BOPPPS教學(xué)模式在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用
——以“自由落體運(yùn)動(dòng)”為例

葉希希 王汐檸 王慧珍 陳森森 葉晴瑩

(1. 福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院,福建 福州 350117；2. 福建省南安市柳城中學(xué),福建 南安 362399)

BOPPPS教學(xué)模式源于加拿大教師技能培訓(xùn)項(xiàng)目，是一種以目標(biāo)導(dǎo)向、學(xué)生為中心的教學(xué)模式。它由導(dǎo)入(Bridge-in)、學(xué)習(xí)目標(biāo)(Objective)、前測(cè)(Pre-assessment)、參與式學(xué)習(xí)(Participatory Learning)、后測(cè)(Post-assessment)和總結(jié)(Summary)六個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成。實(shí)踐表明BOPPPS教學(xué)模式是一種有效的教學(xué)模式，BOPPPS教學(xué)模式各個(gè)環(huán)節(jié)、功能及策略如表1所示。

表1

在自由落體運(yùn)動(dòng)的教學(xué)中應(yīng)用BOPPPS教學(xué)模式，一方面可以加深學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)知識(shí)的理解，另一方面可融入物理學(xué)史，以發(fā)展學(xué)生的人文素養(yǎng)，再者通過學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析和處理數(shù)據(jù)，培育學(xué)生的科學(xué)探究精神和創(chuàng)新能力。

1 導(dǎo)入

活動(dòng)：抓紙幣。教師說道：“我們一起做個(gè)游戲，這里有一張100元紙幣，誰能它抓住就是誰的。”

游戲規(guī)則：(1) 教師將紙幣折疊成長(zhǎng)條狀以減少空氣阻力，捏住紙幣上端，學(xué)生的兩手指位于紙幣中間位置(圖1)；(2) 紙幣釋放后，才能動(dòng)手抓紙幣。

圖1

游戲結(jié)果：學(xué)生總是抓不住紙幣。這引發(fā)了學(xué)生的好奇，學(xué)生不禁猜測(cè)：紙幣從手指間下落時(shí)間太短了，人的反應(yīng)時(shí)間不夠。教師順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生探究紙幣的運(yùn)動(dòng)。

設(shè)計(jì)目的：調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，引導(dǎo)學(xué)生思考游戲中的問題。

2 目標(biāo)

(1) 物理觀念：掌握自由落體運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)、特點(diǎn)及規(guī)律；

(2) 科學(xué)思維：了解伽利略在研究中運(yùn)用的“歸謬法”，建構(gòu)自由落體運(yùn)動(dòng)模型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，歸納總結(jié)出自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

(3) 科學(xué)探究：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律；

(4) 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過物理學(xué)史，感受物理學(xué)家對(duì)科學(xué)鍥而不舍的探索精神，能對(duì)生活中的現(xiàn)象做出解釋，養(yǎng)成安全意識(shí)。

3 前測(cè)

(1) 通過課前作業(yè)形式，讓學(xué)生簡(jiǎn)要介紹亞里士多德和伽利略的生平、成就，使學(xué)生意識(shí)到事物的發(fā)展總是在曲折中前進(jìn)的，不是一蹴而就的，使學(xué)生逐步養(yǎng)成探索自然的內(nèi)在動(dòng)力和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是、持之以恒的品質(zhì)；

(2) 以課堂口頭提問形式復(fù)習(xí)勻變速直線運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)。

4 參與式教學(xué)

4.1 輕、重物體下落得一樣快

問題1：在物體下落的過程中，輕的物體下落得快，還是重的物體下落得快，如何用邏輯方法予以證明？

問題2：為什么亞里士多德通過觀察會(huì)得出重的物體下落得快的結(jié)論？哪些因素影響物體下落的快慢？

演示：一張紙與一個(gè)鐵塊同時(shí)釋放，鐵塊先下落；半張紙揉成團(tuán)與一張紙從同一高度釋放，半張紙下落得快。

問題3：怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明你的觀點(diǎn)呢？

提供實(shí)驗(yàn)器材：牛頓管(圖2)。

圖2

對(duì)于以上幾個(gè)問題，學(xué)生間相互交流討論，提出：對(duì)于問題1可運(yùn)用伽利略的“歸謬法”，假設(shè)輕的物體下落得慢，重的物體下落得快，如將兩個(gè)物體用繩子連起來，輕的物體會(huì)把重的物體向上拉，重的物體會(huì)把輕的物體向下拽，因而整體速度會(huì)大于輕的物體，小于重的物體；然而將兩個(gè)物體連在一起后，那它們的重量就超過了重的物體，速度應(yīng)該是大于重的物體，這樣就與亞里士多德的說法相矛盾，從而推測(cè)：輕、重物體下落得一樣快。

