将生活实践问题情境引入物理课堂

林鸿辉 杨学切 陈志华

摘   要：随着社会的发展与教学理念的改革，教师们不断探索着教学方式的改进、延伸、多样化，挖掘并充分利用优秀的教学资源。生活实践情境类的问题能成为很好的教学资源，让学生们从“物”中学“理”，将“理”运用于“物”，增加与社会的接触，深刻认识理论知识与实际应用的联系。本文以我国神州十三号发射过程与进驻空间站的视频为例，展示生活实践情境在物理教学中的应用。

关键词：生活实践问题情境;物理教学;神州十三号

许多学生对于物理的印象就是一片黑白，脑子里想起的只有满满的概念、公式、定律以及无穷无尽的习题，感觉物理就是一门“灰色”学科，没有任何色彩，因而觉得物理很无趣，学起来很困难。另外，学生如果感受不到物理知识在生活中的应用，便觉得物理“没用”，渐渐对物理失去了学习兴趣。做为新时代的物理教师，需要灵活运用多种教学方法，尽可能地开发和利用教学资源[ 1 ]，给“灰”色的物理增加一抹“红”色，取得更好的教学效果。

近些年来，随着科技的进步、社会的发展，国家高度重视教育改革，教师们的教学理念也不断更新。基于现代化教学手段的快速发展，许多视频资源被引入物理课堂教学，其中较多的是科幻类的电影[ 2 ， 3 ]或富含科学知识的电视节目[ 4 ， 5 ]，比如中央电视台大型科学实验节目《加油！向未来》。除此之外，生活实践情境类的问题也能够很好地为物理教学提供素材[ 6 ]。

1 生活实践问题情境

1.1  生活实践问题情境的特点与作用

生活实践问题情境来自于生产生活或者现代科技，最大的特点就是真实性，也具有可参与性。将其引入课堂教学，可以让学生基于物理知识解释生产生活中一些现象背后的原因，感受物理在解决实际问题的实用价值，从而更好地激发学生对物理的兴趣。比如，在力与平衡的课堂上介绍图1所示的伸臂桥，让学生从中华民族桥梁建筑艺术的瑰宝中感叹物理知识无处不在，还可以利用易获取的小材料亲自动手，感受力的平衡之美，如图2所示，利用三根火柴组成一定结构就能吊起一大瓶水。

为了凸显物理基本概念和规律，教师往往会构建简单的物理模型进行分析。实际上，教师可以积极利用生活实践问题情境来引导学生构建物理模型，培养学生的建模能力，对抽象的理论知识有直观的体会，从中形成物理观念，培养科學思维，实现“从生活走向物理，从物理走进社会”的目的。

合适的情境素材还可以让学生更多地接触社会，了解身边发生的事情、社会的进步，避免“两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书”，在课堂上渗入思政教育， 比如，引入“高空抛物”这一社会热点问题，让学生应用动量定理分析其危险性，杜绝不文明行为。

1.2  生活实践问题情境的选取要求

选取合适的生活实践问题情境引入课堂教学，才能事半功倍，取得理想的教学效果。

首先，所选情境应有针对性。以知识点为依据，先确定授课目的，再选取相对应的情境，对情境进行教学资源挖掘，再将其运用到教学之中。比如，在超重与失重的课堂上引入生活中常见的台秤称重的情境[ 7 ]，设计实验过程，培养学生的科学论证能力。

其次，所选情境应具直观性。所选的情境与所要讲授内容的联系应显而易见，不能过于隐晦与牵强。例如，将拥有“水花消失术”的我国运动员全红婵在东京奥运会上的跳水过程引入课堂，忽略空气阻力的条件下，学生很容易判断出运动员在空中做抛体运动。

除上述要求外，教师可优先选择能够“立德树人”的真实情境，具有正确的价值取向，引导学生热爱自然，热爱生活，关注国家重大科技发展。教师们通常用汽车起步或者同学起跑的生活情境引入加速度，如果播放亚洲飞人苏炳添在东京奥运会百米半决赛的实况，更能增强民族自豪感，厚植爱国情怀。

本文利用神州十三号载人飞船发射过程及宇航员进驻我国空间站的视频为例，从该社会热点中挖掘其中蕴含的物理教学资源以达到培养学生核心素养的目的。

2  生活实践问题情境在物理课堂中的应用

2.1  作为课题引入，形成物理观念

在新鲁科版高中物理必修二“万有引力的应用”第二小节“人造卫星上天”的课堂上，通过播放我国神州十三号飞船发射过程引入教学。观看结束后教师通过设置合适的问题引导学生进行思考，让学生从物理学视角认识飞船运行中涉及的运动规律，加深学生对万有引力和向心力的理解。

