物理綜合實踐活動

胡芳 毛國永

[摘? ?要]物理綜合實踐活動是以物理學科知識為基礎，體現物理學科特點，帶有物理學科特色的實踐類活動。教師在綜合實踐課程中要融入生活、評價、創新等綜合元素，以激發學生的求知欲望，使學習效率得到提高，推動學生全面發展。

[關鍵詞]物理綜合實踐課; 綜合元素; 全面發展

[中圖分類號]? ? G632? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）20-0055-03

物理綜合實踐活動是以物理學科知識為基礎，體現物理學科特點，帶有物理學科特色的實踐類活動。該實踐活動以課堂教學為原點，從培養學生科學核心素養的角度出發，為學生創建超越教材、超越課堂、超越學校的更加開放的活動空間，并向學生家庭生活領域和社會生活領域延伸。現在，物理學科綜合實踐活動已成為物理教學的一種新的形式。但由于其耗時長、準備煩瑣、學生安全得不到保障等一系列問題，造成此類課程沒有被學校和物理教師重視。雖然《義務教育物理課程標準》在課程內容中對其明確提出了活動建議，但從課程實施的層面看，無論是教材還是教師教學用書上，此類課程的資源都是相當匱乏的。為了完善物理綜合實踐活動課的課程資源，筆者在物理教學中進行了一系列的嘗試，現以制作水火箭的綜合實踐活動為例，談談在開展物理綜合實踐活動中如何引導學生進行實踐體驗，從而培養學生的實踐能力。

一、活動主題的選擇

我國從發射“神舟七號”到發射“天宮一號”，從“天宮一號”的設計到發射，只用了很短的時間，這在國際航天領域是令人矚目的事件。在國際空間科研和實驗中，我國的進展最快。如此種種，讓無數的中華少年感到由衷的自豪，激發了他們對航空航天技術的濃厚興趣。為了初步了解火箭發射的有關知識，我們選擇了水火箭的制作和發射活動。水火箭制作是寓教于樂、科技含量高，深受廣大青少年喜愛的動手、動腦的科普活動，可以讓我們直觀了解運載火箭的發射、升空、回收的過程，了解一些基本的空氣動力學和飛行力學方面的知識，讓廣大青少年了解航天科技，熱愛航天科技。

二、活動目標的確定

（一）知識目標

1.根據水火箭運行原理，結合火箭實體，初步了解火箭發射的有關知識。

2.關注模型制作要點，尋找身邊合適材料并制定方案，辨析各結構尺寸精密度的重要性，培養學生的制作技能。

3.在自制水火箭升空的展示過程中總結經驗，并不斷改進，將反思寫入小論文中。

（二）能力目標

從簡單的操作著手，培養學生的觀察能力和動手能力，并通過參與小組活動，培養學生的表達能力與交流能力，同時提高學生的合作意識。

（三）情感目標

讓學生在實踐中反復探究，同時借助已有生活經驗、學習他人經驗等再創造，在這個過程中培養學生的合作精神、探究意識及認真細致、敢于創新、一絲不茍的科學態度。

三、活動的實施過程

（一）鏈接科學知識，查找資料，設計方案

1.師生共同討論：根據火箭的構造，需要哪些生活物品作為實驗器材？并將討論結果填入下表。

[火箭實體 箭頭 箭身 機翼 發射器 水火箭模型 PVC塑料板或硬卡紙 塑料瓶 PVC塑料板 打氣筒 ]

2.讓學生討論并形成初步方案、網上搜尋資料，然后制定活動步驟（PPT），全班交流改進：

（1）取一個完整的瓶子，將底座取下，作為火箭頂端。將其與另一個瓶子的底部相連接，用防水膠帶加以固定。

（2）用鉛畫紙卷出一個錐形的火箭頭（減小阻力），將火箭頭放正，用防水膠帶在連接處固定好。

（3） 在鉛畫紙上設計好尾翼的尺寸、形狀（可依喜好），然后依照這個模型在PVC塑料板上剪出尾翼，一般為三片或者四片，然后固定機翼于水火箭身上。

[設計意圖]研究課題確定之后，教師要引導學生自主學習，完成器材的選擇和活動步驟的確定，并進行小組分工。同時教師及時對學生的設計進行評價，這樣有助于學生明確綜合實踐活動的目的。由于此次實踐活動需要制作的內容較多，所以活動的設計和器材的選擇，教師要引導學生在第一課時完成。

