以《超重和失重》为例淡高中物理教学设计策略

陈德曹

当前的高中物理教学提倡让学生在科学探究中获取物理知识，并提升相关能力。与之相匹配的教学设计应该怎样来处理呢？笔者以《超重和失重》一课为例，谈谈自己的具体操作。

1教学设计思想

本节内容的根本目的在于让学生通过对“超重和失重”这一生活化物理情境的探究，进一步深化和活化有关牛顿运动定律的有关认知。相关教学目标可以这样来界定：（1）知识与技能维度要求学生知道超重和失重的概念，从动力学的角度解释两种现象的原因，并能运用力学规律处理超重和失重的有关问题；（2）过程与方法维度要求让学生结合有关实验的体验，总结归纳超失重现象的有关规律，并从中对有关物理方法和科学思维进行体会；（3）情感、态度和价值观维度要求学生获取科学探究以及团队协作的情感体验，并从中品味到物理探究的乐趣

2教学过程设计

2.1生动导入，激起学生学习兴趣

【视频播放】视频1.游乐场中“过山车”项目进行中，乘客各种嗨翻天的尖叫和表情；视频2.电影《火星救援》中最后的高潮片断：马特达蒙乘坐“敞篷”火箭升空，火星轨道上其他宇航员以太空行走的方式进行营救。

师：过山车又叫“云霄飞车”，惊险刺激，我们在座的同学是否有关体验呢？火箭升空时，宇航员为什么会因为加速度太大而发生晕厥呢？在轨道上，为什么宇航员能自由漂浮呢？相信你在学完本节内容之后会对上述问题有新的认识。首先，先请你回答一个问题，这两段视频资料涉及怎样一些共同的物理现象？

生：超重和失重。

【课题呈现】超重和失重的本质是什么？相关规律又如何？

2.2层层铺垫，引导学生积极探究

【问题分解】教师引导式提问：围绕超重和失重这一课题，你认为应该要对哪些问题进行研究呢？学生展开讨论并对问题进行了分解。

从学生的知识基础和思维习惯积极预设学生对探究目标的分解情况：（1）超重和失重的概念如何界定？（2）超重和失重发生时，重力真的发生了变化吗？（3）超重和失重的产生条件？

【探究铺垫】引导学生对重力有关认识进行回顾并介绍辅助概念：视重。

师：无论是否是发生超重或者失重，我们都需要先处理三个问题，重力因何而发生？重力与什么因素有关？如何测定某物体的重力？

生：重力是因为地球对物体的吸引而产生；重力大小和物体的质量以及当地的重力加速度有关；重力可以用弹簧秤或台秤测量。

师：如图1所示的弹簧秤和台秤测量的是什么力？是直接对重力进行测量吗？

生：弹簧秤测量的是它与重物之间的拉力，而台秤测量的是它对重物的支持力，因此，它们对重力的测量都是间接测量。在物体处于平衡状态时，物体的重力与弹簧所提供的拉力（或台秤的支持力）等大反向。

教师总结并引发思考：上述情境中，我们将“弹簧秤的拉力大小或台秤的支持力大小”定义为“视重”，即看上去的重力。当物体处于平衡的时候，视重与实际重力相等。那么，如果物体处于非平衡状态，视重与实际重力间有什么关系呢？

生：如果物体处于非平衡态，视重和重力不相等。

【实验探究】教师引导学生进行实验：让同学之间相互配合，一学生将弹簧提着钩码向上运动或向下运动，另一学生观察这一过程中弹簧秤示数的变化情况。

学生进行实验，并记录相关实验细节：初始状态系统静止时，弹簧秤指针位置稳定，与以前所学相符，即示数为钩码的重力；弹簧秤上升过程中，指针先向下后向上，说明拉力的大小先变大后减小；弹簧秤下降过程中，指针先向上后向下，说明拉力的大小先变小后变大。

师：实验过程中，钩码的重力有没有变？弹簧秤的示数还有什么特殊的意义吗？

生：钩码的实际重力没有发生改变，弹簧秤的示数表示视重的大小。

师：也就是说刚才的实验过程中，视重有所波动，而实际重力没有发生变化。我们对上述视重大小变化的情况进行分类，视重大于实际重力的情况称为超重；视重小于实际重力的情况称为失重。对超重和失重这两个词中的“超”和“失”二字，你有何认识？请彼此讨论，交流你们的看法。

