物理综合实践活动

胡芳 毛国永

[摘   要]物理综合实践活动是以物理学科知识为基础，体现物理学科特点，带有物理学科特色的实践类活动。教师在综合实践课程中要融入生活、评价、创新等综合元素，以激发学生的求知欲望，使学习效率得到提高，推动学生全面发展。

[关键词]物理综合实践课; 综合元素; 全面发展

[中图分类号]    G632        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）20-0055-03

物理综合实践活动是以物理学科知识为基础，体现物理学科特点，带有物理学科特色的实践类活动。该实践活动以课堂教学为原点，从培养学生科学核心素养的角度出发，为学生创建超越教材、超越课堂、超越学校的更加开放的活动空间，并向学生家庭生活领域和社会生活领域延伸。现在，物理学科综合实践活动已成为物理教学的一种新的形式。但由于其耗时长、准备烦琐、学生安全得不到保障等一系列问题，造成此类课程没有被学校和物理教师重视。虽然《义务教育物理课程标准》在课程内容中对其明确提出了活动建议，但从课程实施的层面看，无论是教材还是教师教学用书上，此类课程的资源都是相当匮乏的。为了完善物理综合实践活动课的课程资源，笔者在物理教学中进行了一系列的尝试，现以制作水火箭的综合实践活动为例，谈谈在开展物理综合实践活动中如何引导学生进行实践体验，从而培养学生的实践能力。

一、活动主题的选择

我国从发射“神舟七号”到发射“天宫一号”，从“天宫一号”的设计到发射，只用了很短的时间，这在国际航天领域是令人瞩目的事件。在国际空间科研和实验中，我国的进展最快。如此种种，让无数的中华少年感到由衷的自豪，激发了他们对航空航天技术的浓厚兴趣。为了初步了解火箭发射的有关知识，我们选择了水火箭的制作和发射活动。水火箭制作是寓教于乐、科技含量高，深受广大青少年喜爱的动手、动脑的科普活动，可以让我们直观了解运载火箭的发射、升空、回收的过程，了解一些基本的空气动力学和飞行力学方面的知识，让广大青少年了解航天科技，热爱航天科技。

二、活动目标的确定

（一）知识目标

1.根据水火箭运行原理，结合火箭实体，初步了解火箭发射的有关知识。

2.关注模型制作要点，寻找身边合适材料并制定方案，辨析各结构尺寸精密度的重要性，培养学生的制作技能。

3.在自制水火箭升空的展示过程中总结经验，并不断改进，将反思写入小论文中。

（二）能力目標

从简单的操作着手，培养学生的观察能力和动手能力，并通过参与小组活动，培养学生的表达能力与交流能力，同时提高学生的合作意识。

（三）情感目标

让学生在实践中反复探究，同时借助已有生活经验、学习他人经验等再创造，在这个过程中培养学生的合作精神、探究意识及认真细致、敢于创新、一丝不苟的科学态度。

三、活动的实施过程

（一）链接科学知识，查找资料，设计方案

1.师生共同讨论：根据火箭的构造，需要哪些生活物品作为实验器材？并将讨论结果填入下表。

[火箭实体 箭头 箭身 机翼 发射器 水火箭模型 PVC塑料板或硬卡纸 塑料瓶 PVC塑料板 打气筒 ]

2.让学生讨论并形成初步方案、网上搜寻资料，然后制定活动步骤（PPT），全班交流改进：

（1）取一个完整的瓶子，将底座取下，作为火箭顶端。将其与另一个瓶子的底部相连接，用防水胶带加以固定。

（2）用铅画纸卷出一个锥形的火箭头（减小阻力），将火箭头放正，用防水胶带在连接处固定好。

（3） 在铅画纸上设计好尾翼的尺寸、形状（可依喜好），然后依照这个模型在PVC塑料板上剪出尾翼，一般为三片或者四片，然后固定机翼于水火箭身上。

[设计意图]研究课题确定之后，教师要引导学生自主学习，完成器材的选择和活动步骤的确定，并进行小组分工。同时教师及时对学生的设计进行评价，这样有助于学生明确综合实践活动的目的。由于此次实践活动需要制作的内容较多，所以活动的设计和器材的选择，教师要引导学生在第一课时完成。

