陳峰 李梅

摘? ?要：文章從初中物理綜合實踐活動的開發(fā)為出發(fā)點，以“制作簡易動力跑車”的實踐為例，簡述物理綜合實踐活動開展過程，以此培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。

關(guān)鍵詞：物理綜合實踐活動;動力跑車;關(guān)鍵能力

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）12-0066-3

物理綜合實踐活動是蘇科版初中物理教材的一個重要特色，是以物理知識為基礎(chǔ)，以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)及其關(guān)鍵能力為目標(biāo)，采用實驗探究、設(shè)計制作、調(diào)查研究等方式而開展的教學(xué)活動。教材第十二章的標(biāo)題是《機(jī)械能和內(nèi)能》，此部分內(nèi)容以現(xiàn)代交通工具——汽車為載體來引入，先后介紹了機(jī)械能、內(nèi)能及其相互轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生了解能的形式是多樣的，而且每種形式的能量并不是孤立的，而是可以相互轉(zhuǎn)化的，在能量的轉(zhuǎn)化過程中，一般都對應(yīng)著做功的過程。本文以這一知識為出發(fā)點，開發(fā)了如下的綜合實踐活動——制作簡易動力跑車，以此培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。

1? ? 引? 入

以影片《飛馳人生》中，張弛團(tuán)隊打造跑車的精彩畫面及比賽視頻為引入，學(xué)生被視頻中炫酷的跑車深深地吸引著。接著引出根據(jù)第十二章所學(xué)的知識，利用身邊常見器材，設(shè)計并制作一款屬于自己的動力跑車。

2? ? 展示交流

全班共分為六個組，每組認(rèn)領(lǐng)任務(wù)，制作動力跑車，并進(jìn)行展示交流。展示的時候重點介紹跑車的核心零件，以及運動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況。第一小組——重力跑車：細(xì)線一端系住重物，另一端通過定滑輪固定在輪軸上，釋放前，滾動車輪，將重物提高，增加重物的重力勢能，釋放重物，重物下落，帶動小車向前運動，重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。第二小組——回力齒輪箱跑車：核心部件是回力齒輪箱，當(dāng)后輪向后轉(zhuǎn)動時，齒輪箱中的發(fā)條旋緊，發(fā)條的彈性勢能增加，釋放后，發(fā)條的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。第三小組——慣性齒輪箱小車：核心部件慣性齒輪箱內(nèi)部有一個質(zhì)量較大的飛輪，當(dāng)向前或向后對小車做功時，飛輪快速轉(zhuǎn)動，儲存較大的轉(zhuǎn)動動能，松手后，飛輪的動能轉(zhuǎn)化為小車的動能，小車?yán)^續(xù)向前運動。第四小組——拉線回力跑車：拉動細(xì)線，發(fā)條旋緊，發(fā)條的彈性勢能增大，松手后，發(fā)條的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。第五小組——混合動力小車：可將橡皮筋的彈性勢能和重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。第六小組——橡皮筋回力跑車：可將橡皮筋的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。

3? ? 拓展研究

六個小組的跑車都能實現(xiàn)自動前進(jìn)。其能量轉(zhuǎn)化情況分為三類：重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，動能轉(zhuǎn)化為動能，都是機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化。在這一階段，教師提出問題：視頻中的跑車在運動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況如何？

生：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

師：那我們能否利用生活中常見的器材制作一款內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的跑車？

生1：可以利用蒸汽對外做功，將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。比如，在一個試管中加些水，用塞子塞住，固定在小車上，點燃酒精，對試管中的水進(jìn)行加熱，試管內(nèi)氣壓增大，當(dāng)試管內(nèi)的氣壓增大到一定程度時，試管內(nèi)的氣體對塞子做功，同時獲得一個反作用力，小車向前運動。

