初中物理综合实践活动的设计与实施——以“研究奇妙的落体运动”为例

贾 丽 王春燕

(1.南京师范大学附属中学仙林学校初中部，江苏 南京 210046；2.江苏省南京市栖霞区海门实验初级中学，江苏 南京 210000)

在初中物理教学中开展综合实践活动，是促进学生将多学科知识进行融合的需要，也是发展学生核心素养的有效保证。综合实践活动对学生的各项能力要求都比较高，它不仅要求学生具备丰富的物理基础知识，而且应具备较强的分析和解决问题的能力、沟通与合作的能力、将所学内容进行拓展和迁移的能力。在综合实践活动中，学生经历动手操作、解决问题等过程，体验到物理学的科学性、严谨性和趣味性，提升交往、创新能力。然而，在实际教学中，教师将综合实践活动当作讲授一节课来讲授，将标准化的操作要领当成新的考点，让学生熟记，这显然失去了开展综合实践活动的意义。综合实践活动应该具有创新性、开放性，让学生在体验中提升能力，从而弥补原来以知识教学为主的不足。笔者以研究羽毛球的运动为例，展示综合实践活动的设计和开展情况。

1 发现“真问题”

1.1 发现问题

在初中物理教学中许多问题难以深入论证，但是学生对常见的物理现象又非常感兴趣，总会提出一些新奇的问题，作为教师不能打击学生的探索积极性，这就需要我们通过综合实践活动来帮助学生自己去领悟。“力与运动”单元蕴含着许多学生很想知道缘由的问题，可是又一时无法独立解决。

如果直接问学生：物体下落速度与物重有关吗？他们都能回答：无关。因为他们从小学科学课上或其他科学故事中知道伽利略对这一问题的研究，但是当我们追问：树叶和石子一起下落时，为什么石子先落下？他们回答起来就有点困难了，甚至有学生认为下落速度还是应该与物重有关。再继续追问：同时释放一张展开的纸和用相同的另一张纸揉成团的纸团，哪个先下落？从两者下落速度不同的生活经验，又让他们对前面的判断产生疑惑。这就激发学生思考：影响物体下落快慢的因素有哪些？

1.2 提出猜想

学生根据观察生活中常见的石子下落、树叶飘落、雨滴下落，它们下落时有快有慢，有的开始阶段速度是变化的，在最后阶段又近似做匀速运动。

教师引导学生思考：能否利用力与运动的关系，研究竖直方向的落体运动呢？进而引导学生提出猜想。

小组A：物体在下落过程中速度可能越来越大，受到的重力大于空气阻力，做变速运动。

小组B：物体在下落过程中，不同阶段速度是不相同的，下落时的稳定速度可能与该物体的质量、形状有关。

2 设计“真活动”

2.1 确定方案

针对有关落体运动的影响因素的猜想，需要设计实验方案进行验证。首先选择合适的实验器材，学生经过讨论，决定选择羽毛球作为研究对象，设计实验方案，进行验证。再根据物体在竖直方向下落的轨迹，判断运动状态的变化情况，分析受力情况，从而验证小组A的猜想是否正确；通过作出的s-t图像，分析物体下落时影响稳定速度的因素，从而验证小组B的猜想是否正确。

2.2 确立目标

(1) 探究羽毛球的下落运动，分析在物体下落的不同阶段的运动特点。

(2) 通过受力分析，尝试对羽毛球的运动成因做出解释，提高学生的透过现象找出本质的能力。

(3) 探究影响物体下落时的稳定速度的因素，提高学生的合作能力和科学探究能力。

2.3 研究过程

经过讨论，学生确定利用一幢3层楼房(每层楼高度相同)，在确保安全的条件下研究羽毛球的下落运动，根据运动状态分析羽毛球所受重力与空气阻力之间的关系；画出羽毛球运动的s-t图像，探讨物体下落时的稳定速度与物体的质量、形状之间的关系。

