀出”超重與失重現(xiàn)象

在講到“超重和失重”時(shí)，教科書以升降電梯為例，都是通過(guò)分析人對(duì)升降機(jī)（電梯）的板的壓力，幫助學(xué)生理解超重和失重現(xiàn)象?；蛘邽榱嗽黾訉W(xué)生感性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生去“做一做”，就是讓人站在體重計(jì)上下蹲或起立時(shí)也能看到超重和失重現(xiàn)象。此實(shí)驗(yàn)來(lái)源于生活，能引起學(xué)生興趣。

方案3 簡(jiǎn)易滑輪裝置，減緩重力，希沃助手直播實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

基于前面方案的缺點(diǎn)，通過(guò)建立模型，分析、推理，設(shè)計(jì)了如圖裝置：在一個(gè)定滑輪裝置上一邊掛著一個(gè)臺(tái)秤，臺(tái)秤上放上重物，另一邊掛上適當(dāng)?shù)你^碼后就能讓臺(tái)秤加速向上運(yùn)動(dòng)；臺(tái)秤前放上手機(jī)，手機(jī)視頻直接錄著臺(tái)秤的示數(shù)，通過(guò)希沃系統(tǒng)能直接顯示到一體機(jī)上直播出來(lái)。

①利用科學(xué)思想、使實(shí)驗(yàn)更穩(wěn)定。調(diào)節(jié)左邊砝碼的質(zhì)量，可以控制裝置運(yùn)動(dòng)的加速度，這類似于伽利略“沖淡重力”的斜面實(shí)驗(yàn)思想。實(shí)驗(yàn)時(shí)讓加速度小一點(diǎn)，使裝置保持超重狀態(tài)時(shí)間更久、更穩(wěn)定，利于學(xué)生觀察，有助于突破本節(jié)內(nèi)容難點(diǎn)：理解超重與失重現(xiàn)象的本質(zhì)。 ②同屏直播，信息化與物理教學(xué)的深度融合。利用手機(jī)錄像功能和一體機(jī)“希沃系統(tǒng)”同屏直播，讓全班同學(xué)同時(shí)看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，避免了有些實(shí)驗(yàn)只有個(gè)別學(xué)生觀察，其他學(xué)生聽(tīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)象。在這里讓學(xué)生利用了現(xiàn)代化手段獲取和整理信息。

③有數(shù)可算，理論成功地應(yīng)用于實(shí)際。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)現(xiàn)象較為穩(wěn)定，并能持續(xù)較久，學(xué)生能夠看到穩(wěn)定的“視重”，通過(guò)“觀察壓力大小——運(yùn)動(dòng)分析和受力分析——應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的三個(gè)環(huán)節(jié)算出裝置運(yùn)動(dòng)的加速度，讓觀察實(shí)驗(yàn)到理論應(yīng)用成功落實(shí)——達(dá)到本課目的：應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決實(shí)際問(wèn)題。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)滿足：器材易備，制作簡(jiǎn)單，演示簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確，方便研究。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程符合物理核心素養(yǎng)的科學(xué)思維和科學(xué)探究中“建立模型、科學(xué)推理、科學(xué)論證”的過(guò)程，還可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，觀察能力，分析能力，科學(xué)創(chuàng)新精神，鍛煉了學(xué)生的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。

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作者簡(jiǎn)介：

黃春勇（1980-），男，中學(xué)一級(jí)教師，碩士研究生學(xué)歷，主要從事高中物理教學(xué)工作。曾獲玉林市教育教學(xué)成果獎(jiǎng)。