初中物理綜合實踐活動的設計與實施
——以“研究奇妙的落體運動”為例

賈 麗 王春燕

(1.南京師范大學附屬中學仙林學校初中部，江蘇 南京 210046；2.江蘇省南京市棲霞區海門實驗初級中學，江蘇 南京 210000)

在初中物理教學中開展綜合實踐活動，是促進學生將多學科知識進行融合的需要，也是發展學生核心素養的有效保證。綜合實踐活動對學生的各項能力要求都比較高，它不僅要求學生具備豐富的物理基礎知識，而且應具備較強的分析和解決問題的能力、溝通與合作的能力、將所學內容進行拓展和遷移的能力。在綜合實踐活動中，學生經歷動手操作、解決問題等過程，體驗到物理學的科學性、嚴謹性和趣味性，提升交往、創新能力。然而，在實際教學中，教師將綜合實踐活動當作講授一節課來講授，將標準化的操作要領當成新的考點，讓學生熟記，這顯然失去了開展綜合實踐活動的意義。綜合實踐活動應該具有創新性、開放性，讓學生在體驗中提升能力，從而彌補原來以知識教學為主的不足。筆者以研究羽毛球的運動為例，展示綜合實踐活動的設計和開展情況。

1 發現“真問題”

1.1 發現問題

在初中物理教學中許多問題難以深入論證，但是學生對常見的物理現象又非常感興趣，總會提出一些新奇的問題，作為教師不能打擊學生的探索積極性，這就需要我們通過綜合實踐活動來幫助學生自己去領悟。“力與運動”單元蘊含著許多學生很想知道緣由的問題，可是又一時無法獨立解決。

如果直接問學生：物體下落速度與物重有關嗎？他們都能回答：無關。因為他們從小學科學課上或其他科學故事中知道伽利略對這一問題的研究，但是當我們追問：樹葉和石子一起下落時，為什么石子先落下？他們回答起來就有點困難了，甚至有學生認為下落速度還是應該與物重有關。再繼續追問：同時釋放一張展開的紙和用相同的另一張紙揉成團的紙團，哪個先下落？從兩者下落速度不同的生活經驗，又讓他們對前面的判斷產生疑惑。這就激發學生思考：影響物體下落快慢的因素有哪些？

1.2 提出猜想

學生根據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動。

教師引導學生思考：能否利用力與運動的關系，研究豎直方向的落體運動呢？進而引導學生提出猜想。

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，做變速運動。

小組B：物體在下落過程中，不同階段速度是不相同的，下落時的穩定速度可能與該物體的質量、形狀有關。

2 設計“真活動”

2.1 確定方案

針對有關落體運動的影響因素的猜想，需要設計實驗方案進行驗證。首先選擇合適的實驗器材，學生經過討論，決定選擇羽毛球作為研究對象，設計實驗方案，進行驗證。再根據物體在豎直方向下落的軌跡，判斷運動狀態的變化情況，分析受力情況，從而驗證小組A的猜想是否正確；通過作出的s-t圖像，分析物體下落時影響穩定速度的因素，從而驗證小組B的猜想是否正確。

2.2 確立目標

(1) 探究羽毛球的下落運動，分析在物體下落的不同階段的運動特點。

(2) 通過受力分析，嘗試對羽毛球的運動成因做出解釋，提高學生的透過現象找出本質的能力。

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

2.3 研究過程

經過討論，學生確定利用一幢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動，根據運動狀態分析羽毛球所受重力與空氣阻力之間的關系；畫出羽毛球運動的s-t圖像，探討物體下落時的穩定速度與物體的質量、形狀之間的關系。

2.3.1 小組A的活動過程

小組A的同學利用3層樓房，研究羽毛球在下降過程中運動狀態，并根據運動狀態分析羽毛球受到的重力與空氣阻力之間的關系。

(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動，觀察和描述羽毛球下落時的運動特點。

圖1

(2) 打開手機“頻閃”APP，拍攝羽毛球從靜止下落的視頻，自動生成頻閃照片，觀察兩個球托之間的距離，根據在相等時間內通過的路程描述羽毛球下落的運動。

(3) 為了便于觀察比較，可選用帶有均勻格子的背景墻，數出每兩個球托之間的格子數量(圖2甲)，說明羽毛球的運動性質，并說出依據。

圖2

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

實驗結束后，小組A的同學進行了如下的思考與交流：

(1) 根據羽毛球運動的點跡，描述其運動的整體特點。

(2) 運用學過的力和運動的關系，分別在圖2甲中A、B、C三點處的球托上畫出羽毛球在靜止、變速運動、勻速運動時受到的重力和空氣阻力的示意圖。

(3) 測出一塊磚的厚度s0、圖2乙中相鄰兩個球托的間距s、時間間隔t，可計算出羽毛球下落時的穩定速度。

2.3.2 小組B的活動過程

小組B想進一步探究以下問題：物體下落時的穩定速度與哪些因素有關？通過畫出的s-t圖像，分析物體下落時的穩定速度與物體的質量、形狀之間的關系。

(1) 將羽毛球從某一高度釋放，拍攝視頻，逐幀播放視頻，從下落穩定開始記錄羽毛球下落的距離s和時間t，畫出s-t圖像；在同一羽毛球的球托內黏上一些橡皮泥，重復上述實驗，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，在球托內黏上一些橡皮泥，借助托盤天平微調黏上的橡皮泥，使羽毛球的總質量與完好的羽毛球的質量相同，分別釋放兩羽毛球，畫出相應的s-t圖像。

圖3

(3) 對比以上s-t圖像，總結在豎直方向上落體運動的穩定速度與物體的質量、形狀間的定性關系。

活動結束后，小組B的學生還對以下問題進行了深入思考與交流：

(1) 球托內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量有關？

(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？

3 實現“真提升”

綜合實踐活動應側重于過程的體驗和能力的培養，在活動中培養學生的運用物理知識解決實際問題的能力，增強合作意識，體驗科學探究的樂趣。一個綜合實踐活動不能止步于一個問題的解決，而應引導學生提出更多問題，給學生提供機會改進實驗方案，進行深度探究，實現能力的“真提升”。結合上述案例，筆者提出以下開展綜合實踐活動的建議。

3.1 教師深度備課，巧妙引導學生開展活動

在開展綜合實踐活動時，教師事先要進行深度備課，預估學生在活動中可能遇到的問題，考慮問題解決方案，為綜合實踐活動的順利開展提供保障，使學生少走彎路，提高實踐活動的完成效率；教師應圍繞學生的實際情況，做好實踐活動設計，引導學生進行深度學習。針對羽毛球的下落運動，教師可引導學生對其進行延伸與拓展，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動特點。

3.2 引領學生運用信息技術進行探究，提升活動實效

綜合實踐活動要開展得好，不僅僅需要好的創意，還需要教師善于應用現代信息技術對活動進行輔助和優化，初中生對抽象和難以理解的事物不感興趣，但對于形象和直觀的現象、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間內羽毛球下落距離的變化，學生根據距離變化可判斷出羽毛球下落運動的特點。我們也可以利用DIS實驗系統的傳感器，對綜合實踐活動中的數據進行快速采集與處理，提升活動的實效性。

3.3 活動主題明確，切合學生需要

綜合實踐活動要主題明確，在活動過程中，一方面要反思活動中蘊含的物理知識點、能力提升點等，結合教學實際，及時查漏補缺、夯實知識基礎；另一方面，要引導學生在活動中認真合作、及時溝通，學會借鑒他人的成功經驗，提高自己的合作能力、分析解決問題的能力以及創新能力。