師：不錯，老師之前也有這樣的想法，并制作了一款這樣的跑車，大家請看（演示，如圖1所示）。

師：大家評價一下這輛跑車的性能如何？

生2：能實現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但是瓶內(nèi)高溫高壓的氣體存在安全隱患，并且運動距離不遠(yuǎn)。我覺得可以用一個密閉的容器，比如將一個大的飲料瓶安裝在小車上，在瓶蓋上安裝一個自行車內(nèi)胎上的氣嘴。用打氣筒向瓶內(nèi)打氣，瓶內(nèi)氣體內(nèi)能增大，打氣結(jié)束后，將小車放在地面，快速擰松氣門芯，氣體對外做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，小車向前運動。

生3：我有一個更簡單的方法，將氣球吹大后用線系住，固定在小車上，也能實現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

師：很好的想法，不過老師有一個疑問，氣嘴扎緊后，氣球如何排氣呢？

生4：可以將氣球套在一個類似吸管的塑料管上，再用橡皮筋扎緊，這樣就解決了出氣的問題。

師：出氣問題解決了，可是塑料管與打氣筒連接打氣時漏氣，可有改進(jìn)的方法？

生5：可以在塑料管與打氣筒之間連接一段軟管。

生6：可以將改進(jìn)后的氣球安裝在橡皮筋回力跑車上，氣球向外排氣時，氣球的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為小車的動能和橡皮筋的彈性勢能，跑車向前運動后還能自動向后運動。

師：按照大家的想法，提供了如下器材，請大家制作一款內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的跑車。

3.1? ? 實驗器材

橡皮筋回力跑車、氣球、橡皮筋、圓筒塑料管、軟管及其他工藝材料和工具，可自選合適的器材。

3.2? ? 要求

（1）跑車運動過程中體現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

（2）跑車向前運動后，能自動向后運動。

3.3? ? 思考與制作

（1）是否要增加一個氣球的進(jìn)出氣口？

（2）選擇進(jìn)出氣口的直徑有什么要求？請說說你的理由。

（3）如何使打氣筒與進(jìn)出氣口連接時不漏氣？

（4）氣球出氣口的朝向有沒有要求？

（5）你打算將氣球安裝在跑車上的哪一個部位？如何固定氣球？

（6）分組討論設(shè)計方案，并合理分工。

3.4? ? 交流與比賽

比一比，看哪一組的跑車向前運動得最遠(yuǎn)，哪一組的跑車自動向后運動得最遠(yuǎn)。

4? ? 反思與評價

值得提出的是，有一組沒有將氣球安裝在橡皮筋回力跑車上，而是將氣球安裝在慣性齒輪箱跑車上，并認(rèn)為這樣可以使跑車運動得更遠(yuǎn)，可是結(jié)果和預(yù)期不一樣，但是這樣的質(zhì)疑創(chuàng)新精神值得鼓勵，這是一個值得繼續(xù)研究的問題。

評價內(nèi)容可從選題與設(shè)計、選材與制作、調(diào)試與完善、合作與展示、評價與改進(jìn)五個維度對學(xué)生此次活動進(jìn)行量表評價，采用學(xué)生自評、組評、師評相結(jié)合的方式可使評價更可靠。

5? ? 小? 結(jié)

江蘇義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力研究項目組于2018年出版的《義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)·關(guān)鍵能力測評與教學(xué)（初中物理）》對初中學(xué)生關(guān)鍵能力的評價進(jìn)行了等級劃分。本文在此基礎(chǔ)上建構(gòu)了“動力跑車”制作過程中學(xué)生關(guān)鍵能力的具體表現(xiàn)，見表1。

“制作簡易動力跑車”活動的開展，能具體落實初中物理核心素養(yǎng)及其關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，包括概括理解、實驗探究、實踐應(yīng)用和求實創(chuàng)新四個方面。在實際問題的解決過程中，還可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察與建模、設(shè)計與操作、思想與方法、反思與評價、遷移與創(chuàng)新等具體能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳昇.再論“物理綜合實踐活動”設(shè)置的意義與實施策略[J]. 物理之友，2019（1）：1-6.

[2]駱波. 物理綜合實踐活動的實施路徑與評價建議[J].中學(xué)教育教學(xué)，2019（12）：14-17.

[3]義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力研究項目組. 義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)·關(guān)鍵能力測評與教學(xué)（初中物理）[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2018：7-9.

（欄目編輯? ? 張正嚴(yán)）