初中物理綜合實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
——以“研究奇妙的落體運(yùn)動(dòng)”為例

賈 麗 王春燕

(1.南京師范大學(xué)附屬中學(xué)仙林學(xué)校初中部，江蘇 南京 210046；2.江蘇省南京市棲霞區(qū)海門實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)，江蘇 南京 210000)

在初中物理教學(xué)中開展綜合實(shí)踐活動(dòng)，是促進(jìn)學(xué)生將多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行融合的需要，也是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的有效保證。綜合實(shí)踐活動(dòng)對(duì)學(xué)生的各項(xiàng)能力要求都比較高，它不僅要求學(xué)生具備豐富的物理基礎(chǔ)知識(shí)，而且應(yīng)具備較強(qiáng)的分析和解決問題的能力、溝通與合作的能力、將所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行拓展和遷移的能力。在綜合實(shí)踐活動(dòng)中，學(xué)生經(jīng)歷動(dòng)手操作、解決問題等過程，體驗(yàn)到物理學(xué)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性和趣味性，提升交往、創(chuàng)新能力。然而，在實(shí)際教學(xué)中，教師將綜合實(shí)踐活動(dòng)當(dāng)作講授一節(jié)課來講授，將標(biāo)準(zhǔn)化的操作要領(lǐng)當(dāng)成新的考點(diǎn)，讓學(xué)生熟記，這顯然失去了開展綜合實(shí)踐活動(dòng)的意義。綜合實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)該具有創(chuàng)新性、開放性，讓學(xué)生在體驗(yàn)中提升能力，從而彌補(bǔ)原來以知識(shí)教學(xué)為主的不足。筆者以研究羽毛球的運(yùn)動(dòng)為例，展示綜合實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)和開展情況。

1 發(fā)現(xiàn)“真問題”

1.1 發(fā)現(xiàn)問題

在初中物理教學(xué)中許多問題難以深入論證，但是學(xué)生對(duì)常見的物理現(xiàn)象又非常感興趣，總會(huì)提出一些新奇的問題，作為教師不能打擊學(xué)生的探索積極性，這就需要我們通過綜合實(shí)踐活動(dòng)來幫助學(xué)生自己去領(lǐng)悟。“力與運(yùn)動(dòng)”單元蘊(yùn)含著許多學(xué)生很想知道緣由的問題，可是又一時(shí)無法獨(dú)立解決。

如果直接問學(xué)生：物體下落速度與物重有關(guān)嗎？他們都能回答：無關(guān)。因?yàn)樗麄儚男W(xué)科學(xué)課上或其他科學(xué)故事中知道伽利略對(duì)這一問題的研究，但是當(dāng)我們追問：樹葉和石子一起下落時(shí)，為什么石子先落下？他們回答起來就有點(diǎn)困難了，甚至有學(xué)生認(rèn)為下落速度還是應(yīng)該與物重有關(guān)。再繼續(xù)追問：同時(shí)釋放一張展開的紙和用相同的另一張紙揉成團(tuán)的紙團(tuán)，哪個(gè)先下落？從兩者下落速度不同的生活經(jīng)驗(yàn)，又讓他們對(duì)前面的判斷產(chǎn)生疑惑。這就激發(fā)學(xué)生思考：影響物體下落快慢的因素有哪些？

1.2 提出猜想

學(xué)生根據(jù)觀察生活中常見的石子下落、樹葉飄落、雨滴下落，它們下落時(shí)有快有慢，有的開始階段速度是變化的，在最后階段又近似做勻速運(yùn)動(dòng)。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：能否利用力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，研究豎直方向的落體運(yùn)動(dòng)呢？進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生提出猜想。

小組A：物體在下落過程中速度可能越來越大，受到的重力大于空氣阻力，做變速運(yùn)動(dòng)。

小組B：物體在下落過程中，不同階段速度是不相同的，下落時(shí)的穩(wěn)定速度可能與該物體的質(zhì)量、形狀有關(guān)。

2 設(shè)計(jì)“真活動(dòng)”