2.3.1 小组A的活动过程

小组A的同学利用3层楼房，研究羽毛球在下降过程中运动状态，并根据运动状态分析羽毛球受到的重力与空气阻力之间的关系。

(1) 如图1所示，选用彩色羽毛球，从某一高度释放，使其做竖直方向上的落体运动，观察和描述羽毛球下落时的运动特点。

图1

(2) 打开手机“频闪”APP，拍摄羽毛球从静止下落的视频，自动生成频闪照片，观察两个球托之间的距离，根据在相等时间内通过的路程描述羽毛球下落的运动。

(3) 为了便于观察比较，可选用带有均匀格子的背景墙，数出每两个球托之间的格子数量(图2甲)，说明羽毛球的运动性质，并说出依据。

图2

(4) 增大羽毛球释放时的高度，如从6m以上的高度释放，拍摄它在落地前的运动视频，根据落地前球托的频闪照片(图2乙)，判断羽毛球在此阶段的运动性质。

实验结束后，小组A的同学进行了如下的思考与交流：

(1) 根据羽毛球运动的点迹，描述其运动的整体特点。

(2) 运用学过的力和运动的关系，分别在图2甲中A、B、C三点处的球托上画出羽毛球在静止、变速运动、匀速运动时受到的重力和空气阻力的示意图。

(3) 测出一块砖的厚度s0、图2乙中相邻两个球托的间距s、时间间隔t，可计算出羽毛球下落时的稳定速度。

2.3.2 小组B的活动过程

小组B想进一步探究以下问题：物体下落时的稳定速度与哪些因素有关？通过画出的s-t图像，分析物体下落时的稳定速度与物体的质量、形状之间的关系。

(1) 将羽毛球从某一高度释放，拍摄视频，逐帧播放视频，从下落稳定开始记录羽毛球下落的距离s和时间t，画出s-t图像；在同一羽毛球的球托内黏上一些橡皮泥，重复上述实验，再画出s-t图像。

(2) 如图3所示，将羽毛球的球翼剪去一部分，在球托内黏上一些橡皮泥，借助托盘天平微调黏上的橡皮泥，使羽毛球的总质量与完好的羽毛球的质量相同，分别释放两羽毛球，画出相应的s-t图像。

图3

(3) 对比以上s-t图像，总结在竖直方向上落体运动的稳定速度与物体的质量、形状间的定性关系。

活动结束后，小组B的学生还对以下问题进行了深入思考与交流：

(1) 球托内黏橡皮泥是否影响了下落速度？这说明物体在竖直方向下落的速度大小是否与物体的质量有关？

(2) 剪掉球翼是否影响了羽毛球的下落速度？这说明了什么？物体在下落过程中受到的空气阻力大小是否与物体的形状有关？

3 实现“真提升”

综合实践活动应侧重于过程的体验和能力的培养，在活动中培养学生的运用物理知识解决实际问题的能力，增强合作意识，体验科学探究的乐趣。一个综合实践活动不能止步于一个问题的解决，而应引导学生提出更多问题，给学生提供机会改进实验方案，进行深度探究，实现能力的“真提升”。结合上述案例，笔者提出以下开展综合实践活动的建议。

3.1 教师深度备课，巧妙引导学生开展活动

在开展综合实践活动时，教师事先要进行深度备课，预估学生在活动中可能遇到的问题，考虑问题解决方案，为综合实践活动的顺利开展提供保障，使学生少走弯路，提高实践活动的完成效率；教师应围绕学生的实际情况，做好实践活动设计，引导学生进行深度学习。针对羽毛球的下落运动，教师可引导学生对其进行延伸与拓展，尝试研究其他物体(如降落伞、下挂重物的气球等)在竖直方向下落的运动特点。

3.2 引领学生运用信息技术进行探究，提升活动实效

综合实践活动要开展得好，不仅仅需要好的创意，还需要教师善于应用现代信息技术对活动进行辅助和优化，初中生对抽象和难以理解的事物不感兴趣，但对于形象和直观的现象、图片、视频比较感兴趣。如在本案例中用到的“频闪”APP，它能非常直观地显示相等时间内羽毛球下落距离的变化，学生根据距离变化可判断出羽毛球下落运动的特点。我们也可以利用DIS实验系统的传感器，对综合实践活动中的数据进行快速采集与处理，提升活动的实效性。

3.3 活动主题明确，切合学生需要

综合实践活动要主题明确，在活动过程中，一方面要反思活动中蕴含的物理知识点、能力提升点等，结合教学实际，及时查漏补缺、夯实知识基础；另一方面，要引导学生在活动中认真合作、及时沟通，学会借鉴他人的成功经验，提高自己的合作能力、分析解决问题的能力以及创新能力。