巧设师生活动 搭建思维台阶①——以“重力”教学为例

张 蓉

(1. 南京师范大学附属中学树人学校，江苏 南京 210000；2. 南京物理教师成长共同体，江苏 南京 210000)

初中生的思维能力发展很快，但仍处于直观形象思维为主的阶段。因此，只有设计多种教学活动，搭建拾级而上的思维台阶,才能更符合学生的认知特点。笔者于2021年以“重力”为课题,承担了一节南京市公开课,在备课、磨课过程中,尝试设计逐层递进的师生活动，帮助学生突破思维障碍,提高课堂效率。

1 教学设计思路

在苏科版初中物理教材中,“重力”内容的编排是先通过观察图片感知重力的存在，再探究重力大小和质量的关系，然后探究重力的方向，最后学习力的示意图。笔者对这部分内容的教学顺序进行了一些调整，如果先学习重力大小，再学习重力方向,学生不能理解测量物重时弹簧测力计一定要沿竖直方向自然悬挂,教师也不便解释，所以笔者先安排了重力方向的学习,进而再探究重力的大小，具体教学设计思路如图1。

图1

2 课堂引入的活动设计

部分教师会在引入环节,安排学生套圈、投篮等活动,笔者发现学生的注意力完全集中在游戏上,缺乏主动思考。笔者力求引入活动要能使让学生联系前面所学知识,观察现象并解释。

教师分别将小球由静止释放、竖直向上抛出、斜向上抛出,学生观察。

师:小球离手后还受力吗？说出你的判断依据?

生:受力,因为小球的运动状态发生了改变。

师:这些力可能是弹力吗?

生:不可能,因为手和小球没有直接接触。

师:产生力的作用一定会涉及两个物体,另一个物体是谁?这种作用是吸引还是排斥呢?

生:地球，吸引。

师:你在生活中还见过类似的现象吗?

引出重力的定义并分析其受力物体和施力物体。

3 关于重力方向的活动设计

传统教学通常采用教材中对于重力方向的设计(图2)，学生探究的难度较大,也缺少思维的递进,笔者将重力方向的教学拆分为几个阶梯活动。

图2

3.1 重力是有方向的

抛出的小球最终会落向地面，说明重力是有方向的。

3.2 显示重力方向的方法

学生观察细线的伸长，发现细线的伸长方向可以显示其受力的方向。

师:你能用什么办法显示出重力的方向?

生:细线下面悬挂一个重物,重物静止时,细线的方向就是物体所受重力的方向。也可以观察物体由静止下落的轨迹。

3.3 重力方向是竖直向下的

师:老师利用细线，变换位置,在黑板上画出3次重力方向(图3)。你发现了什么?说明什么?

图3

生:重力的方向是竖直向下的。

3.4 描述重力方向

教师展示利用如图4所示的自制教具所做的实验。

图4

师:重物所受重力的方向是怎样的?选择一个参照物具体描述一下。

生:重力方向和水槽底面垂直，也和水平面垂直。

师:是不是可以说重力的方向始终与水槽底面和水平面都是垂直的?

生:不行,没有进行多次实验。

师:具体该怎么操作呢?

生：多次改变水槽底面倾角。

通过观察图4、图5、图6得到结论：无论怎么改变水槽底面的倾角,重力的方向始终与水平面垂直。为了方便描述,我们就把与水平面垂直的方向叫作竖直方向。

图5

图6

师:要进一步验证重力的方向，还有其他的方法吗?

学生观察沙子由静止下落的轨迹，总结归纳出结论：重力的方向始终竖直向下。

3.5 重力方向的应用

学生在完成前面的层层递进式任务后，思维能力和解决问题的能力得到提高，可以让学生解决更有难度的问题：选择身边的物品,检验搭建的墙壁是否竖直、桌面是否水平(图7)，然后教师再自然引出重垂线和水平仪。

图7

4 关于重力大小的活动设计

关于“探究重力大小和质量的关系”,苏科版初中物理教材选用钩码为研究对象,学生往往会产生以下错误理解:实验中必须选用同种物质的物体作为研究对象,因此笔者为学生提供了两组不同的研究对象:一组是钩码;一组是红豆、大米、沙子和钢珠等。在该内容的教学中,也有不少教师会引导学生探究重力大小和物质密度和物体体积的关系,得到重力大小和物质密度、物体体积都无关的结论。笔者认为此处存在科学性问题,首先重力大小和质量有关,质量等于密度和体积的乘积,重力大小当然和密度、体积有关。其次,对于科学探究,有以下要素:提出问题、猜想假设、设计实验和制定方案、进行实验和收集证据、分析与论证、评估、交流与合作,但是并不是所有的探究都要囿于以上所有要素,尤其是课堂时间有限,该实验的重点是培养学生的分析与论证能力,尤其是根据数据、图像多角度论证的能力。还有教材上的表格设计如表1所示，实验前表格的最后一列可先隐藏,重力和质量的关系应该是学生在完成实验的数据收集后,在分析论证环节中发现的，因此笔者作了如下尝试。

表1

4.1 探究重力大小与质量的关系

学生测量不同物体所受的重力,提出问题：重力的大小和什么因素有关呢?

实验前引导学生讨论:

(1) 需要测量哪些物理量?选用何种测量工具?

(2) 不同的小组会拿到不同的器材：多个钩码,每一个钩码质量为50 g，质量不等的大米、沙子、钢珠、玻璃球。

4.2 学生进行实验探究，实验后讨论：

(1) 你们得到了什么结论?依据是什么?

生:物体所受重力大小与它的质量成正比。依据1:物体所受重力大小和质量的比值为一个定值；依据2:画出重力大小和质量的关系图像,图像是一条过原点的倾斜直线。

(2) 选择不同的研究对象有什么优点?

生:选择钩码进行实验可以不用测量质量,更加方便；选择质量不等的大米、沙子、钢珠、玻璃球等，说明重力和质量的大小关系更有普遍性。

4.3 重力大小与质量的关系式

先介绍g值和重力公式，学生观看阿波罗登月的视频。

师:宇航员背着这么笨重的装备,为什么还能灵活运动，像只兔子呢?

生:g值和物体所处的地理位置有关。

5 结语

设计逐层递进的活动，搭建拾级而上的思维台阶，是实现课堂教学有效性的基本保障。学生在低起点、小步子的基础上优化探究过程，提升了学生的核心素养。