核心素養導向下的高中物理實驗教學探究
——以“超重、失重”為例

胡春燕

(江蘇省常州市武進區洛陽高級中學 213100)

“核心素養”近年來已逐步深入廣大教育工作者的心中.所謂核心素養，是指學生在學習過程中，逐步形成的適應自身終身發展和社會發展所需的關鍵能力和必備品格.本文以“超重、失重”為例，用自制教具創設情景，培養學生探究問題、解決問題的意識；通過反復設問和分組探究實驗幫助學生建立物理概念及物理觀念；利用真實的實驗數據，引導學生分析問題，探究物理規律，同時培養學生實事求是科學態度.

一、創實驗情境，激發學生探究興趣

超重失重是生活中的常見現象，但是學生一般只有生活體驗，而無相應的物理知識和物理概念，如何將生活體驗轉換為學生的探究興趣？我設計了一個演示實驗，讓兩位男同學拉交疊在一起的物理書，同學們都躍躍欲試，也有個別學生在小學初中做過相應的實驗，直接喊著拉不開的.然后我在拋起物理書的過程中輕輕一扯，書就拉開了.這個演示實驗，讓很多學生驚詫不已，很好的調動了學生的探究欲.

二、體驗性小組實驗，構建物理觀念

本節課的難點之一在于區別：視重、實重、超重、失重這四個易混淆的物理概念.為了讓同學們能實際的感受到視重不一定等于實重，我進行了如下設計：

師：你能利用手邊的實驗器材測出鉤碼的重力嗎?怎么測？

生：鉤碼靜止懸掛于彈簧測力計上，此時重力就等于測力計的讀數.

師：彈簧測力計顯示的是誰受到的拉力？

生：顯示的是鉤碼拉測力計的力

師：為什么鉤碼拉測力計的力等于鉤碼的重力？

生：二力平衡及作用力與反作用力的原因.

師：我們把鉤碼實際受到的重力稱為“實重”，在這里彈簧測力計顯示的力即眼能直觀看到的示數稱為“視重”，視重——研究對象對懸掛物的拉力或對支撐物的壓力.

師：視重一定等于實重嗎？你能讓視重大于實重，或視重小于實重嗎？

生：小組實驗，總結現象

加速上升時視重大于實重；減速上升時視重小于實重

加速下降時視重小于實重；減速下升時視重大于實重

師：視重大于實重的現象我們稱為超重.超重：物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)大于物體所受重力的現象.視重小于實重的現象則稱為失重.失重：物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)小于物體所受重力的現象.

體驗性小實驗，放手讓學生自己做一做，實際操作一下.可以幫助學生更為直觀的建立物理概念，物理模型的建立也更為深刻.

三、依據事實，探索物理規律

超重失重在實際生活中有很多例子，例如：過山車、蹦極、跳樓機、升降式電梯……為了讓學生能根據實際生活中的例子，歸納出發生超重失重的規律，教師利用以下器材，模擬跳樓機.如圖1.活動1：表盤式彈簧測力計由細線繞過兩個定滑輪與另一重物相連，靜止時讀出鉤碼對測力計的拉力，當掛上較重的重物時，待測物加速上升最后減速上升(模擬跳樓機上升過程)，讀出測力計示數的變化.當掛上較輕的重物時，待測物加速下降最后減速下降(模擬跳樓機下降過程)，讀出對應測力計示數的變化.分析數據，將實際情況填入表格.

序號視重與重力的關系(填“>”或“<”)運動方向速度變化情況(填“增加”或“減小”)加速度方向結論1N G2N G3N G4N G

引導學生分析：超重失重與運動方向有關嗎？超重失重時，物體所受重力變化嗎？是什么力發生了變化？根據表格，你能歸納出超重、失重的共同點嗎？

生：超重失重與運動方向無關.物體本身重力也沒有發生改變，是物體對懸掛物的拉力或對支撐物的壓力發生了改變.超重時，F>G，a向上；失重時，F

活動2：利用力傳感器，觀察超重失重時力隨時間變化圖.教師如圖2所示，手握住傳感器，先加速下降停止后，再加速上升，再停止，得到如圖3所示圖像.

