基于问题情境导入的物理教学设计——以“重力”教学为例

文| 施剑峰

重力是一种最常见的力，在力学中处于最基础核心的地位。本节的教学重点是重力的三要素，在设计时知识点均以具体化的情境引入，引导学生去主动发现问题，同时注重对学生学科核心素养的培养，提升学生分析、解决问题的能力。

一、教材分析

本节是在力、弹力基础上来研究受力分析时首先考虑的力——重力，是最重要的性质力，是第八章“力”的核心内容。重力计算也是力学计算的基础。本节教学内容围绕重力的形成原因、大小、方向、作用点几个方面展开，自然引出力的三要素。

二、学情分析

重力与生活联系紧密，学生已有定性认识，所以教学任务是让学生对重力有更科学、更系统的认识。初学者不能很好地区分“质量”和“重力”这两个物理量，所以在设计时要进行适度拓展延伸，激发学生的兴趣，增强他们的求知欲。

三、教学目标

1.物理概念：了解重力的形成和重力的三要素（大小、方向、作用点）。

2.科学思维：通过探究重力与质量的关系，培养学生分析处理数据的能力。

3.科学探究：通过小组实验，探究重力大小与质量的关系及重力的方向，培养学生分析探究问题的能力，关注学生学科核心素养的提升。

4.科学态度与责任：通过实验探究，培养学生科学严谨的实验态度，并能用所学知识解决实际问题。

四、教学过程设计

（一）教学导入

播放图片（如图1），引出问题：为什么地面附近的一切物体一旦失去支持总要落向地面？

图1

介绍少年牛顿和苹果的故事。

（设计意图：爱因斯坦曾说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”引导学生认识到牛顿从苹果落地这个极普通的自然现象能发现并总结出著名的万有引力定律，是多么了不起的成就。我们也要善于观察日常生活，有发现问题的“慧眼”，要勇于质疑，敢于质疑，这是今后有所创新和成就的重要心理基础。）

（二）重力的形成原因

问题情境：用一根细绳拴一块橡皮，甩起来，使橡皮绕手做圆周运动。

师：若没有细绳拉着，橡皮能做圆周运动吗？

生：不能。

师：那么月球为什么能围绕地球转？地球为什么能围绕太阳转？

生：有吸引力。

师：其实任何两个物体都相互吸引→万有引力。

（1）定义：由于地球的吸引而使物体受到的力。

（2）符号：G。

（3）施力物体：地球。

（设计意图：通过甩橡皮这个问题情境延伸到天体运动，引发学生思考，使学生初步认识到物体间存在的万有引力，从而引出重力。）

（三）重力的大小

提出问题：物体所受重力的大小与什么因素有关？

猜想与假设：可能与物体的质量有关。

设计实验：

研究对象：钩码、木块、铜块。

器材：天平（测质量）、弹簧测力计（测重力）。

学生小组活动：

收集证据：

师：如何处理数据从而获得结论？

师生讨论：①求出重力与质量的比值；②作出G-m关系图像（更直观）。

实验结论：物体所受重力的大小与它的质量成正比。

（设计意图：通过自己动手去测质量和重力，让学生认识到这是两个不同的物理量。三次实验选用不相干的三件物品，可以更好地说明结论的普遍性。同时没有在表格中直接展现重力与质量比值这一列，而是引导学生自己去思考如何处理数据获得结论，提升学生的学科素养。）

由关系式⇒G=mg

师：g约为9.8 N/kg，其物理含义是什么？

生：质量为1 kg 的物体受到的重力约为9.8 N。

练一练：一个西瓜的质量是5 kg，它受到的重力为多大？（g取10 N/kg）

学生书写：G=mg=5 kg·10 N/kg=50N

师：需要提醒，重力和质量是两个不同的概念，不可以出现5kg=50 N 这样的错误书写。

问题情境：据说一个索马里的商人来到荷兰，看到那里的鱼很便宜，就向渔民买了5×107N 的鱼，装上船从靠近北极的荷兰运到靠近赤道的索马里首都摩加迪沙，到了那里称得鱼少了3×105N。

轮船沿途没有靠过岸，被偷是不可能的，装卸中的损耗也不可能这么大，这究竟是怎么回事？⇒g的数值不是定值，与物体所处的位置（如纬度、海拔）有关。

问题情境：如图2，他为什么变得“力大无穷”？

图2

生：月球上引力小。

师：月球上的g值只有地球的1/6。

（设计意图：这里没有直接告诉学生g与位置有关这个结论，而是通过问题情境的创设，激发学生兴趣，引发学生主动思考和探索，使问题更形象、具体。）

师：展开想象的翅膀，如果突然失去重力，我们的生活会怎样呢？

学生充分发散思维，答案五花八门。

简单介绍太空微重力下的燃烧实验。

视频展示：神舟飞船中的生活。

（设计意图：激发学生的好奇心和探知欲，也使学生体会到我国在载人航天方面取得的伟大成就，增强民族自豪感。）

（四）重力的方向

师：请大家利用身边的物品探究并讨论：重力的方向是怎样的？为什么？

生：物品一旦失去支持，会向下落地，所以重力的方向是“向下”的。

师：哪个正确？（如图3）

图3

学生小组活动：

（如图4）缓慢改变木板的倾角α，观察悬线OA的方向。（始终垂直于水平桌面，并非垂直于斜面）

图4

剪断悬线OA，发现小球竖直下落。

学生总结：重力的方向是竖直向下的。

问题情境：如图5，我们站在地面上，脚朝下，站得很稳。但地球是球形的，在我们“脚下”的阿根廷人，好像是脚朝上的。他们为什么也能站得很稳呢？为什么没有从地球上掉下去？对“竖直向下”如何理解？

图5

在初中，我们可以近似认为重力的方向指向地心。

（设计意图：重力的方向是个易错点，通过小组实验，学生能更好地理解“竖直”和“垂直”的区别。同时通过问题情境的设置，学生对“竖直向下”有了深层次的理解。）

问题情境：他们的做法能判断得非常准确吗？（如图6）

图6

（五）重力的作用点

问题情境：这说明了什么？（如图7）

图7

师：物体上每一部分都受到重力，但从效果上看，我们可以认为重力集中作用在某一点——重心。

重心：重力的等效作用点。

质量分布均匀、形状规则的物体，重心在几何重心。

问题情境：（如图8）

图8

师生讨论得出：重心越低，越稳定。

视频播放：自行车通过降低重心在钢丝绳上骑行。

知识拓展：重心是否一定在物体上？（视频播放“背跃式”跳高）

学生课后自主探究：“跨越式”跳高和“背跃式”跳高的区别。

（设计意图：“重心”对初中生来说是个抽象的概念，不容易理解，可通过问题情境化、生活化引导学生自主获得结论。另外，可通过课后留疑，引导学生去自主探究，提升其用所学知识解决实际问题的能力。）

［教学后记］

课堂教学的设计必须以学生为主体，让学生在老师的引导下主动探究问题，经历知识的生成过程。在教学过程中，教师要创设情境来激发学生的兴趣，触发学生的思考，而不是生硬地直接告诉学生结论。在问题探究过程中，要注重对学生思维的引导，在适当的时机巧妙设疑，渗透科学探究的方法，提升学生的学科核心素养。