基于物理核心素养下的《超重与失重》实验设计研究

【摘要】物理实验在新课程实施中占有重要地位，对提高学生的科学素养起着关键的作用。本文主要讨论的是超重与失重教学设计与实验改进，用简单的材料制作了超重与失重演示仪，使学生在课堂上能明显，直观的观察实验现象，深入理解超重与失重现象，激发学生的学习兴趣，在实验操作中锻炼动手能力和提高科学素养。

【关键词】物理核心素养 超重与失重 实验设计

【课题】本文为广西教育科学“十三五”规划课题《高中物理核心素养教育改革的实践研究》阶段性成果。

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）25-0184-01

近年来，教育部发布《普通高中课程方案和各科课程标准（2017年版）》，提出了“学科核心素养”，其中物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的要素构成。基于物理核心素养的课程改革和教学改革正逐渐渗透到物理教学中。物理实验在新课程实施中占有重要地位，对提高学生的科学素养起着关键的作用。

超重与失重这节课程在高中物理中是典型的一节联系生活实际的内容。超重与失重实验演示需解决的主要问题是：当物体处于超重或失重状态时，测力装置受力情况的变化怎样才能清楚地表现出来，在此本课题主要着眼于实验设计或改进显示装置。

方案1通過观察其他物理量变化显示“超重与失重”现象

利用物体形变等现象观察超重和失重现象，如图，①找一根钢锯条（或折一根富有弹性的竹条）在其一端系挂一砝码，上下振动，看钢锯条的弯曲情况；②用纸带挂重锤，在快速提升中纸带会断裂；③把一个手电筒调到刚好接触可以点亮，在失重中可以看到电筒的亮和灭，或者做个简易电路，在上下运动中看到电路的接通和断开反映“超重和失重”现象；④利用装满水的瓶子，下面开小孔，在失重状态下观察水是否流出来。

图1

学生通过自主体验、小组互动等方式改变学生以往的学习方式，体现新课程提倡自主学习的新理念。

方案2 利用弹簧秤（台秤），“读出”超重与失重现象

在讲到“超重和失重”时，教科书以升降电梯为例，都是通过分析人对升降机（电梯）的板的压力，帮助学生理解超重和失重现象。或者为了增加学生感性认识，让学生去“做一做”，就是让人站在体重计上下蹲或起立时也能看到超重和失重现象。此实验来源于生活，能引起学生兴趣。

方案3 简易滑轮装置，减缓重力，希沃助手直播实验现象

基于前面方案的缺点，通过建立模型，分析、推理，设计了如图装置：在一个定滑轮装置上一边挂着一个台秤，台秤上放上重物，另一边挂上适当的钩码后就能让台秤加速向上运动；台秤前放上手机，手机视频直接录着台秤的示数，通过希沃系统能直接显示到一体机上直播出来。

①利用科学思想、使实验更稳定。调节左边砝码的质量，可以控制装置运动的加速度，这类似于伽利略“冲淡重力”的斜面实验思想。实验时让加速度小一点，使装置保持超重状态时间更久、更稳定，利于学生观察，有助于突破本节内容难点：理解超重与失重现象的本质。 ②同屏直播，信息化与物理教学的深度融合。利用手机录像功能和一体机“希沃系统”同屏直播，让全班同学同时看到实验现象，避免了有些实验只有个别学生观察，其他学生听实验结果的现象。在这里让学生利用了现代化手段获取和整理信息。

③有数可算，理论成功地应用于实际。因为实验现象较为稳定，并能持续较久，学生能够看到稳定的“视重”，通过“观察压力大小——运动分析和受力分析——应用牛顿运动定律”的三个环节算出装置运动的加速度，让观察实验到理论应用成功落实——达到本课目的：应用牛顿运动定律解决实际问题。

本实验设计满足：器材易备，制作简单，演示简单，结果准确，方便研究。实验设计过程符合物理核心素养的科学思维和科学探究中“建立模型、科学推理、科学论证”的过程，还可以培养学生的动手能力，观察能力，分析能力，科学创新精神，锻炼了学生的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。

参考文献：

[1]彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理，2015（8）：1-2.

[2]杨宁华.高中物理教学中创新实验的设计与实践探讨[J].教学管理与教育研究，2016（23）.

[3]林崇德.构建中国化的学生发展核心素养[J].北京师范大学学报2016（1）：66-67.

作者简介：

黄春勇（1980-），男，中学一级教师，硕士研究生学历，主要从事高中物理教学工作。曾获玉林市教育教学成果奖。