基于项目学习的“力与运动”复习教学与分析

江苏苏州市吴江区盛泽第二中学（215228） 黄 冠

复习课的作用在于通过对已学知识的归纳整理、查漏补缺和拓展提升，使碎片化的知识系统化和结构化，并发展学生的科学思维，提高学生解决实际问题的能力。简单的知识重复和习题训练，显然不能发挥复习课的最大功效，因此如何设计一节有趣、有效、有思维含量的复习课，是不少一线教师长期以来思考的问题。

“力与运动”是苏科版物理八年级下册第九章的内容，由“二力平衡”“牛顿第一定律”和“力与运动的关系”三部分内容组成。《义务教育物理课程标准（2011 年版）》对这部分内容的教学要求是：教学时应注意联系学生的生活实际，采用多样化的教学方式，发挥实验在物理教学中的重要作用，让学生经历对知识的探究过程，发展学生探究问题和解决问题的能力，培养学生的科学态度和科学精神［1］。教学实践中，笔者发现许多学生能熟练地说出相关定义、概念和规律，可一旦碰到陌生的题目或情境，他们就会手足无措，不知道该如何运用所学知识解决问题，更有不少学生对“力是改变物体运动状态的原因”这句话的理解仅停留在字面上。

为了加深学生对所学知识的理解，培养学生综合运用所学知识的能力，笔者以简易“防泼洒端杯器”（英文名称：Spillnot）的制作和使用为主线，尝试设计了一节以项目任务驱动的复习课，将“力与运动”的相关知识融入其中，让学生在真实的情境中发现问题，在解决问题的过程中运用知识，在运用知识的过程中发展思维，取得了比较好的教学效果。

一、原型导入：促进学生与情境的深度“对话”

物理教学中的“原型”是指具有教学启发意义的实物（图片）或实例（情境、活动）。本节课开始，笔者先拿起杯子喝了一口水，在放下杯子的时候“不小心”将水从杯子里洒出来了一些，然后问学生：“生活中我们应该都遇到过类似的情况，大家能用所学知识解释水为什么会从杯子里洒出来吗？”学生思考后，很快给出了答案：一开始杯子和水一起向前运动，后来杯子停止运动了，水因为惯性继续向前运动，所以就从杯子里洒出来了。在肯定了学生的答案后，笔者继续提问：“你们有没有什么办法，不让水从晃动的杯子里洒出来呢？”学生根据生活经验给出的解决办法是“给杯子加个盖子”，此时笔者展示图片（如图1）并说道：“我在网上看到有一个外国朋友发明了一种‘防泼洒端杯器’，据说将装了水或饮料的杯子放在这个装置的托盘上，就算不给杯子加盖子，在拎着这个装置晃动的过程中，杯子里的水或饮料也不会洒出来，你们见过或者使用过这个‘神奇’的装置吗？”学生将信将疑地摇摇头，表示没有见过这种装置，于是笔者又说道：“那么这节课我们就一起制作一个简易的‘防泼洒端杯器’，看看这个装置是不是像网上描述的那么神奇，大家有兴趣吗？”在学生充满期待的注视下，笔者拿出了一个已经制作好的简易“防泼洒端杯器”（如图2），让他们仔细观察并交流讨论：制作这个装置需要哪些器材？（衣架、硬纸板、托盘、细线、双面胶、橡皮筋）制作的步骤是怎样的？当然，在这个过程中，笔者还跟学生分享了一些制作的小技巧。

图1

图2

学生观察和思考的过程也是他们与情境“对话”的过程，适恰的“原型”能够激起学生的学习兴趣并唤醒他们的已有经验，促使他们与情境进行深度“对话”。制作本装置所需的器材容易获得，制作过程也不复杂（一般5 分钟左右就可制作完成），在学生明确了制作流程后，参与度和完成度都很高。因为学生基本都没有使用本装置的经验，而且他们对“使用这个装置后，水真的不会在晃动的过程中从杯子里洒出来吗？”充满了疑问，所以在观察和交流的过程中都格外认真和仔细，这样有助于提高学生后续学习的内驱力。

分析：“惯性”是力学中的一个重要概念，学生能说出它的名称却不一定能够深刻地理解它的内涵。本环节的教学由“水从杯子里洒出来”这一生活中的常见现象引出，接着让学生解释“水为什么会洒出来”，学生的回答一般都是“因为水具有惯性”，此时教师应该继续追问：“那杯子不是也具有惯性吗？它为什么没有被甩出去呢？”并让学生详细描述水和杯子的运动状态及改变情况，帮助学生明确杯子和水都具有惯性，但手对杯子的力改变了杯子的运动状态，进而加深学生对这部分内容的理解。此外，本节课并没有按照教材安排的章节顺序进行复习，而是让学生在面对实际问题时，学会应用适合的知识去解决问题，这样有助于提高学生分析问题和解决问题的能力。

