BOPPPS教学模式在高中物理教学中的应用——以“自由落体运动”为例

叶希希 王汐柠 王慧珍 陈森森 叶晴莹

(1. 福建师范大学物理与能源学院,福建 福州 350117；2. 福建省南安市柳城中学,福建 南安 362399)

BOPPPS教学模式源于加拿大教师技能培训项目，是一种以目标导向、学生为中心的教学模式。它由导入(Bridge-in)、学习目标(Objective)、前测(Pre-assessment)、参与式学习(Participatory Learning)、后测(Post-assessment)和总结(Summary)六个教学环节构成。实践表明BOPPPS教学模式是一种有效的教学模式，BOPPPS教学模式各个环节、功能及策略如表1所示。

表1

在自由落体运动的教学中应用BOPPPS教学模式，一方面可以加深学生对运动学相关知识的理解，另一方面可融入物理学史，以发展学生的人文素养，再者通过学生自主实验设计、分析和处理数据，培育学生的科学探究精神和创新能力。

1 导入

活动：抓纸币。教师说道：“我们一起做个游戏，这里有一张100元纸币，谁能它抓住就是谁的。”

游戏规则：(1) 教师将纸币折叠成长条状以减少空气阻力，捏住纸币上端，学生的两手指位于纸币中间位置(图1)；(2) 纸币释放后，才能动手抓纸币。

图1

游戏结果：学生总是抓不住纸币。这引发了学生的好奇，学生不禁猜测：纸币从手指间下落时间太短了，人的反应时间不够。教师顺势引导学生探究纸币的运动。

设计目的：调动学生积极性，引导学生思考游戏中的问题。

2 目标

(1) 物理观念：掌握自由落体运动的本质、特点及规律；

(2) 科学思维：了解伽利略在研究中运用的“归谬法”，建构自由落体运动模型，根据实验探究结果，归纳总结出自由落体运动规律；

(3) 科学探究：设计实验，探究自由落体运动的规律；

(4) 科学态度与责任：通过物理学史，感受物理学家对科学锲而不舍的探索精神，能对生活中的现象做出解释，养成安全意识。

3 前测

(1) 通过课前作业形式，让学生简要介绍亚里士多德和伽利略的生平、成就，使学生意识到事物的发展总是在曲折中前进的，不是一蹴而就的，使学生逐步养成探索自然的内在动力和严谨认真、实事求是、持之以恒的品质；

(2) 以课堂口头提问形式复习匀变速直线运动相关知识。

4 参与式教学

4.1 轻、重物体下落得一样快

问题1：在物体下落的过程中，轻的物体下落得快，还是重的物体下落得快，如何用逻辑方法予以证明？

问题2：为什么亚里士多德通过观察会得出重的物体下落得快的结论？哪些因素影响物体下落的快慢？

演示：一张纸与一个铁块同时释放，铁块先下落；半张纸揉成团与一张纸从同一高度释放，半张纸下落得快。

问题3：怎样设计实验证明你的观点呢？

提供实验器材：牛顿管(图2)。

图2

对于以上几个问题，学生间相互交流讨论，提出：对于问题1可运用伽利略的“归谬法”，假设轻的物体下落得慢，重的物体下落得快，如将两个物体用绳子连起来，轻的物体会把重的物体向上拉，重的物体会把轻的物体向下拽，因而整体速度会大于轻的物体，小于重的物体；然而将两个物体连在一起后，那它们的重量就超过了重的物体，速度应该是大于重的物体，这样就与亚里士多德的说法相矛盾，从而推测：轻、重物体下落得一样快。

通过问题2、3，领悟亚里士多德的“观察事实—总结经验”的研究方法的局限性，并通过演示实验猜测：由于空气阻力的影响，导致物体下落快慢不同，进而引导学生设计实验：将轻物体与重物体放在同一容器的同一高度，抽真空后同时释放。

为了节省时间，教师拿出提前抽好真空的牛顿管，简要介绍牛顿管构造：抽气阀门、有机玻璃管，羽毛和金属片等。介绍观察的注意事项：由于金属片较小，不易观察，可通过金属片撞击管底的声音，判断是否与羽毛同步落到底部。然后在教室不同位置多次进行演示实验，尽可能使每位学生都看到。接着打开阀门使空气进入牛顿管，再次演示，使学生观察羽毛与铁片做落体运动的情况。最后引导学生总结出自由落体运动的特点：落体只受重力作用，自由落体运动是一种理想化模型。

通过层层递进的问题，让学生相互讨论，使学生成为课堂的主人，促进学生的深度学习，发展学生的科学思维和创新能力。

4.2 探究自由落体运动的性质

问题1：你猜想自由落体运动是什么运动?

问题2：怎样判断物体是匀变速直线运动？

问题3：伽利略的猜想是什么？又是如何验证的？

学生已经学习了匀加速直线运动，且通过观察演示实验也可以发现作落体运动的物体速度越来越快，对于问题1很容易提出猜想：自由落体运动是匀变速直线运动。对于问题2的答案不唯一，可以通过计算各个时间段物体运动的位移，也可以通过测定v-t图像的斜率、x-t2图像的斜率等，通过讨论培养学生的创新思维。

对于问题3，学生通过自学了解到伽利略提出了x∝t与v∝t的猜想，利用数学推理，发现若路程与时间成正比，推导出来的结果非常复杂，不符合自然规律是简洁和谐的信念，故他设计实验验证v∝t的猜想，但因实验条件所限，难以测定速度，他利用转化思维，将其转化为验证x∝t2。接着教师介绍伽利略用滴漏计时，再次拿粉笔演示落体运动，让学生用秒表计时，发现粉笔运动太快了，即加速度太大，伽利略采用了巧妙的方法来“冲淡”重力，即让铜球从斜面上滚下来。

表2

图3

4.3 研究自由落体运动的规律

类比匀变速直线运动，研究自由落体运动的规律(表3)。

表3

5 后测

问题1：为什么放开纸币后，我们抓不住纸币呢？

问题2：高层建筑物越来越多，高空抛物的危害也越来越为人们所了解，试估算物体从教室4楼窗台自由下落到达地面的速度。

对于问题1，100元纸币的长度为15.5厘米，根据自由落体运动规律，若能抓住纸币需时0.126 s，而一般人的反应时间为0.4 s，显然是力不从心，让学生根据科学知识破解游戏奥秘，增强其成就感，激发学生对物理的兴趣。

对于问题2，一层楼的高度大约为3米，算出从四楼窗台下落到地面的速度大约为40 km/h。很多社区、学校也有规定，窗台、阳台不许放置盆栽等，以杜绝安全隐患，从而提升学生的安全意识。

6 总结

让学生制作自由落体运动的思维导图(图)，总结自由落体相关知识，巩固本节课学习的内容。

图4

7 结语

将BOPPPS教学模式应用于自由落体运动的教学，不仅促进了学生对匀变速直线运动规律的理解与掌握，还调动了学生的学习主动性，激发了学生对物理学习的兴趣，增强了学生的成就感，也促进了生生之间的交流互动，提高了学生的核心素养，达到了良好的教学效果。