3.需要準備的實驗器材。

器材：4個相同型號的汽水瓶、剪刀、膠帶、雙面膠、彩色裝飾紙、PVC塑料板、特殊打氣筒（如圖1）等。

微共體討論：對照自定實驗步驟與教師展示的成品，看看還有哪些地方需要細化，請在微共體組織下討論并提出修改意見。

[設計意圖]具體器材的準備和制作，師生經過較長時間對比探討。如做機頭的材料，覺得不應太重也不應易變形，故所選的材料要好，但考慮到要折成一個錐形，學生就初選了鉛畫紙，主要從可折疊性出發。做機翼的材料，要考慮輕薄，且不易變形，還要減小空氣的阻力，學生一開始找了鉛畫紙，主要是考慮易裁剪，但實際剪下來之后軟趴趴的，安裝上去感覺撐不起來，而且在飛行過程中估計容易變形，所以他們請教了老師后，確定選用PVC塑料板，這種材料比較硬，做機翼應該可以撐起來，且不易變形。對于發射裝置的發射臺，學生都有些犯難，因為要用打氣筒往瓶內充氣，還要保持密封性，由此學生想到了打氣裝置，但打氣筒的嘴比較小，跟瓶口不搭配，他們就在網上尋求幫助，發現淘寶上有專門的配汽水瓶的打氣裝置，價格也不貴，而且還搭配發射開關，可以先打氣后發射，很安全，所以學生果斷采用了該裝置。另外學生還想到為了美觀，可以裝飾些彩紙，這樣不僅美觀而且也可以使機身更平衡些。

（二）動手操作，合作交流，不斷革新

1.器材的準備

工具：剪刀、圓規、鋼直尺、橡皮、圓珠筆、水桶、發射架、噴嘴。

材料：大膠帶、硬紙板4張、兩個同型號飲料瓶（2.5 L雪碧瓶）、塑料PVC板、彩紙。

2.模型制作

箭身做法：裁剪掉一個汽水瓶的底部和頂部，如圖2中1、2號虛線，然后與另一個完整瓶子的底部相連接，用防水膠帶加以固定，如圖3。

火箭頭做法：用彩色卡紙做一個與汽水瓶上部形狀相同的圓錐模型，緊套于汽水瓶上部，并沿卡紙底線將瓶的上部剪下，如圖2中的1號虛線，最后用膠帶將整個火箭頭外表面纏緊，如圖4。

機翼做法：

（1）在PVC塑料板上用筆畫成兩個梯形，剪下。尾翼的尺寸、形狀可依喜好加以改變。

（2）在離梯形底邊一厘米處，往外折起90°（作為固定在機身上用的托），另一個用同樣的方法制作，并將兩部分梯形的剩下部分黏合。

（3）翻開尾翼的托，將它粘貼在瓶身上。

（4）用同樣的方法將四片或三片尾翼均衡黏貼于瓶上（如圖5）。

注意：在使用過程中要小心，裁剪后的瓶身比較鋒利，要小心觸摸。

[設計意圖]愛動是孩子的天性，但學生盲目地動只會讓課堂紀律散漫。因此我們在設計實驗步驟時，要有大概的方向，要讓學生參與進來，細化每個步驟，讓他們在每次嘗試時雖失敗但能總結經驗，為下次的成功做好經驗積累。當然學生動手能力有強有弱，所以初試時采用微共體討論的形式，大家互幫互助，遇到困難時，學生能解決的，就讓學生自主解決，解決不了的可記錄下來，再在課堂上完善?？v觀這幾個環節有以下疑問：

比如，瓶底該從哪里剪起，才能順利地把另一個瓶身套進去？火箭頭的樣子要做成怎樣的形態，才能更有效地減小阻力？火箭機翼是一大難點，很多學生在初試時都在此處卡住了，他們一般會把鉛畫紙剪成三角形，但不曾想如何將其黏貼在瓶身上。沒有固定的托，機翼很容易自然脫落，更不用說飛行了。還有他們在粘貼機翼時容易倒置，將機翼的短邊靠近尾部，但根據空氣動力學，長邊應該靠近尾部（下面是一個完整瓶的瓶口）更好。針對這些問題，我們沒有直接給予答復，而是讓他們記錄下來，一起討論解決?？上攵谝粋€水火箭大多數是失敗的，30分鐘過去了，學生都面露疑惑，此時，教師可組織學生取長補短，討論更佳的制作方案。

我們以微共體為單位，羅列了一些組遇到的困難和自行解決的方案，他們還將這些記錄到了自己的小論文中。

①在機身制作的過程中，我們發現，將兩個可樂瓶套在一起比較困難，所以我們采取了簡易方法，在底部被剪去的可樂瓶的裁剪部分剪幾刀，卓有成效。

②在機翼制作的過程中，我們發現，單單剪下四個機翼，難以固定在可樂瓶上，于是，我們在裁剪過程中，留下了粘置雙面膠的長條。這樣，在固定機翼時就方便了很多。

③在制作火箭頭的過程中，我們發現，火箭頭很容易歪。于是，我們就讓兩人配合，一人用尺子比畫，一人固定火箭頭，這樣火箭頭就不那么歪了。

有了這些鋪墊，我們給出了較完整的實驗方案，學生用剩下的兩個汽水塑料瓶開始制作，當然在制作成功的基礎上，有些小組還別出心裁地畫上花紋，或搭配顏色，玩得不亦樂乎（成品如圖6）。