二、交流评价：提升学生综合运用知识的能力

学生运用所学知识解决问题的过程，也是他们将所学知识内化和重组的过程，创设真实的问题情境有助于这个过程的发生。当大部分学生的简易“防泼洒端杯器”都制作完成后，笔者请几组学生展示自己的作品，在展示的过程中，学生发现：将该装置拎起并悬空后，有些小组制作的“端杯器”的底部支撑杆（如图3 的AB部分）无法在水平位置平衡，也就是说如果将装有水的杯子放在如图3 所示装置的托盘上，杯子会处于倾斜状态，水很容易洒出来，这个装置也就起不到“防泼洒”的作用了。经过讨论，学生找到了解决办法：适当调节图3 中AB边和CD边的夹角，保证该装置在拎起并处于悬空的状态时，AB边能在水平位置平衡。解决了问题之后，学生很开心，都迫不及待地将装有水的一次性杯子放在他们制作的“端杯器”的托盘上，想验证“端杯器”是不是真的那么“神奇”，但在这个过程中，学生又发现了新的问题：当装有水的一次性杯子放到托盘上并拎起悬空时，“端杯器”再一次发生了倾斜，底部的支撑杆（AB部分）又无法在水平位置平衡了，水从一次性杯子里洒了出来，这又是怎么回事呢？看着学生疑惑的目光，笔者展示了如图4 所示的装置，引导学生发现：将杯子放在托盘上（图4 中的杯内未装水）并往杯内倒入水后，整个装置的重心会往左偏移（图4 中标出的是重力作用的大致位置），导致装置受到的拉力和重力不在一条直线上，所以整个装置会发生旋转，直至两个力在一条直线上，整个装置才能保持平衡，因此在制作的过程中，我们需要调整托盘（及纸板）的位置，使托盘的中心位于拎绳悬挂点的正下方，这样在放上装有水的杯子后，整个装置的重心就不会有明显的偏移，才能尽量保证装置底部的AB部分在拎起并悬空的状态下水平平衡。

图3

图4

此外，笔者给学生提供了两个由不同材质制成的托盘：一个是塑料做的，与杯底的接触面比较光滑；另一个是橡胶做的，与杯底的接触面相对比较粗糙。在展示的过程中，笔者还与学生一起讨论了“到底选取哪种材质的托盘比较好”的问题，通过讨论发现：当整个装置处于静止时，杯子在重力和支持力的作用下保持静止状态（如图5），但当装置向右（左）摆动时，杯子由于惯性仍然要保持静止，需要托盘给它一个向右（左）的摩擦力，改变杯子的运动状态，使杯子和装置一起向右（左）摆动，这样杯内的水、杯子和托盘才能在晃动过程中保持相对静止，水才不容易从杯子里洒出来，即在使用过程中，托盘与杯子之间的摩擦属于有益摩擦，因此我们应该选择接触面较为粗糙的托盘。

图5

学生在解决问题的过程中内化知识、积累经验，但“解决问题”不能简单地等同于“习题训练”。虽然习题中也包含了一些实际问题，但这些习题都是经过出题者加工、处理过的问题，不容易引起学生的共鸣。本环节中，学生在动手制作的同时不断发现问题，为了改进装置，他们需要不断地运用所学知识解决问题，在主动运用所学知识解决问题的过程中，学生既复习巩固了已学知识，又锻炼了灵活运用知识的能力。

分析：制作简易“防泼洒端杯器”的过程中需要两次调节放托盘的支架（AB边），使其在水平位置平衡，第一次是在托盘上放入水杯前，第二次是在托盘上放入装有水的水杯后，其中第二次调节对学生来说有一定的思维难度，需要教师适当引导。二力平衡需要满足四个条件，在探究“两个力应在一条直线上”这个条件时，教材安排的实验是这样的：先用手将卡片旋转一定的角度，让卡片受到两个不在一条直线上的拉力，再松手并观察卡片最终平衡时的位置情况，由此得出结论。“卡片旋转恢复到原来的位置”是一瞬间的事情，导致有些学生并没有看清实验现象，也没有理解这个实验操作的目的，因此需要教师在分析“为何放上水杯后支架会旋转”“如何调节支架在水平位置平衡”等问题的过程中放慢“脚步”。首先对整个装置进行受力分析并画出相关图像，再与教材上的实验进行类比，从而加深学生对所学知识的理解，同时找到解决问题的办法。

