基于項目學習的“力與運動”復習教學與分析

[摘 要]復習課的作用在于通過對已學知識的歸納整理、查漏補缺和拓展提升，使碎片化的知識系統化和結構化。將生活中的“原型”引入復習課，可以讓原本枯燥的復習課變得更加生動有趣，并促使學生在與情境進行深度“對話”的過程中不斷提高綜合運用知識的能力，培養學生遷移創新的科學思維。

[關鍵詞]項目學習;力與運動;科學思維;復習課

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）11-0053-04

復習課的作用在于通過對已學知識的歸納整理、查漏補缺和拓展提升，使碎片化的知識系統化和結構化，并發展學生的科學思維，提高學生解決實際問題的能力。簡單的知識重復和習題訓練，顯然不能發揮復習課的最大功效，因此如何設計一節有趣、有效、有思維含量的復習課，是不少一線教師長期以來思考的問題。

“力與運動”是蘇科版物理八年級下冊第九章的內容，由“二力平衡”“牛頓第一定律”和“力與運動的關系”三部分內容組成。《義務教育物理課程標準（2011年版）》對這部分內容的教學要求是：教學時應注意聯系學生的生活實際，采用多樣化的教學方式，發揮實驗在物理教學中的重要作用，讓學生經歷對知識的探究過程，發展學生探究問題和解決問題的能力，培養學生的科學態度和科學精神[1]。教學實踐中，筆者發現許多學生能熟練地說出相關定義、概念和規律，可一旦碰到陌生的題目或情境，他們就會手足無措，不知道該如何運用所學知識解決問題，更有不少學生對“力是改變物體運動狀態的原因”這句話的理解僅停留在字面上。

為了加深學生對所學知識的理解，培養學生綜合運用所學知識的能力，筆者以簡易“防潑灑端杯器”（英文名稱：Spillnot）的制作和使用為主線，嘗試設計了一節以項目任務驅動的復習課，將“力與運動”的相關知識融入其中，讓學生在真實的情境中發現問題，在解決問題的過程中運用知識，在運用知識的過程中發展思維，取得了比較好的教學效果。

一、原型導入：促進學生與情境的深度“對話”

物理教學中的“原型”是指具有教學啟發意義的實物（圖片）或實例（情境、活動）。本節課開始，筆者先拿起杯子喝了一口水，在放下杯子的時候“不小心”將水從杯子里灑出來了一些，然后問學生：“生活中我們應該都遇到過類似的情況，大家能用所學知識解釋水為什么會從杯子里灑出來嗎？”學生思考后，很快給出了答案：一開始杯子和水一起向前運動，后來杯子停止運動了，水因為慣性繼續向前運動，所以就從杯子里灑出來了。在肯定了學生的答案后，筆者繼續提問：“你們有沒有什么辦法，不讓水從晃動的杯子里灑出來呢？”學生根據生活經驗給出的解決辦法是“給杯子加個蓋子”，此時筆者展示圖片（如圖1）并說道：“我在網上看到有一個外國朋友發明了一種‘防潑灑端杯器，據說將裝了水或飲料的杯子放在這個裝置的托盤上，就算不給杯子加蓋子，在拎著這個裝置晃動的過程中，杯子里的水或飲料也不會灑出來，你們見過或者使用過這個‘神奇的裝置嗎？”學生將信將疑地搖搖頭，表示沒有見過這種裝置，于是筆者又說道：“那么這節課我們就一起制作一個簡易的‘防潑灑端杯器，看看這個裝置是不是像網上描述的那么神奇，大家有興趣嗎？”在學生充滿期待的注視下，筆者拿出了一個已經制作好的簡易“防潑灑端杯器”（如圖2），讓他們仔細觀察并交流討論：制作這個裝置需要哪些器材？（衣架、硬紙板、托盤、細線、雙面膠、橡皮筋）制作的步驟是怎樣的？當然，在這個過程中，筆者還跟學生分享了一些制作的小技巧。

學生觀察和思考的過程也是他們與情境“對話”的過程，適恰的“原型”能夠激起學生的學習興趣并喚醒他們的已有經驗，促使他們與情境進行深度“對話”。制作本裝置所需的器材容易獲得，制作過程也不復雜（一般5分鐘左右就可制作完成），在學生明確了制作流程后，參與度和完成度都很高。因為學生基本都沒有使用本裝置的經驗，而且他們對“使用這個裝置后，水真的不會在晃動的過程中從杯子里灑出來嗎？”充滿了疑問，所以在觀察和交流的過程中都格外認真和仔細，這樣有助于提高學生后續學習的內驅力。

分析：“慣性”是力學中的一個重要概念，學生能說出它的名稱卻不一定能夠深刻地理解它的內涵。本環節的教學由“水從杯子里灑出來”這一生活中的常見現象引出，接著讓學生解釋“水為什么會灑出來”，學生的回答一般都是“因為水具有慣性”，此時教師應該繼續追問：“那杯子不是也具有慣性嗎？它為什么沒有被甩出去呢？”并讓學生詳細描述水和杯子的運動狀態及改變情況，幫助學生明確杯子和水都具有慣性，但手對杯子的力改變了杯子的運動狀態，進而加深學生對這部分內容的理解。此外，本節課并沒有按照教材安排的章節順序進行復習，而是讓學生在面對實際問題時，學會應用適合的知識去解決問題，這樣有助于提高學生分析問題和解決問題的能力。