（三）嘗試飛行，總結成敗，大膽創新

各小組帶上作品到指定的發射地點（空曠且無閑雜人等）集合。按名冊序號，兩人一組做如下準備：

1.在水火箭中灌好水（水量自調，想想水量多少，會影響飛行質量嗎？），并將瓶蓋上的環取掉。

2.將瓶口安放在發射底座上的閥門內，按下底座上的按鈕，嵌入瓶嘴，放開按鈕，聽到“扣”一聲響，說明已放置嚴實，不然要重放。

3.開始往火箭體內（瓶身）打氣，要求自行控制打氣速度和打氣量，想想為何這么打？

4.一切妥當之后，按下連著閥門的剎車把，水火箭就會彈射出去。

5.記錄作品飛行的距離。

6.改進作品，想想我們是否有更好的方法，使它飛得更遠？

[設計意圖]放飛水火箭是學生最期待的，也是最開心的，因為不僅能看到自己的作品飛上天的壯觀場面，而且也能檢驗作品的質量。但在水火箭飛天的過程中，還有幾個環節可直接影響成績的好壞。至此，在教學中刻意地留了幾個問題，當然還有一些是在做中發現的。我們給每個小組三次機會，希望學生能在不斷地摸索中找到最佳的飛行方法。另外，此次飛行用到彈射裝置，有些危險，所以教師應先示范一次，邊做邊講。在初次嘗試時，學生的成績都不太理想。主要存在這些問題：

1.有不少組的水火箭在空中散架了，場面極其壯觀;

2.大部分組，飛行路線偏離，曲線運動趨勢較大;

3.有少數小組的水火箭制作優良，但飛行路程較近，存在疑慮。

針對以上問題，學生積極思考，不僅在制作上重新改進，而且在飛行操作上也思量再三。經過探討，得出以下解決方法：

1.水箭頭應該再堅固一些，防止水火箭損壞。在粘火箭頭時一定要粘正，否則飛出去后方向會偏。

2.機翼可以多做幾個，每個的大小要盡可能相同，機翼越多，水火箭飛行時越穩。在粘機翼時一定要注意，要將機翼均勻地粘在機身周圍，否則飛行時水火箭會在空中搖擺不定，無法收到良好的效果。

3.裝水時不要裝太多，充氣后飛出一段距離后，氣體耗盡，剩下沒排出的水留在瓶內，增加了水火箭的重量，建議加水量應為瓶身的四分之一到三分之一。

4.在發射時角度不能太大，和地面的夾角成40°即可。

5.打氣時要快而足，保證內部有足夠的空氣，推動水火箭飛行。

……

學生的想法還有很多，通過他們的改進，有些水火箭飛行了100多米，他們歡呼雀躍。當然除了玩，他們也不忘把這些想法記錄到他們的實驗小論文中，成為他們寶貴的學習財富。

四、教學反思

在物理課程標準的指導下，我們開展了這次有意義的制作活動。作為一種有特色的學習方式，綜合實踐活動對學生多方面素質的養成具有重要的意義和獨特的價值，體現了STEM教育理念。然而STEM 素養并不是將科學素養、技術素養、工程素養和數學素養進行交叉組合，而是把學習者頭腦里的知識與解決問題的過程轉化成不斷探究發現新事物的過程?；谶@個要求，我們在實踐中也發現很多問題：

1.制作課常遇到的一個難題，即課堂紀律的控制問題處理乏力。測試過程中的流程沒有很好地控制，雖然將紀律納入了成績總分和讓組長控制紀律，但在水火箭發射的過程中紀律還是太亂。

2.沒有預想到學生測試時操作速度太慢，大部分時間耽擱在調節噴嘴、發射架等工作上，而不是用于發現問題、分析問題和解決問題。導致這個環節草草收場。

3.本節課最能提高學生技術素養的評價階段，教師包攬過多，沒讓學生深入思考，若能讓學生通過現象分析問題本質，效果會更好。

4.學生在動手實踐項目上的大量時間和精力投入與傳統學科的學習存在沖突。

希望以后的物理綜合實踐課能很好地處理這些問題，提高教學效率，更好地培養學生的探索、創新能力。

五、結束語

作為科學教師，重要的不是傳授多少知識給學生，而是要為學生打開一扇通往科學殿堂的大門，培養他們的自學能力、消化能力、設計能力和創新能力，這才是科學課堂回歸自然、回歸理性的關鍵所在。

（責任編輯 易志毅）