问题1：通过视频，发现飞船顺利升空，且进入预定轨道。飞船在预定的轨道上绕地运行，近似为圆周运动，向心力由谁提供？

学生回答：飞船做圆周运动所需要的向心力来自地球对飞船的万有引力。

问题2：站在地面上抛出一物体，最后这个物体都落回了地面。那飞船怎么能够绕地做圆周运动？

学生回答：因为飞船的发射速度很大。

问题3：为了保证飞船在地面附近绕地球做匀速圆周运动，发射速度应该多大？

学生讨论后回答，最后教师作出解释：飞船在近地绕地球做圆周运动时，飞船距地面的高度远小于地球半径，则飞船轨道半径可近似等于地球半径R。设地球质量为M，飞船质量为m，则地球施加的万有引力F=G;万有引力提供向心力，即G=m，由此求得发射速度，此速度称为第一宇宙速度v=0.79 km/s，也称为环绕速度。

得出第一宇宙速度之后，教师可以再根据太空探索发展史的重要事件进一步引出第二、第三宇宙速度：我国登陆月球的嫦娥五号以及到达火星的天问一号，对于这些航天器来说需要增大速度摆脱地球引力，与之相对应的速度称为第二宇宙速度，也称脱离速度;美国发射的旅行者二号飞出太阳系，它还需挣脱太阳的引力作用，其发射速度必须大于第二宇宙速度，称为第三宇宙速度或逃逸速度。

本节课的导入视频片段让学生直观感受航天器的发射及绕地运动，正确判断中心天体、环绕天体，结合合适的引导，加强学生的物理观念：掌握天体间满足的万有引力定律，进而会计算第一宇宙速度，并知道第二宇宙速度和第三宇宙速度[ 8 ]。

2.2  利用视频提出问题，促进科学思维

教师可以进一步挖掘飞船发射视频中的教学资源，引导学生去思考更高阶的问题，促进学生的科学思维，能够对飞船的圆周运动进行更深层次的分析推理，并获得结论，从而更好地将向心力应用于解决实际问题。

在神州十三号与空间站成功对接后，宇航员进驻空间站。教师继续播放视频，让学生观察宇航员在空间站中工作与生活的状态：他们不能和地球面上一样脚踩舱底自由移动，需要通过推拉舱壁来帮助移动;同时又可以完成地面上做不到的动作，如图3所示，在微重力作用下，翟志刚双脚离地悬浮着，王亚平的马尾辫“冲天”，书本也飘起来了。基于如此吸睛的场景，教师可以进一步提问：《星际穿越》等科幻电影中，宇航员在空间站中的活动与地面上一样自如，理论上可以实现吗？有什么办法可以做到？

学生讨论后回答：可以。在绕地球运动的同时，空间站再围绕着自身一中心点做圆周运动，宇航员就可以踩到舱底，进而能够正常行走。

教师引导学生一起作出更具体的解释：如果要让宇航员在空间站中和地面上一样行动自如，首先得让宇航员与空间站内的舱底接触，然后舱底还须对其施加大小等于重力的支持力。当空间站再绕着自身某一中心旋转时，其内的宇航员可以接触舱底，相互作用力提供为宇航员随空间站转动的向心力。旋转速度越大，宇航员所需要的向心力就越大，当向心加速度等于重力加速度时，宇航员可以感受到“人工重力”的作用。

在物理教学的过程中让学生主动进行思考是极其重要的。利用自己所学的知识尝试着去解决生产、生活中有一定高度的实际问题，容易让学生获得成就感，更激发学生对物理的学习兴趣。

2.3  尝试实验验证，进行科学探究

在理论分析之后，可以带领学生设计简单实验进行模拟探究，让学生了解科学研究的一般过程。下面就空间站旋转时宇航员可以接触到舱底做简易的实验探究。

实验装置如图4所示，透明的塑料瓶用细绳悬挂，瓶子装满水;宇航员模型在水中处于悬浮状态（不与瓶底接触），此塑料瓶可模拟空间站。邀请两位同学配合着完成以下实验操作：其中一位同学让装置做圆周运动，另一同学利用手机慢拍摄功能拍摄转动过程，结束后播放视频，便可让所有同学清晰观察到塑料瓶运动过程中宇航员模型与瓶底接触的状态，如图5所示。

实验结束后，引导学生分析运动过程：塑料瓶做圆周运动的初始，宇航员模型受力平衡，没有向心力来源。当使得塑料瓶做圆周运动时，此时模型做圆周运动所需的向心力大于供给的向心力，模型做离心运动，飞出去后接触到瓶底，瓶子底部对其施加指向圆心的支持力，提供圆周运动所需的向心力，这个过程就好比空间站旋转时宇航员会与舱底接触，从而感受到“重力”。

