以《超重和失重》為例淡高中物理教學設計策略

陳德曹

當前的高中物理教學提倡讓學生在科學探究中獲取物理知識，并提升相關能力。與之相匹配的教學設計應該怎樣來處理呢？筆者以《超重和失重》一課為例，談談自己的具體操作。

1教學設計思想

本節內容的根本目的在于讓學生通過對“超重和失重”這一生活化物理情境的探究，進一步深化和活化有關牛頓運動定律的有關認知。相關教學目標可以這樣來界定：（1）知識與技能維度要求學生知道超重和失重的概念，從動力學的角度解釋兩種現象的原因，并能運用力學規律處理超重和失重的有關問題；（2）過程與方法維度要求讓學生結合有關實驗的體驗，總結歸納超失重現象的有關規律，并從中對有關物理方法和科學思維進行體會；（3）情感、態度和價值觀維度要求學生獲取科學探究以及團隊協作的情感體驗，并從中品味到物理探究的樂趣

2教學過程設計

2.1生動導入，激起學生學習興趣

【視頻播放】視頻1.游樂場中“過山車”項目進行中，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行營救。

師：過山車又叫“云霄飛車”，驚險刺激，我們在座的同學是否有關體驗呢？火箭升空時，宇航員為什么會因為加速度太大而發生暈厥呢？在軌道上，為什么宇航員能自由漂浮呢？相信你在學完本節內容之后會對上述問題有新的認識。首先，先請你回答一個問題，這兩段視頻資料涉及怎樣一些共同的物理現象？

生：超重和失重。

【課題呈現】超重和失重的本質是什么？相關規律又如何？

2.2層層鋪墊，引導學生積極探究

【問題分解】教師引導式提問：圍繞超重和失重這一課題，你認為應該要對哪些問題進行研究呢？學生展開討論并對問題進行了分解。

從學生的知識基礎和思維習慣積極預設學生對探究目標的分解情況：（1）超重和失重的概念如何界定？（2）超重和失重發生時，重力真的發生了變化嗎？（3）超重和失重的產生條件？

【探究鋪墊】引導學生對重力有關認識進行回顧并介紹輔助概念：視重。

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

生：重力是因為地球對物體的吸引而產生；重力大小和物體的質量以及當地的重力加速度有關；重力可以用彈簧秤或臺秤測量。

師：如圖1所示的彈簧秤和臺秤測量的是什么力？是直接對重力進行測量嗎？

生：彈簧秤測量的是它與重物之間的拉力，而臺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時，物體的重力與彈簧所提供的拉力（或臺秤的支持力）等大反向。

教師總結并引發思考：上述情境中，我們將“彈簧秤的拉力大小或臺秤的支持力大小”定義為“視重”，即看上去的重力。當物體處于平衡的時候，視重與實際重力相等。那么，如果物體處于非平衡狀態，視重與實際重力間有什么關系呢？

生：如果物體處于非平衡態，視重和重力不相等。

【實驗探究】教師引導學生進行實驗：讓同學之間相互配合，一學生將彈簧提著鉤碼向上運動或向下運動，另一學生觀察這一過程中彈簧秤示數的變化情況。

學生進行實驗，并記錄相關實驗細節：初始狀態系統靜止時，彈簧秤指針位置穩定，與以前所學相符，即示數為鉤碼的重力；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：實驗過程中，鉤碼的重力有沒有變？彈簧秤的示數還有什么特殊的意義嗎？

生：鉤碼的實際重力沒有發生改變，彈簧秤的示數表示視重的大小。

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

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

師：請回憶一下之前的實驗場景，你能說說哪些情況下發生了超重現象？3L有哪些情況下發生了失重呢？

生：彈簧秤提著鉤碼上升的過程中發生超重現象；向下運動時發生失重現象。

師：再好好想想，剛才的實驗中，上升階段只有超重嗎？下降過程中也只有失重嗎？

這是學生最容易發生誤解的地方，教師務必讓學生自我總結，及時將相關錯誤暴露出來。在此基礎上，教師引導學生進行反思和討論，引起他們認知上的頓悟。

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

師：正確。超失重現象與上升或下降沒有關系，那么具體說來和什么有關呢？動力學中聯系運動和受力的橋梁是哪一個物理量？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系，看看它們之間有何規律。

教師引導學生完成下列表格1，并要求學生完善超重和失重的現象歸納，并總結現象發生的條件。生：結合表格可知，當加速度向上時，物體發生超重；當加速度向下時，物體發生失重。

2.3理論聯系實際，促使學生認知提升

【理論驗證】

師：您能結合運動狀態進一步分析鉤碼受力特點嗎？

師：失重情形中有一種特例，即a=g時，F=0，這一現象稱為完全失重。

【深化認識】創設情境，強化學生對相關概念的理解。電梯向上啟動時，物體處于超重情形；電梯向上減速時，物體處于失重；火箭加速升空的過程中，對應超重過程；火箭進入軌道后，宇航員飄來飄去的場景其實是一種完全失重，當然這一現象的解釋還需后續階段的學習。

【課堂總結】引導學生對本節課的內容進行總結，梳理超失重的概念以及規律，并對探究過程進行回顧，交流科學方法的運用與收獲，最后布置作業。

3幾點反思

本課的教學設計立足于學生基礎和認知習慣，在充分激起學生興趣的同時，引領學生在科學探究的過程進行概念的總結和規律的發現，讓學生充分融入教學過程當中，有效體現學生樂于學習、積極探究的主體地位。整個教學設計在積極全面預設學生課堂學習情況的同時，也留有靈活生成的空間，實際教學過程學生反響很好，效果顯著。從這節課的設計，筆者總結出要想較好地達成三維教學目標，我們在教學設汁和實施過程中應該注意如下幾點：

（1）分析學情和教材科學制定教學目標

教學目標是整個高中課堂教學活動的出發點和歸宿，科學制定教學目標也是實現“深度學習”不可缺失的前提，如何制定目標呢？筆者認為與教材與考試的要求相比，符合學生實際情況顯得更為重要，在制訂目標的時候要充分了解學生，了解學生原有的認知水平、了解學生現有的學習理解能力，站在學生的角度進行設計，確保設計的課堂教學目標是學生主觀興趣上想完成的，客觀學習能力上是能夠完成的，學習目標上應該完成的，這樣才能利于學生深度學習的展開。在考慮學生具體學情的基礎上，對學生而言，不同知識的學習要求必須具體。

（2）注重物理實驗情境的創設

實驗是物理知識、概念形成和發展的基礎，查有梁先生提出了物理實驗教學的六大功能：“豐富感性認識，提高學習興趣；突破重點難點，理解物理概念；形成物理圖象，認識物理過程；啟發學生思維，增強探索精神；培養觀察能力，掌握實驗技能；養成良好習慣，學會科學方法。”物理實驗情境的創設除了要具有趣味性外，還要注意開放性。趣味性的實驗有利于對學生多感官實施刺激，促進學生身心均積極地投入到課堂學習活動之中；開放性實驗給學生提供了進行猜想、實驗設計、過程探究等更為廣闊的空間，同時由于探究存在不確定性，更大限度地刺激學生的思維，有利于學習主動性和創新思維能力的提升。