3.需要准备的实验器材。

器材：4个相同型号的汽水瓶、剪刀、胶带、双面胶、彩色装饰纸、PVC塑料板、特殊打气筒（如图1）等。

微共体讨论：对照自定实验步骤与教师展示的成品，看看还有哪些地方需要细化，请在微共体组织下讨论并提出修改意见。

[设计意图]具体器材的准备和制作，师生经过较长时间对比探讨。如做机头的材料，觉得不应太重也不应易变形，故所选的材料要好，但考虑到要折成一个锥形，学生就初选了铅画纸，主要从可折叠性出发。做机翼的材料，要考虑轻薄，且不易变形，还要减小空气的阻力，学生一开始找了铅画纸，主要是考虑易裁剪，但实际剪下来之后软趴趴的，安装上去感觉撑不起来，而且在飞行过程中估计容易变形，所以他们请教了老师后，确定选用PVC塑料板，这种材料比较硬，做机翼应该可以撑起来，且不易变形。对于发射装置的发射台，学生都有些犯难，因为要用打气筒往瓶内充气，还要保持密封性，由此学生想到了打气装置，但打气筒的嘴比较小，跟瓶口不搭配，他们就在网上寻求帮助，发现淘宝上有专门的配汽水瓶的打气装置，价格也不贵，而且还搭配发射开关，可以先打气后发射，很安全，所以学生果断采用了该装置。另外学生还想到为了美观，可以装饰些彩纸，这样不仅美观而且也可以使机身更平衡些。

（二）动手操作，合作交流，不断革新

1.器材的准备

工具：剪刀、圆规、钢直尺、橡皮、圆珠笔、水桶、发射架、喷嘴。

材料：大胶带、硬纸板4张、两个同型号饮料瓶（2.5 L雪碧瓶）、塑料PVC板、彩纸。

2.模型制作

箭身做法：裁剪掉一个汽水瓶的底部和顶部，如图2中1、2号虚线，然后与另一个完整瓶子的底部相连接，用防水胶带加以固定，如图3。

火箭头做法：用彩色卡纸做一个与汽水瓶上部形状相同的圆锥模型，紧套于汽水瓶上部，并沿卡纸底线将瓶的上部剪下，如图2中的1号虚线，最后用胶带将整个火箭头外表面缠紧，如图4。

机翼做法：

（1）在PVC塑料板上用笔画成两个梯形，剪下。尾翼的尺寸、形状可依喜好加以改变。

（2）在离梯形底边一厘米处，往外折起90°（作为固定在机身上用的托），另一个用同样的方法制作，并将两部分梯形的剩下部分黏合。

（3）翻开尾翼的托，将它粘贴在瓶身上。

（4）用同样的方法将四片或三片尾翼均衡黏贴于瓶上（如图5）。

注意：在使用过程中要小心，裁剪后的瓶身比较锋利，要小心触摸。

[设计意图]爱动是孩子的天性，但学生盲目地动只会让课堂纪律散漫。因此我们在设计实验步骤时，要有大概的方向，要让学生参与进来，细化每个步骤，让他们在每次尝试时虽失败但能总结经验，为下次的成功做好经验积累。当然学生动手能力有强有弱，所以初试时采用微共体讨论的形式，大家互帮互助，遇到困难时，学生能解决的，就让学生自主解决，解决不了的可记录下来，再在课堂上完善。纵观这几个环节有以下疑问：

比如，瓶底该从哪里剪起，才能顺利地把另一个瓶身套进去？火箭头的样子要做成怎样的形态，才能更有效地减小阻力？火箭机翼是一大难点，很多学生在初试时都在此处卡住了，他们一般会把铅画纸剪成三角形，但不曾想如何将其黏贴在瓶身上。没有固定的托，机翼很容易自然脱落，更不用说飞行了。还有他们在粘贴机翼时容易倒置，将机翼的短边靠近尾部，但根据空气动力学，长边应该靠近尾部（下面是一个完整瓶的瓶口）更好。针对这些问题，我们没有直接给予答复，而是让他们记录下来，一起讨论解决。可想而知，第一个水火箭大多数是失败的，30分钟过去了，学生都面露疑惑，此时，教师可组织学生取长补短，讨论更佳的制作方案。

我们以微共体为单位，罗列了一些组遇到的困难和自行解决的方案，他们还将这些记录到了自己的小论文中。

①在机身制作的过程中，我们发现，将两个可乐瓶套在一起比较困难，所以我们采取了简易方法，在底部被剪去的可乐瓶的裁剪部分剪几刀，卓有成效。

②在机翼制作的过程中，我们发现，单单剪下四个机翼，难以固定在可乐瓶上，于是，我们在裁剪过程中，留下了粘置双面胶的长条。这样，在固定机翼时就方便了很多。

③在制作火箭头的过程中，我们发现，火箭头很容易歪。于是，我们就让两人配合，一人用尺子比画，一人固定火箭头，这样火箭头就不那么歪了。

有了这些铺垫，我们给出了较完整的实验方案，学生用剩下的两个汽水塑料瓶开始制作，当然在制作成功的基础上，有些小组还别出心裁地画上花纹，或搭配颜色，玩得不亦乐乎（成品如图6）。