接着请学生计算：为了使宇航员在空间站中获得与地面一样大的重力，空間站的旋转角速度与转臂应满足什么关系？假设宇航员的质量为m，空间站旋转半径为r、旋转的角速度为ω，地球表面的重力加速度为g。

学生解答：空间站旋转时，舱底对宇航员的支持力大小F等于他在地面上的重力，即F=mg，此支持力提供宇航员圆周运动的向心力，根据向心力公式可得：

mg=mrω2

解得 ω=

通过小实验可以加强学生对理论知识的直观感受，并掌握一定的实验技巧，例如如何创造实验条件、遇到问题如何解决等，还可以让他们了解前沿科学技术背后的原理也是来自于所学的物理基础知识，学好物理能解决的远不止试卷上的问题，物理与生活、社会的发展息息相关。

2.4  利用视频片段培养科学态度与责任

中华民族是一个具有飞天梦想的民族，从浪漫的嫦娥奔月到敦煌莫高窟飞天壁画，无不透露着我们祖先对那片遥远星辰大海的渴望。明朝时期，万户在凳子上绑火箭一飞冲天的惨烈实践，成为了古代中国航天事业的第一人，在此之后我们也不曾放弃过对星空的向往。1956年航空工业委员会的成立标志着我国航天事业创业的开始;在坚持独立自主、自主创新的原则下，1970年，“东方红一号”的成功发射标志着我国成为继苏联、美国、法国、日本之后世界上第五个能够独立研制和发射人造卫星的国家，表明我国具备进入太空的能力;2003年，杨利伟乘坐“神舟五号”飞船遨游太空，使我国成为世界上第三个能独立自主地将宇航员送入太空的国家，这是我国人民自强不息、自主创新的又一辉煌篇章;2007年，“嫦娥一号”月球探测卫星升空，成为了世界上第五个能够独立发射探月航天器的国家，意味着我国在外太空开发和探测上占有一席之地并具有发言权[ 9 ]。2021年6月、10月，“神州十二号”“神州十三号”分别载着聂海胜、刘伯明、汤洪波与翟志刚、王亚平、叶光富前往我国空间站“天和”核心舱，标志着我国即将成为除国际空间站之外独立拥有空间站的国家。一次次的突破，一步步的发展，背后都是无数工作人员的辛勤付出，但我们并不会止步于此，浩瀚的宇宙需要我们不断探索，作为祖国的未来我们身负重任，要为中华名族伟大复兴而奋斗才不辜负这来之不易的美好年华。

在进行完相关教学后，可以针对着知识内容进一步扩展。本视频片段主要关于宇宙飞船，通过向学生科普有关我国航天的发展历史，培养学生的科学态度与责任，燃起学生的爱国之情。

3  结语

生活实践问题来自于身边真实的情境，将其引入课堂已成为重要的教学方法。对学科而言，能够使得物理与生活、社会、科技更好地联系，展现出物理学科的魅力;对学生而言，可以让其学会运用所学知识去处理一些生产生活中的实际问题，增加学生的成就感，并且可以接触一些社会事件，了解国家前沿科技发展或社会热点问题，扩大学生的知识面;对教育而言，这种方法的有效性促进了新资源的开发和新方式的探索，使得教育随着社会和科技的发展而发展。

参考文献

[1] 李世阳.挖掘物理教学资源 提升学生科学素质[J].中学理科园地，2021，17（3）：1-2.

[2] 许玉蓉，王晓璐.从科幻电影中挖掘中学物理教学资源——以电影《流浪地球》为例[J].物理教学探讨，2019，37（9）：65-68，72.

[3] 李立民，张勇.电影资源引入中学物理教学资源——以《流浪地球》为例[J].湖南中学物理，2020，35（6）：23-25.

[4] 焦满巧，吴伟.科学求证类电视节目在物理教学中的应用探讨——以《是真的吗》节目为例[J].湖南中学物理，2019，34（5）：30-32.

[5] 王婷.节目《加油！向未来》中教学资源的开发[J].理科爱好者（教育教学），2020（3）：247-248.

[6] 王建鹏.浅析生活化实践视角的高中物理教学策略[J].中学理科园地，2017，13（5）：24-25.

[7] 卞志荣，焦建生.巧用生活情境原始问题 培养学生科学论证能力[J].物理教师，2020，41（7）：34-37.

[8] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）2020年修订[S].北京：人民教育出版社，2020：16.

[9] 戚发轫.中国航天发展历程与启示——2009年空间环境与材料科学论坛大会报告[J].航天器环境工程，2010，27（1）：5-12.