三、拓展延伸：培养学生迁移创新的科学思维

科学思维是一个内涵丰富的概念，包含抽象建模、科学推理、科学论证、质疑创新等多个方面，科学思维的培养需要以具体的学习活动为载体。制作成功并验证“端杯器”确实很“神奇”后，笔者告诉学生：刚才我们在制作这个装置的过程中，运用了许多与力学有关的物理知识，其实在使用这个装置的过程中，也包含许多与力学有关的物理知识。

本环节中，笔者设计了两个与“使用”有关的力学问题：1.使用过程中，整个装置会左右摆动，当装置摆动到右侧最高点时，它的速度是多少？此时它是否处于平衡状态？为什么？2.当整个装置在竖直平面内自由摆动的过程中，托盘和杯子之间是否存在摩擦（忽略空气阻力的作用）？其中设计问题1 的目的是帮助学生区分“瞬间速度为零”和“保持静止”，并在受力分析的同时，引导学生发现：将整个装置抽象成一个小“摆球”，可以使研究更加简单、直观，为后续的探究中需要用到“抽象建模”的思维做好铺垫。

问题2 是整节课中最有思维含量的问题，因为所学知识有限，初中生无法通过受力分析得出结论，所以笔者引导学生设计实验来验证自己的猜想。学生思维进阶的过程如下：（1）如果托盘和杯子之间有摩擦的话，应该属于静摩擦，静摩擦是因为物体间具有相对运动趋势而产生的，如果晃动过程中托盘和杯子运动的方向和速度的大小均相同，则它们之间没有相对运动趋势，反之则有；（2）在杯子与托盘一起运动的过程中，我们无法判断它们之间是否具有相对运动趋势，所以需要将两者分开摆动，并进行对比；（3）根据之前的经验，我们可以将这个装置抽象成一个摆球，而杯子在摆动的过程中受到重力和始终指向圆心的支持力，与摆球的受力情况类似（如图6），即杯子（包括水）受到的支持力与摆球受到的拉力产生的效果相同，所以杯子（包括水）也可以抽象成一个摆球；（4）杯子（包括水）的重力与装置的重力不一定相同，为了保证实验的严谨性，应选取两个重力不同的摆球进行实验；（5）“摆长”是悬挂点到摆球重心的距离，如果杯子（包括水）的重心与装置的重心不重合，则应选取摆长不同的摆球进行实验，如果两者的重心正好重合，则应选取摆长相同的摆球进行实验。

图6

完成分析后，进行实验操作，实验操作过程比较简单，而且实验现象很明显：当两个摆球的摆长不一样时，它们摆动的速度明显不同；当两个摆球的摆长及摆动方向相同时，它们的摆动速度基本相同（实验中很难控制摆长完全相同）。这是一个学生从未接触过的实验，在设计的过程中需要用到抽象建模、转换、等效替代等多种科学方法，而且需要学生在创新的前提下将已有经验灵活地运用到新的情境中，这对学生的思维提出了较高的要求，因此需要教师根据学生的实际情况适当地加以引导。实验结束后，学生经过讨论还发现：实际生活中，因为杯子的重力和倒入水量的多少都不是完全相同的，所以杯子（包括水）的重心和装置的重心完全重合的可能性很小，也就是说在大多数情况下，杯子和托盘之间在晃动的过程中是存在相对运动趋势的，再一次证明我们在制作“端杯器”时应该选择接触面相对比较粗糙的托盘。

分析：本环节的教学设计，期望达到两个目的：1.帮助学生更好地理解“力是改变物体运动状态的原因”；2.在创新实验设计的过程中培养学生的科学思维。针对“问题1”，教师应引导学生从两个角度去理解：第一，物体在最高点时虽然速度为零，但无法保持静止，因此此时物体不能处于平衡状态；第二，对物体进行受力分析，发现重力和拉力不在一条直线上（两个力的大小，初中阶段无法比较），即物体受非平衡力作用，因此物体的运动状态会发生改变。“问题2”的解决对学生综合运用知识的能力要求比较高，教师需根据学生的实际情况进行必要的指导，帮助学生搭建思维脚手架，促进学生的思维向纵深发展。

从教学实践的角度出发，本文设计的“复习课”并不能完全替代“习题课”，但如果能够在教学的过程中，时不时给学生来一节“不一样”的复习课，还是很有必要的。一方面，可以激发学生的学习兴趣；另一方面，也有助于学生在从“原型”到“模型”再到“原理”的实践过程中，提升自身的动手操作能力，将思路方法转化为自身的素养。期待大家在以后的教学过程中不断尝试，设计出更多“不一样”的复习课。