（三）尝试飞行，总结成败，大胆创新

各小组带上作品到指定的发射地点（空旷且无闲杂人等）集合。按名册序号，两人一组做如下准备：

1.在水火箭中灌好水（水量自調，想想水量多少，会影响飞行质量吗？），并将瓶盖上的环取掉。

2.将瓶口安放在发射底座上的阀门内，按下底座上的按钮，嵌入瓶嘴，放开按钮，听到“扣”一声响，说明已放置严实，不然要重放。

3.开始往火箭体内（瓶身）打气，要求自行控制打气速度和打气量，想想为何这么打？

4.一切妥当之后，按下连着阀门的刹车把，水火箭就会弹射出去。

5.记录作品飞行的距离。

6.改进作品，想想我们是否有更好的方法，使它飞得更远？

[设计意图]放飞水火箭是学生最期待的，也是最开心的，因为不仅能看到自己的作品飞上天的壮观场面，而且也能检验作品的质量。但在水火箭飞天的过程中，还有几个环节可直接影响成绩的好坏。至此，在教学中刻意地留了几个问题，当然还有一些是在做中发现的。我们给每个小组三次机会，希望学生能在不断地摸索中找到最佳的飞行方法。另外，此次飞行用到弹射装置，有些危险，所以教师应先示范一次，边做边讲。在初次尝试时，学生的成绩都不太理想。主要存在这些问题：

1.有不少组的水火箭在空中散架了，场面极其壮观;

2.大部分组，飞行路线偏离，曲线运动趋势较大;

3.有少数小组的水火箭制作优良，但飞行路程较近，存在疑虑。

针对以上问题，学生积极思考，不仅在制作上重新改进，而且在飞行操作上也思量再三。经过探讨，得出以下解决方法：

1.水箭头应该再坚固一些，防止水火箭损坏。在粘火箭头时一定要粘正，否则飞出去后方向会偏。

2.机翼可以多做几个，每个的大小要尽可能相同，机翼越多，水火箭飞行时越稳。在粘机翼时一定要注意，要将机翼均匀地粘在机身周围，否则飞行时水火箭会在空中摇摆不定，无法收到良好的效果。

3.装水时不要装太多，充气后飞出一段距离后，气体耗尽，剩下没排出的水留在瓶内，增加了水火箭的重量，建议加水量应为瓶身的四分之一到三分之一。

4.在发射时角度不能太大，和地面的夹角成40°即可。

5.打气时要快而足，保证内部有足够的空气，推动水火箭飞行。

……

学生的想法还有很多，通过他们的改进，有些水火箭飞行了100多米，他们欢呼雀跃。当然除了玩，他们也不忘把这些想法记录到他们的实验小论文中，成为他们宝贵的学习财富。

四、教学反思

在物理课程标准的指导下，我们开展了这次有意义的制作活动。作为一种有特色的学习方式，综合实践活动对学生多方面素质的养成具有重要的意义和独特的价值，体现了STEM教育理念。然而STEM 素养并不是将科学素养、技术素养、工程素养和数学素养进行交叉组合，而是把学习者头脑里的知识与解决问题的过程转化成不断探究发现新事物的过程。基于这个要求，我们在实践中也发现很多问题：

1.制作课常遇到的一个难题，即课堂纪律的控制问题处理乏力。测试过程中的流程没有很好地控制，虽然将纪律纳入了成绩总分和让组长控制纪律，但在水火箭发射的过程中纪律还是太乱。

2.没有预想到学生测试时操作速度太慢，大部分时间耽搁在调节喷嘴、发射架等工作上，而不是用于发现问题、分析问题和解决问题。导致这个环节草草收场。

3.本节课最能提高学生技术素养的评价阶段，教师包揽过多，没让学生深入思考，若能让学生通过现象分析问题本质，效果会更好。

4.学生在动手实践项目上的大量时间和精力投入与传统学科的学习存在冲突。

希望以后的物理综合实践课能很好地处理这些问题，提高教学效率，更好地培养学生的探索、创新能力。

五、结束语

作为科学教师，重要的不是传授多少知识给学生，而是要为学生打开一扇通往科学殿堂的大门，培养他们的自学能力、消化能力、设计能力和创新能力，这才是科学课堂回归自然、回归理性的关键所在。

（责任编辑 易志毅）