2.1 確定方案

針對(duì)有關(guān)落體運(yùn)動(dòng)的影響因素的猜想，需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。首先選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生經(jīng)過討論，決定選擇羽毛球作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行驗(yàn)證。再根據(jù)物體在豎直方向下落的軌跡，判斷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況，分析受力情況，從而驗(yàn)證小組A的猜想是否正確；通過作出的s-t圖像，分析物體下落時(shí)影響穩(wěn)定速度的因素，從而驗(yàn)證小組B的猜想是否正確。

2.2 確立目標(biāo)

(1) 探究羽毛球的下落運(yùn)動(dòng)，分析在物體下落的不同階段的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

(2) 通過受力分析，嘗試對(duì)羽毛球的運(yùn)動(dòng)成因做出解釋，提高學(xué)生的透過現(xiàn)象找出本質(zhì)的能力。

(3) 探究影響物體下落時(shí)的穩(wěn)定速度的因素，提高學(xué)生的合作能力和科學(xué)探究能力。

2.3 研究過程

經(jīng)過討論，學(xué)生確定利用一幢3層樓房(每層樓高度相同)，在確保安全的條件下研究羽毛球的下落運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析羽毛球所受重力與空氣阻力之間的關(guān)系；畫出羽毛球運(yùn)動(dòng)的s-t圖像，探討物體下落時(shí)的穩(wěn)定速度與物體的質(zhì)量、形狀之間的關(guān)系。

2.3.1 小組A的活動(dòng)過程

小組A的同學(xué)利用3層樓房，研究羽毛球在下降過程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析羽毛球受到的重力與空氣阻力之間的關(guān)系。

(1) 如圖1所示，選用彩色羽毛球，從某一高度釋放，使其做豎直方向上的落體運(yùn)動(dòng)，觀察和描述羽毛球下落時(shí)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

圖1

(2) 打開手機(jī)“頻閃”APP，拍攝羽毛球從靜止下落的視頻，自動(dòng)生成頻閃照片，觀察兩個(gè)球托之間的距離，根據(jù)在相等時(shí)間內(nèi)通過的路程描述羽毛球下落的運(yùn)動(dòng)。

(3) 為了便于觀察比較，可選用帶有均勻格子的背景墻，數(shù)出每?jī)蓚€(gè)球托之間的格子數(shù)量(圖2甲)，說明羽毛球的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，并說出依據(jù)。

圖2

(4) 增大羽毛球釋放時(shí)的高度，如從6m以上的高度釋放，拍攝它在落地前的運(yùn)動(dòng)視頻，根據(jù)落地前球托的頻閃照片(圖2乙)，判斷羽毛球在此階段的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小組A的同學(xué)進(jìn)行了如下的思考與交流：

(1) 根據(jù)羽毛球運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)跡，描述其運(yùn)動(dòng)的整體特點(diǎn)。

(2) 運(yùn)用學(xué)過的力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，分別在圖2甲中A、B、C三點(diǎn)處的球托上畫出羽毛球在靜止、變速運(yùn)動(dòng)、勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的重力和空氣阻力的示意圖。

(3) 測(cè)出一塊磚的厚度s0、圖2乙中相鄰兩個(gè)球托的間距s、時(shí)間間隔t，可計(jì)算出羽毛球下落時(shí)的穩(wěn)定速度。

2.3.2 小組B的活動(dòng)過程

小組B想進(jìn)一步探究以下問題：物體下落時(shí)的穩(wěn)定速度與哪些因素有關(guān)？通過畫出的s-t圖像，分析物體下落時(shí)的穩(wěn)定速度與物體的質(zhì)量、形狀之間的關(guān)系。