由F-t圖，讓學生分析哪段時間內是失重，哪段時間內是超重，進一步加深超重失重的理解.

超重失重是牛頓第二定律的一個應用，物理思維能力的培養不能僅僅得到現象和結論，更需要應用已有知識來分析、推廣.

師：為什么超重時，F>G；而失重時，F

生：向下加速時(失重)：mg-F=ma,F=mg-ma

向下減速時(超重)：F-mg=ma,F=mg+ma>G

向上加速時(超重)：F-mg=ma,F=mg+ma>G

向上減速時(失重)：mg-F=ma,F=mg-ma

所以超重時，F>G；而失重時，F

師：當a=g時，F=0，此時物體處于完全失重狀態.在自然界有完全失重的現象嗎？

生：自由落體運動

師：我們一起來驗證下自由落體運動是不是完全失重狀態，即懸掛物對測力計的拉力是否為0？

學生按圖4、圖5進行實驗，紙簍中固定了一個彈簧測力計和手機，掛上重物，自由釋放紙簍，同時手機實施拍攝，利用希沃軟件同屏展示到一體機上.慢放視頻，可以清楚的看到測力計的示數變為了0.圖6所示.

四、理論應用實際，感悟物理核心素養.

師：我們知道在太空，宇航員都處于漂浮狀態，是完全失重，水滴在太空中會呈現球狀.在地球上，我們也可以讓水滴處于球狀，怎么做？

生：自由落體運動

師：除了自由落體運動，豎直上拋同樣可以實現.

活動3：學生將裝滿水的氣球(如圖7)，上拋及下落過程，觀察氣球的形狀與靜止時的區別.

師：利用完全失重狀態下，水滴成標準的球形，我們就可以利用這一原理來制作非常標準的球狀滾珠.

活動1、活動2、活動3的實驗設計過程符合物理核心素養科學探究中的“模型構建、科學推理、科學論證”的過程，這不僅培養了學生的動手能力，觀察、分析能力，鍛煉了學生適應自身終身發展的關鍵能力還培養了學生利用物理服務于社會的責任意識.物理源自于生活，也服務于生活.應用物理知識解決實際問題，是發展學生社會責任感的重要手段.

師：展示圖8裝置

師：你有辦法不用手推動滑塊而使彈簧縮短嗎？

學生上講臺展示自己的方法：釋放木板或上拋木板

師：為什么？

生：失重時，滑塊對木板的壓力減小，使得滑塊與木板間的最大靜摩擦力減小，彈簧就收縮到了一起.

師：現在你能解釋為什么在開始時兩位同學廢了很大勁沒能把書拉開，而老師卻絲毫不廢勁的把書拉開了嗎？老師是怎么做到的？你還能有其他辦法把書拉開嗎？

生：討論，分析

師：蹦床是一項大家喜歡的運動，它不像蹦極那么刺激，適合大眾玩樂，但是也能帶給我們明顯的超、失重感受.通過今天的學習你覺得在蹦床運動中，哪些過程中能感受到超重、那些過程又能體會到失重？

蹦床的超、失重過程較復雜，通過學生分析蹦床運動，不僅鞏固了超重、失重的知識，更拓展了學生的物理思維.

要把“學習知識”的教學轉化為“核心素養的”物理教學，顯然離不開物理實驗教學的設計，核心素養的培養不是一日之功，重視物理實驗教學，有助于發展學生的物理核心素養.本節課在建立“視重、實重、超重、失重”概念中培養了學生的物理觀念，在實驗探究、理論分析過程中培養了學生的物理思維能力和科學探究的思想，在理論應用于實踐中培養了學生的科學態度和責任意識.