二、交流評價：提升學生綜合運用知識的能力

學生運用所學知識解決問題的過程，也是他們將所學知識內化和重組的過程，創設真實的問題情境有助于這個過程的發生。當大部分學生的簡易“防潑灑端杯器”都制作完成后，筆者請幾組學生展示自己的作品，在展示的過程中，學生發現：將該裝置拎起并懸空后，有些小組制作的“端杯器”的底部支撐桿（如圖3的AB部分）無法在水平位置平衡，也就是說如果將裝有水的杯子放在如圖3所示裝置的托盤上，杯子會處于傾斜狀態，水很容易灑出來，這個裝置也就起不到“防潑灑”的作用了。經過討論，學生找到了解決辦法：適當調節圖3中AB邊和CD邊的夾角，保證該裝置在拎起并處于懸空的狀態時，AB邊能在水平位置平衡。解決了問題之后，學生很開心，都迫不及待地將裝有水的一次性杯子放在他們制作的“端杯器”的托盤上，想驗證“端杯器”是不是真的那么“神奇”，但在這個過程中，學生又發現了新的問題：當裝有水的一次性杯子放到托盤上并拎起懸空時，“端杯器”再一次發生了傾斜，底部的支撐桿（AB部分）又無法在水平位置平衡了，水從一次性杯子里灑了出來，這又是怎么回事呢？看著學生疑惑的目光，筆者展示了如圖4所示的裝置，引導學生發現：將杯子放在托盤上（圖4中的杯內未裝水）并往杯內倒入水后，整個裝置的重心會往左偏移（圖4中標出的是重力作用的大致位置），導致裝置受到的拉力和重力不在一條直線上，所以整個裝置會發生旋轉，直至兩個力在一條直線上，整個裝置才能保持平衡，因此在制作的過程中，我們需要調整托盤（及紙板）的位置，使托盤的中心位于拎繩懸掛點的正下方，這樣在放上裝有水的杯子后，整個裝置的重心就不會有明顯的偏移，才能盡量保證裝置底部的AB部分在拎起并懸空的狀態下水平平衡。

此外，筆者給學生提供了兩個由不同材質制成的托盤：一個是塑料做的，與杯底的接觸面比較光滑;另一個是橡膠做的，與杯底的接觸面相對比較粗糙。在展示的過程中，筆者還與學生一起討論了“到底選取哪種材質的托盤比較好”的問題，通過討論發現：當整個裝置處于靜止時，杯子在重力和支持力的作用下保持靜止狀態（如圖5），但當裝置向右（左）擺動時，杯子由于慣性仍然要保持靜止，需要托盤給它一個向右（左）的摩擦力，改變杯子的運動狀態，使杯子和裝置一起向右（左）擺動，這樣杯內的水、杯子和托盤才能在晃動過程中保持相對靜止，水才不容易從杯子里灑出來，即在使用過程中，托盤與杯子之間的摩擦屬于有益摩擦，因此我們應該選擇接觸面較為粗糙的托盤。

學生在解決問題的過程中內化知識、積累經驗，但“解決問題”不能簡單地等同于“習題訓練”。雖然習題中也包含了一些實際問題，但這些習題都是經過出題者加工、處理過的問題，不容易引起學生的共鳴。本環節中，學生在動手制作的同時不斷發現問題，為了改進裝置，他們需要不斷地運用所學知識解決問題，在主動運用所學知識解決問題的過程中，學生既復習鞏固了已學知識，又鍛煉了靈活運用知識的能力。

分析：制作簡易“防潑灑端杯器”的過程中需要兩次調節放托盤的支架（AB邊），使其在水平位置平衡，第一次是在托盤上放入水杯前，第二次是在托盤上放入裝有水的水杯后，其中第二次調節對學生來說有一定的思維難度，需要教師適當引導。二力平衡需要滿足四個條件，在探究“兩個力應在一條直線上”這個條件時，教材安排的實驗是這樣的：先用手將卡片旋轉一定的角度，讓卡片受到兩個不在一條直線上的拉力，再松手并觀察卡片最終平衡時的位置情況，由此得出結論。“卡片旋轉恢復到原來的位置”是一瞬間的事情，導致有些學生并沒有看清實驗現象，也沒有理解這個實驗操作的目的，因此需要教師在分析“為何放上水杯后支架會旋轉”“如何調節支架在水平位置平衡”等問題的過程中放慢“腳步”。首先對整個裝置進行受力分析并畫出相關圖像，再與教材上的實驗進行類比，從而加深學生對所學知識的理解，同時找到解決問題的辦法。