(1) 將羽毛球從某一高度釋放，拍攝視頻，逐幀播放視頻，從下落穩(wěn)定開始記錄羽毛球下落的距離s和時(shí)間t，畫出s-t圖像；在同一羽毛球的球托內(nèi)黏上一些橡皮泥，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，再畫出s-t圖像。

(2) 如圖3所示，將羽毛球的球翼剪去一部分，在球托內(nèi)黏上一些橡皮泥，借助托盤天平微調(diào)黏上的橡皮泥，使羽毛球的總質(zhì)量與完好的羽毛球的質(zhì)量相同，分別釋放兩羽毛球，畫出相應(yīng)的s-t圖像。

圖3

(3) 對(duì)比以上s-t圖像，總結(jié)在豎直方向上落體運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定速度與物體的質(zhì)量、形狀間的定性關(guān)系。

活動(dòng)結(jié)束后，小組B的學(xué)生還對(duì)以下問題進(jìn)行了深入思考與交流：

(1) 球托內(nèi)黏橡皮泥是否影響了下落速度？這說明物體在豎直方向下落的速度大小是否與物體的質(zhì)量有關(guān)？

(2) 剪掉球翼是否影響了羽毛球的下落速度？這說明了什么？物體在下落過程中受到的空氣阻力大小是否與物體的形狀有關(guān)？

3 實(shí)現(xiàn)“真提升”

綜合實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)側(cè)重于過程的體驗(yàn)和能力的培養(yǎng)，在活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，增強(qiáng)合作意識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣。一個(gè)綜合實(shí)踐活動(dòng)不能止步于一個(gè)問題的解決，而應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生提出更多問題，給學(xué)生提供機(jī)會(huì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行深度探究，實(shí)現(xiàn)能力的“真提升”。結(jié)合上述案例，筆者提出以下開展綜合實(shí)踐活動(dòng)的建議。

3.1 教師深度備課，巧妙引導(dǎo)學(xué)生開展活動(dòng)

在開展綜合實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，教師事先要進(jìn)行深度備課，預(yù)估學(xué)生在活動(dòng)中可能遇到的問題，考慮問題解決方案，為綜合實(shí)踐活動(dòng)的順利開展提供保障，使學(xué)生少走彎路，提高實(shí)踐活動(dòng)的完成效率；教師應(yīng)圍繞學(xué)生的實(shí)際情況，做好實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。針對(duì)羽毛球的下落運(yùn)動(dòng)，教師可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行延伸與拓展，嘗試研究其他物體(如降落傘、下掛重物的氣球等)在豎直方向下落的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

3.2 引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)進(jìn)行探究，提升活動(dòng)實(shí)效

綜合實(shí)踐活動(dòng)要開展得好，不僅僅需要好的創(chuàng)意，還需要教師善于應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)活動(dòng)進(jìn)行輔助和優(yōu)化，初中生對(duì)抽象和難以理解的事物不感興趣，但對(duì)于形象和直觀的現(xiàn)象、圖片、視頻比較感興趣。如在本案例中用到的“頻閃”APP，它能非常直觀地顯示相等時(shí)間內(nèi)羽毛球下落距離的變化，學(xué)生根據(jù)距離變化可判斷出羽毛球下落運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。我們也可以利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的傳感器，對(duì)綜合實(shí)踐活動(dòng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集與處理，提升活動(dòng)的實(shí)效性。

3.3 活動(dòng)主題明確，切合學(xué)生需要

綜合實(shí)踐活動(dòng)要主題明確，在活動(dòng)過程中，一方面要反思活動(dòng)中蘊(yùn)含的物理知識(shí)點(diǎn)、能力提升點(diǎn)等，結(jié)合教學(xué)實(shí)際，及時(shí)查漏補(bǔ)缺、夯實(shí)知識(shí)基礎(chǔ)；另一方面，要引導(dǎo)學(xué)生在活動(dòng)中認(rèn)真合作、及時(shí)溝通，學(xué)會(huì)借鑒他人的成功經(jīng)驗(yàn)，提高自己的合作能力、分析解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。