通過問題2、3，領(lǐng)悟亞里士多德的“觀察事實(shí)—總結(jié)經(jīng)驗(yàn)”的研究方法的局限性，并通過演示實(shí)驗(yàn)猜測(cè)：由于空氣阻力的影響，導(dǎo)致物體下落快慢不同，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：將輕物體與重物體放在同一容器的同一高度，抽真空后同時(shí)釋放。

為了節(jié)省時(shí)間，教師拿出提前抽好真空的牛頓管，簡(jiǎn)要介紹牛頓管構(gòu)造：抽氣閥門、有機(jī)玻璃管，羽毛和金屬片等。介紹觀察的注意事項(xiàng)：由于金屬片較小，不易觀察，可通過金屬片撞擊管底的聲音，判斷是否與羽毛同步落到底部。然后在教室不同位置多次進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，盡可能使每位學(xué)生都看到。接著打開閥門使空氣進(jìn)入牛頓管，再次演示，使學(xué)生觀察羽毛與鐵片做落體運(yùn)動(dòng)的情況。最后引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：落體只受重力作用，自由落體運(yùn)動(dòng)是一種理想化模型。

通過層層遞進(jìn)的問題，讓學(xué)生相互討論，使學(xué)生成為課堂的主人，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。

4.2 探究自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)

問題1：你猜想自由落體運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)?

問題2：怎樣判斷物體是勻變速直線運(yùn)動(dòng)？

問題3：伽利略的猜想是什么？又是如何驗(yàn)證的？

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且通過觀察演示實(shí)驗(yàn)也可以發(fā)現(xiàn)作落體運(yùn)動(dòng)的物體速度越來越快，對(duì)于問題1很容易提出猜想：自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)于問題2的答案不唯一，可以通過計(jì)算各個(gè)時(shí)間段物體運(yùn)動(dòng)的位移，也可以通過測(cè)定v-t圖像的斜率、x-t2圖像的斜率等，通過討論培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

對(duì)于問題3，學(xué)生通過自學(xué)了解到伽利略提出了x∝t與v∝t的猜想，利用數(shù)學(xué)推理，發(fā)現(xiàn)若路程與時(shí)間成正比，推導(dǎo)出來的結(jié)果非常復(fù)雜，不符合自然規(guī)律是簡(jiǎn)潔和諧的信念，故他設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證v∝t的猜想，但因?qū)嶒?yàn)條件所限，難以測(cè)定速度，他利用轉(zhuǎn)化思維，將其轉(zhuǎn)化為驗(yàn)證x∝t2。接著教師介紹伽利略用滴漏計(jì)時(shí)，再次拿粉筆演示落體運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生用秒表計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)粉筆運(yùn)動(dòng)太快了，即加速度太大，伽利略采用了巧妙的方法來“沖淡”重力，即讓銅球從斜面上滾下來。

表2

圖3

4.3 研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

類比勻變速直線運(yùn)動(dòng)，研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律(表3)。

表3

5 后測(cè)

問題1：為什么放開紙幣后，我們抓不住紙幣呢？

問題2：高層建筑物越來越多，高空拋物的危害也越來越為人們所了解，試估算物體從教室4樓窗臺(tái)自由下落到達(dá)地面的速度。

對(duì)于問題1，100元紙幣的長(zhǎng)度為15.5厘米，根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，若能抓住紙幣需時(shí)0.126 s，而一般人的反應(yīng)時(shí)間為0.4 s，顯然是力不從心，讓學(xué)生根據(jù)科學(xué)知識(shí)破解游戲奧秘，增強(qiáng)其成就感，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的興趣。

對(duì)于問題2，一層樓的高度大約為3米，算出從四樓窗臺(tái)下落到地面的速度大約為40 km/h。很多社區(qū)、學(xué)校也有規(guī)定，窗臺(tái)、陽臺(tái)不許放置盆栽等，以杜絕安全隱患，從而提升學(xué)生的安全意識(shí)。

6 總結(jié)

讓學(xué)生制作自由落體運(yùn)動(dòng)的思維導(dǎo)圖(圖)，總結(jié)自由落體相關(guān)知識(shí)，鞏固本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

圖4

7 結(jié)語

將BOPPPS教學(xué)模式應(yīng)用于自由落體運(yùn)動(dòng)的教學(xué)，不僅促進(jìn)了學(xué)生對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解與掌握，還調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的成就感，也促進(jìn)了生生之間的交流互動(dòng)，提高了學(xué)生的核心素養(yǎng)，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。