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指向关键能力培养的物理综合实践活动的开发

2020-01-07 14:02:10 物理教学探讨 2020年12期

陈峰 李梅

摘? ?要:文章从初中物理综合实践活动的开发为出发点,以“制作简易动力跑车”的实践为例,简述物理综合实践活动开展过程,以此培养学生的关键能力。

关键词:物理综合实践活动;动力跑车;关键能力

中图分类号:G633.7 文献标识码:A ? ? 文章编号:1003-6148(2020)12-0066-3

物理综合实践活动是苏科版初中物理教材的一个重要特色,是以物理常识为基础,以发展学生的核心素养及其关键能力为目标,采用实验探究、设计制作、调查研究等方式而开展的教学活动。教材第十二章的标题是《机械能和内能》,此部分内容以现代交通工具——汽车为载体来引入,先后先容了机械能、内能及其相互转化,让学生了解能的形式是多样的,而且每种形式的能量并不是孤立的,而是可以相互转化的,在能量的转化过程中,一般都对应着做功的过程。本文以这一常识为出发点,开发了如下的综合实践活动——制作简易动力跑车,以此培养学生的关键能力。

1? ? 引? 入

以影片《飞驰人生》中,张弛团队打造跑车的精彩画面及比赛视频为引入,学生被视频中炫酷的跑车深深地吸引着。接着引出根据第十二章所学的常识,利用身边常见器材,设计并制作一款属于自己的动力跑车。

2? ? 展示交流

全班共分为六个组,每组认领任务,制作动力跑车,并进行展示交流。展示的时候重点先容跑车的核心零件,以及运动过程中能量的转化情况。第一小组——重力跑车:细线一端系住重物,另一端通过定滑轮固定在轮轴上,释放前,滚动车轮,将重物提高,增加重物的重力势能,释放重物,重物下落,带动小车向前运动,重物的重力势能转化为小车的动能。第二小组——回力齿轮箱跑车:核心部件是回力齿轮箱,当后轮向后转动时,齿轮箱中的发条旋紧,发条的弹性势能增加,释放后,发条的弹性势能转化为小车的动能。第三小组——惯性齿轮箱小车:核心部件惯性齿轮箱内部有一个质量较大的飞轮,当向前或向后对小车做功时,飞轮快速转动,储存较大的转动动能,松手后,飞轮的动能转化为小车的动能,小车继续向前运动。第四小组——拉线回力跑车:拉动细线,发条旋紧,发条的弹性势能增大,松手后,发条的弹性势能转化为小车的动能。第五小组——混合动力小车:可将橡皮筋的弹性势能和重物的重力势能转化为小车的动能。第六小组——橡皮筋回力跑车:可将橡皮筋的弹性势能转化为小车的动能。

3? ? 拓展研究

六个小组的跑车都能实现自动前进。其能量转化情况分为三类:重力势能转化为动能,弹性势能转化为动能,動能转化为动能,都是机械能之间的相互转化。在这一阶段,教师提出问题:视频中的跑车在运动过程中能量的转化情况如何?

生:内能转化为机械能。

师:那大家能否利用生活中常见的器材制作一款内能转化为机械能的跑车?

生1:可以利用蒸汽对外做功,将气体的内能转化为机械能。比如,在一个试管中加些水,用塞子塞住,固定在小车上,点燃酒精,对试管中的水进行加热,试管内气压增大,当试管内的气压增大到一定程度时,试管内的气体对塞子做功,同时获得一个反作用力,小车向前运动。

师:不错,老师之前也有这样的想法,并制作了一款这样的跑车,大家请看(演示,如图1所示)。

师:大家评价一下这辆跑车的性能如何?

生2:能实现内能转化为机械能,但是瓶内高温高压的气体存在安全隐患,并且运动距离不远。我觉得可以用一个密闭的容器,比如将一个大的饮料瓶安装在小车上,在瓶盖上安装一个自行车内胎上的气嘴。用打气筒向瓶内打气,瓶内气体内能增大,打气结束后,将小车放在地面,快速拧松气门芯,气体对外做功,内能转化为机械能,小车向前运动。

生3:我有一个更简单的方法,将气球吹大后用线系住,固定在小车上,也能实现内能转化为机械能。

师:很好的想法,不过老师有一个疑问,气嘴扎紧后,气球如何排气呢?

生4:可以将气球套在一个类似吸管的塑料管上,再用橡皮筋扎紧,这样就解决了出气的问题。

师:出气问题解决了,可是塑料管与打气筒连接打气时漏气,可有改进的方法?

生5:可以在塑料管与打气筒之间连接一段软管。

生6:可以将改进后的气球安装在橡皮筋回力跑车上,气球向外排气时,气球的内能转化为小车的动能和橡皮筋的弹性势能,跑车向前运动后还能自动向后运动。

师:按照大家的想法,提供了如下器材,请大家制作一款内能转化为机械能的跑车。

3.1? ? 实验器材

橡皮筋回力跑车、气球、橡皮筋、圆筒塑料管、软管及其他工艺材料和工具,可自选合适的器材。

3.2? ? 要求

(1)跑车运动过程中体现内能转化为机械能。

(2)跑车向前运动后,能自动向后运动。

3.3? ? 思考与制作

(1)是否要增加一个气球的进出气口?

(2)选择进出气口的直径有什么要求?请说说你的理由。

(3)如何使打气筒与进出气口连接时不漏气?

(4)气球出气口的朝向有没有要求?

(5)你打算将气球安装在跑车上的哪一个部位?如何固定气球?

(6)分组讨论设计方案,并合理分工。

3.4? ? 交流与比赛

比一比,看哪一组的跑车向前运动得最远,哪一组的跑车自动向后运动得最远。

4? ? 反思与评价

值得提出的是,有一组没有将气球安装在橡皮筋回力跑车上,而是将气球安装在惯性齿轮箱跑车上,并认为这样可以使跑车运动得更远,可是结果和预期不一样,但是这样的质疑创新精神值得鼓励,这是一个值得继续研究的问题。

评价内容可从选题与设计、选材与制作、调试与完善、合作与展示、评价与改进五个维度对学生此次活动进行量表评价,采用学生自评、组评、师评相结合的方式可使评价更可靠。

5? ? 小? 结

江苏义务教育学科核心素养与关键能力研究项目组于2018年出版的《义务教育学科核心素养·关键能力测评与教学(初中物理)》对初中学生关键能力的评价进行了等级划分。本文在此基础上建构了“动力跑车”制作过程中学生关键能力的具体表现,见表1。

“制作简易动力跑车”活动的开展,能具体落实初中物理核心素养及其关键能力的培养,包括概括理解、实验探究、实践应用和求实创新四个方面。在实际问题的解决过程中,还可以培养学生的观察与建模、设计与操作、思想与方法、反思与评价、迁移与创新等具体能力。

参考文献:

[1]刘炳昇.再论“物理综合实践活动”设置的意义与实施策略[J]. 物理之友,2019(1):1-6.

[2]骆波. 物理综合实践活动的实施路径与评价建议[J].中学教育教学,2019(12):14-17.

[3]义务教育学科核心素养与关键能力研究项目组. 义务教育学科核心素养·关键能力测评与教学(初中物理)[M].南京:江苏凤凰科学技术出版社,2018:7-9.

(栏目编辑? ? 张正严)

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