学生相互讨论，教师适时介入各组讨论，以了解学生基于超重、失重以及视重等概念的理解情况，并及时地给予学生肯定和表扬。

师：请回忆一下之前的实验场景，你能说说哪些情况下发生了超重现象？3L有哪些情况下发生了失重呢？

生：弹簧秤提着钩码上升的过程中发生超重现象；向下运动时发生失重现象。

师：再好好想想，刚才的实验中，上升阶段只有超重吗？下降过程中也只有失重吗？

这是学生最容易发生误解的地方，教师务必让学生自我总结，及时将相关错误暴露出来。在此基础上，教师引导学生进行反思和讨论，引起他们认知上的顿悟。

生：上升过程中，弹簧秤示数先变大后变小，即先超重后失重；下降阶段，弹簧秤示数先变小后变大，即先失重后超重。

师：正确。超失重现象与上升或下降没有关系，那么具体说来和什么有关呢？动力学中联系运动和受力的桥梁是哪一个物理量？是加速度。我们通过下面的表格来整理加速度与超失重的相互关系，看看它们之间有何规律。

教师引导学生完成下列表格1，并要求学生完善超重和失重的现象归纳，并总结现象发生的条件。生：结合表格可知，当加速度向上时，物体发生超重；当加速度向下时，物体发生失重。

2.3理论联系实际，促使学生认知提升

【理论验证】

师：您能结合运动状态进一步分析钩码受力特点吗？

师：失重情形中有一种特例，即a=g时，F=0，这一现象称为完全失重。

【深化认识】创设情境，强化学生对相关概念的理解。电梯向上启动时，物体处于超重情形；电梯向上减速时，物体处于失重；火箭加速升空的过程中，对应超重过程；火箭进入轨道后，宇航员飘来飘去的场景其实是一种完全失重，当然这一现象的解释还需后续阶段的学习。

【课堂总结】引导学生对本节课的内容进行总结，梳理超失重的概念以及规律，并对探究过程进行回顾，交流科学方法的运用与收获，最后布置作业。

3几点反思

本课的教学设计立足于学生基础和认知习惯，在充分激起学生兴趣的同时，引领学生在科学探究的过程进行概念的总结和规律的发现，让学生充分融入教学过程当中，有效体现学生乐于学习、积极探究的主体地位。整个教学设计在积极全面预设学生课堂学习情况的同时，也留有灵活生成的空间，实际教学过程学生反响很好，效果显著。从这节课的设计，笔者总结出要想较好地达成三维教学目标，我们在教学设汁和实施过程中应该注意如下几点：

（1）分析学情和教材科学制定教学目标

教学目标是整个高中课堂教学活动的出发点和归宿，科学制定教学目标也是实现“深度学习”不可缺失的前提，如何制定目标呢？笔者认为与教材与考试的要求相比，符合学生实际情况显得更为重要，在制订目标的时候要充分了解学生，了解学生原有的认知水平、了解学生现有的学习理解能力，站在学生的角度进行设计，确保设计的课堂教学目标是学生主观兴趣上想完成的，客观学习能力上是能够完成的，学习目标上应该完成的，这样才能利于学生深度学习的展开。在考虑学生具体学情的基础上，对学生而言，不同知识的学习要求必须具体。

（2）注重物理实验情境的创设

实验是物理知识、概念形成和发展的基础，查有梁先生提出了物理实验教学的六大功能：“丰富感性认识，提高学习兴趣；突破重点难点，理解物理概念；形成物理图象，认识物理过程；启发学生思维，增强探索精神；培养观察能力，掌握实验技能；养成良好习惯，学会科学方法。”物理实验情境的创设除了要具有趣味性外，还要注意开放性。趣味性的实验有利于对学生多感官实施刺激，促进学生身心均积极地投入到课堂学习活动之中；开放性实验给学生提供了进行猜想、实验设计、过程探究等更为广阔的空间，同时由于探究存在不确定性，更大限度地刺激学生的思维，有利于学习主动性和创新思维能力的提升。