三、拓展延伸：培養學生遷移創新的科學思維

科學思維是一個內涵豐富的概念，包含抽象建模、科學推理、科學論證、質疑創新等多個方面，科學思維的培養需要以具體的學習活動為載體。制作成功并驗證“端杯器”確實很“神奇”后，筆者告訴學生：剛才我們在制作這個裝置的過程中，運用了許多與力學有關的物理知識，其實在使用這個裝置的過程中，也包含許多與力學有關的物理知識。

本環節中，筆者設計了兩個與“使用”有關的力學問題：1.使用過程中，整個裝置會左右擺動，當裝置擺動到右側最高點時，它的速度是多少？此時它是否處于平衡狀態？為什么？2.當整個裝置在豎直平面內自由擺動的過程中，托盤和杯子之間是否存在摩擦（忽略空氣阻力的作用）？其中設計問題1的目的是幫助學生區分“瞬間速度為零”和“保持靜止”，并在受力分析的同時，引導學生發現：將整個裝置抽象成一個小“擺球”，可以使研究更加簡單、直觀，為后續的探究中需要用到“抽象建模”的思維做好鋪墊。

問題2是整節課中最有思維含量的問題，因為所學知識有限，初中生無法通過受力分析得出結論，所以筆者引導學生設計實驗來驗證自己的猜想。學生思維進階的過程如下：（1）如果托盤和杯子之間有摩擦的話，應該屬于靜摩擦，靜摩擦是因為物體間具有相對運動趨勢而產生的，如果晃動過程中托盤和杯子運動的方向和速度的大小均相同，則它們之間沒有相對運動趨勢，反之則有;（2）在杯子與托盤一起運動的過程中，我們無法判斷它們之間是否具有相對運動趨勢，所以需要將兩者分開擺動，并進行對比;（3）根據之前的經驗，我們可以將這個裝置抽象成一個擺球，而杯子在擺動的過程中受到重力和始終指向圓心的支持力，與擺球的受力情況類似（如圖6），即杯子（包括水）受到的支持力與擺球受到的拉力產生的效果相同，所以杯子（包括水）也可以抽象成一個擺球;（4）杯子（包括水）的重力與裝置的重力不一定相同，為了保證實驗的嚴謹性，應選取兩個重力不同的擺球進行實驗;（5）“擺長”是懸掛點到擺球重心的距離，如果杯子（包括水）的重心與裝置的重心不重合，則應選取擺長不同的擺球進行實驗，如果兩者的重心正好重合，則應選取擺長相同的擺球進行實驗。

完成分析后，進行實驗操作，實驗操作過程比較簡單，而且實驗現象很明顯：當兩個擺球的擺長不一樣時，它們擺動的速度明顯不同;當兩個擺球的擺長及擺動方向相同時，它們的擺動速度基本相同（實驗中很難控制擺長完全相同）。這是一個學生從未接觸過的實驗，在設計的過程中需要用到抽象建模、轉換、等效替代等多種科學方法，而且需要學生在創新的前提下將已有經驗靈活地運用到新的情境中，這對學生的思維提出了較高的要求，因此需要教師根據學生的實際情況適當地加以引導。實驗結束后，學生經過討論還發現：實際生活中，因為杯子的重力和倒入水量的多少都不是完全相同的，所以杯子（包括水）的重心和裝置的重心完全重合的可能性很小，也就是說在大多數情況下，杯子和托盤之間在晃動的過程中是存在相對運動趨勢的，再一次證明我們在制作“端杯器”時應該選擇接觸面相對比較粗糙的托盤。

分析：本環節的教學設計，期望達到兩個目的：1.幫助學生更好地理解“力是改變物體運動狀態的原因”;2.在創新實驗設計的過程中培養學生的科學思維。針對“問題1”，教師應引導學生從兩個角度去理解：第一，物體在最高點時雖然速度為零，但無法保持靜止，因此此時物體不能處于平衡狀態;第二，對物體進行受力分析，發現重力和拉力不在一條直線上（兩個力的大小，初中階段無法比較），即物體受非平衡力作用，因此物體的運動狀態會發生改變。“問題2”的解決對學生綜合運用知識的能力要求比較高，教師需根據學生的實際情況進行必要的指導，幫助學生搭建思維腳手架，促進學生的思維向縱深發展。

從教學實踐的角度出發，本文設計的“復習課”并不能完全替代“習題課”，但如果能夠在教學的過程中，時不時給學生來一節“不一樣”的復習課，還是很有必要的。一方面，可以激發學生的學習興趣;另一方面，也有助于學生在從“原型”到“模型”再到“原理”的實踐過程中，提升自身的動手操作能力，將思路方法轉化為自身的素養。期待大家在以后的教學過程中不斷嘗試，設計出更多“不一樣”的復習課。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準：2011年版[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]? 邢紅軍.初中原始物理問題教學研究[M] .北京：中國科學技術出版社，2016.

[3]? 盛建國.基于原型與經驗的物理深度學習策略[J] .物理教學，2019（8）：44-46，68.

[4]? 黃冠.以“對話”促“經驗”：《二力平衡》教學探索[J]. 教育研究與評論（中學教育教學），2020（9）：88-91.

（責任編輯 易志毅）