基于問題情境導入的物理教學設計

施劍峰

重力是一種最常見的力，在力學中處于最基礎核心的地位。本節的教學重點是重力的三要素，在設計時知識點均以具體化的情境引入，引導學生去主動發現問題，同時注重對學生學科核心素養的培養，提升學生分析、解決問題的能力。

一、教材分析

本節是在力、彈力基礎上來研究受力分析時首先考慮的力——重力，是最重要的性質力，是第八章“力”的核心內容。重力計算也是力學計算的基礎。本節教學內容圍繞重力的形成原因、大小、方向、作用點幾個方面展開，自然引出力的三要素。

二、學情分析

重力與生活聯系緊密，學生已有定性認識，所以教學任務是讓學生對重力有更科學、更系統的認識。初學者不能很好地區分“質量”和“重力”這兩個物理量，所以在設計時要進行適度拓展延伸，激發學生的興趣，增強他們的求知欲。

三、教學目標

1.物理概念：了解重力的形成和重力的三要素（大小、方向、作用點）。

2.科學思維：通過探究重力與質量的關系，培養學生分析處理數據的能力。

3.科學探究：通過小組實驗，探究重力大小與質量的關系及重力的方向，培養學生分析探究問題的能力，關注學生學科核心素養的提升。

4.科學態度與責任：通過實驗探究，培養學生科學嚴謹的實驗態度，并能用所學知識解決實際問題。

四、教學過程設計

（一）教學導入

播放圖片（如圖1），引出問題：為什么地面附近的一切物體一旦失去支持總要落向地面？

介紹少年牛頓和蘋果的故事。

（設計意圖：愛因斯坦曾說：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。”引導學生認識到牛頓從蘋果落地這個極普通的自然現象能發現并總結出著名的萬有引力定律，是多么了不起的成就。我們也要善于觀察日常生活，有發現問題的“慧眼”，要勇于質疑，敢于質疑，這是今后有所創新和成就的重要心理基礎。）

（二）重力的形成原因

問題情境：用一根細繩拴一塊橡皮，甩起來，使橡皮繞手做圓周運動。

師：若沒有細繩拉著，橡皮能做圓周運動嗎？

生：不能。

師：那么月球為什么能圍繞地球轉？地球為什么能圍繞太陽轉？

生：有吸引力。

師：其實任何兩個物體都相互吸引→萬有引力。

（1）定義：由于地球的吸引而使物體受到的力。

（2）符號：G。

（3）施力物體：地球。

（設計意圖：通過甩橡皮這個問題情境延伸到天體運動，引發學生思考，使學生初步認識到物體間存在的萬有引力，從而引出重力。）

（三）重力的大小

提出問題：物體所受重力的大小與什么因素有關？

猜想與假設：可能與物體的質量有關。

設計實驗：

研究對象：鉤碼、木塊、銅塊。

器材：天平（測質量）、彈簧測力計（測重力）。

學生小組活動：

收集證據：

師：如何處理數據從而獲得結論？

師生討論：①求出重力與質量的比值;②作出G-m關系圖像（更直觀）。

實驗結論：物體所受重力的大小與它的質量成正比。

（設計意圖：通過自己動手去測質量和重力，讓學生認識到這是兩個不同的物理量。三次實驗選用不相干的三件物品，可以更好地說明結論的普遍性。同時沒有在表格中直接展現重力與質量比值這一列，而是引導學生自己去思考如何處理數據獲得結論，提升學生的學科素養。）

由關系式= g ?G=mg

師：g約為9.8 N/kg，其物理含義是什么？

生：質量為1 kg的物體受到的重力約為9.8 N。

練一練：一個西瓜的質量是5 kg，它受到的重力為多大？（g取10 N/kg）

學生書寫：G= mg =5 kg·10 N/kg=50 N

師：需要提醒，重力和質量是兩個不同的概念，不可以出現5 kg=50 N這樣的錯誤書寫。

問題情境：據說一個索馬里的商人來到荷蘭，看到那里的魚很便宜，就向漁民買了5×107 N的魚，裝上船從靠近北極的荷蘭運到靠近赤道的索馬里首都摩加迪沙，到了那里稱得魚少了3×105 N。

輪船沿途沒有靠過岸，被偷是不可能的，裝卸中的損耗也不可能這么大，這究竟是怎么回事？?g的數值不是定值，與物體所處的位置（如緯度、海拔）有關。

問題情境：如圖2，他為什么變得“力大無窮”？

生：月球上引力小。

師：月球上的g值只有地球的1/6。

（設計意圖：這里沒有直接告訴學生g與位置有關這個結論，而是通過問題情境的創設，激發學生興趣，引發學生主動思考和探索，使問題更形象、具體。）

師：展開想象的翅膀，如果突然失去重力，我們的生活會怎樣呢？

學生充分發散思維，答案五花八門。

簡單介紹太空微重力下的燃燒實驗。

視頻展示：神舟飛船中的生活。

（設計意圖：激發學生的好奇心和探知欲，也使學生體會到我國在載人航天方面取得的偉大成就，增強民族自豪感。）

（四）重力的方向

師：請大家利用身邊的物品探究并討論：重力的方向是怎樣的？為什么？

生：物品一旦失去支持，會向下落地，所以重力的方向是“向下”的。

師：哪個正確？（如圖3）

學生小組活動：

（如圖4）緩慢改變木板的傾角α，觀察懸線OA的方向。（始終垂直于水平桌面，并非垂直于斜面）

剪斷懸線OA，發現小球豎直下落。

學生總結：重力的方向是豎直向下的。

問題情境：如圖5，我們站在地面上，腳朝下，站得很穩。但地球是球形的，在我們“腳下”的阿根廷人，好像是腳朝上的。他們為什么也能站得很穩呢？為什么沒有從地球上掉下去？對“豎直向下”如何理解？

在初中，我們可以近似認為重力的方向指向地心。

（設計意圖：重力的方向是個易錯點，通過小組實驗，學生能更好地理解“豎直”和“垂直”的區別。同時通過問題情境的設置，學生對“豎直向下”有了深層次的理解。）

問題情境：他們的做法能判斷得非常準確嗎？（如圖6）

（五）重力的作用點

問題情境：這說明了什么？（如圖7）

師：物體上每一部分都受到重力，但從效果上看，我們可以認為重力集中作用在某一點——重心。

重心：重力的等效作用點。

質量分布均勻、形狀規則的物體，重心在幾何重心。

問題情境：（如圖8）

師生討論得出：重心越低，越穩定。

視頻播放：自行車通過降低重心在鋼絲繩上騎行。

知識拓展：重心是否一定在物體上？（視頻播放“背躍式”跳高）

學生課后自主探究：“跨越式”跳高和“背躍式”跳高的區別。

（設計意圖：“重心”對初中生來說是個抽象的概念，不容易理解，可通過問題情境化、生活化引導學生自主獲得結論。另外，可通過課后留疑，引導學生去自主探究，提升其用所學知識解決實際問題的能力。）

[教學后記]

課堂教學的設計必須以學生為主體，讓學生在老師的引導下主動探究問題，經歷知識的生成過程。在教學過程中，教師要創設情境來激發學生的興趣，觸發學生的思考，而不是生硬地直接告訴學生結論。在問題探究過程中，要注重對學生思維的引導，在適當的時機巧妙設疑，滲透科學探究的方法，提升學生的學科核心素養。

（作者單位：南京外國語學校）

編輯：趙飛飛