視頻簡介：
視頻標簽：全國高中物理,教師說課視頻
所屬欄目：高中物理說課視頻
視頻課題：第五屆全國高中物理教師說課視頻《超重和失重》王毅-河北省保定
教學設計、課堂實錄及教案：第五屆全國高中物理教師說課視頻《超重和失重》王毅河北省保定市第二中學高中物理
超重和失重
河北省保定市第二中學 王毅
一、使用教材
人教版高中《物理必修1》第四章第七節用牛頓運動定律解決問題（二）第二講。
二、實驗器材
自制支架、橡皮筋、定滑輪、繩子、整理箱、臺秤、手機、電腦、傳感器、飲料瓶、磁鐵、醫用潤滑劑、蠟燭、氣球、彈力圈等（圖1、圖2）
三、實驗創新要點/改進要點
本課實驗改進的背景：生活中的超重失重現象往往轉瞬即逝，難以觀察。在教材中，只是讓學生“回憶” 乘坐電梯時的感受。在以往教學實踐中，也只是通過各種“巧妙”的實驗，讓學生“間接”感知超重失重，學生不能直接觀察到超重失重現象（即物體對支持物的壓力大于或小于物體所受重力的現象），增加了概念理解的難度。特別是對于學生最感興趣的完全失重現象往往只能播放一些太空實驗的視頻。
根據新課程標準提出的“體驗探究，倡導創新“的要求，我設計了創新實驗裝置，將“轉瞬即逝”的物理過程“慢放定格”，做到超重失重特別是完全失重過程的可視化，把太空艙里的完全失重實驗搬到教室里來完成。從而使教學過程更直觀，使理論教學更水到渠成，使課堂教學更高效。
核心創新點：
（一）超重、失重特別是完全失重過程的可視化：利用高速攝影+追隨攝影，即手機“慢動作”攝像結合與研究對象的同步運動，做到清晰地直接地觀察超重、失重、完全失重現象；
（二）實驗結果的呈現做到實時化：利用網絡技術+屏幕鏡像技術，即利用無線網絡（WiFi）和屏幕鏡像軟件，將手機屏幕上的內容實時展現到大屏幕上，即將實驗結果立刻呈現在學生面前，無需任何額外操作和等待，提高了課堂效率；
（三）利用同一平臺，完成多種實驗：用同樣的實驗方法，可以探究多種運動，特別是轉瞬即逝的快速變化的運動。通過開展“尋找超重失重”活動，可以激發學生的研究積極性。這樣以點帶面，引導學生整合各類物理知識，設計綜合性實驗；
（四）利用普通生活中的常見物品及隨身攜帶的手機就能完成一系列實驗，且能觀察到以往在太空實驗室中才能看到的實驗結果，從而培養學生的科學精神和實驗設計能力。
四、實驗原理/實驗設計思路
利用手機慢動作攝影功能結合與研究對象的同步運動，可以清晰記錄快速變化的物理現象。手機慢動作攝影就是高速攝影功能，以240fps拍攝畫面，再以30fps的正常速率播放時，就可以看到細節清晰的慢動作視頻了。結合配套裝置，就可以將普通教室，變成“微重力實驗室”。
模擬電梯運動過程，借助定滑輪，通過調整配重的質量，可以使模擬電梯倉處于超重或失重狀態。模擬蹦極運動過程，原理為首先自由落體階段處于完全失重狀態，之后橡皮筋拉伸處于失重狀態，超過平衡位置后處于超重狀態。可以引導學生觀察和分析不同階段出現的現象。
利用本裝置，引導學生利用已有的超重失重知識并展開想象，進行拓展試驗，將不同的研究對象放入裝置中，使其處于不同的運動狀態，分析、預測、討論會發生的實驗現象，并用實驗驗證，讓學生體會到科學研究的樂趣和成就感。
五、實驗教學目標
（一）知識與技能：
（1）認識超重和失重現象；
（2）知道產生超重、失重現象的條件；
（3）能夠運用牛頓第二定律和牛頓第三定律分析超重和失重現象。
（二）過程與方法：
（1）參與實驗觀察、實例探究、討論交流的過程，體驗超重和失重現象；
（2）經歷實驗和理論探究過程，體會科學探究方法，領略運用牛頓運動定律解決問題方法。
（三）情感態度與價值觀：
（1）觀察生活中的超重和失重現象，生成“學以致用”的思想，激發學生的學習熱情；
（2）自己設計方案，再實驗驗證，激發學生對科學的興趣和熱情，培養創新意識；
（3）體驗自主學習過程，養成樂于細心觀察、勤于思考和相互交流的學習習慣和合作精神。
物理學科核心素養培養目標：提升實驗探究（包括問題、證據、解釋、交流等要素）的能力。
六、實驗教學內容
（1）通過探究模擬電梯運動過程，指導學生分析勻加（減）速向上運動過程和勻加（減）速向下運動過程，并總結出超重失重的概念和產生條件。
（2）通過探究模擬蹦極運動過程，引領學生應用本節所學知識，預測實驗現象，并進行實驗驗證。并結合力傳感器和加速度傳感器及數字化實驗軟件進行深入定量分析。
（3）安排學生設計實驗環節，啟發學生利用所學知識，靈活使用本節實驗裝置，激發學生的創造力，用同一套實驗平臺，設計出多種有趣的出人意料的實驗。將普通教室，變成“微重力實驗室”。
七、實驗教學過程
（一）課堂引入環節：提出如何讓有孔的水瓶不漏水的問題，創設情境，再播放課前利用自制教具所做的實驗，激發認知沖突，引發懸念，從而引入新課。（圖3）
（二）實驗探究環節：利用模擬電梯裝置，創設向上加速過程以及向下加速等過程，并直觀觀察到臺秤的示數變化，從而引出超重失重的概念，并引導學生深入實驗、思考、討論，總結出超重失重產生的條件。（圖4、圖5、表1）
運動方向 V大小變化 a方向 超、失重狀態
向上 加速 向上 超重
減速 向下 失重
向下 加速 向下 失重
減速 向上 超重
（三）理論探究環節：結合實驗現象，引導學生應用牛頓運動定律推導出超重失重現象的動力學本質。至此，把本節課的知識框架搭建起來了。
（四）實驗拓展環節：首先，引導學生應用所學知識探究蹦極運動，分組討論，預測實驗現象，并進行實驗驗證。結合力傳感器和加速度傳感器，利用數字化實驗軟件進行深入定量分析。
探究蹦極過程（圖6、圖7、圖8）
之后，應用本節課所學知識并使用同一實驗裝置，由學生設計超重、失重、特別是完全失重的實驗方案即“尋找超重失重活動”，分析、預測、討論會發生的實驗現象，并用實驗驗證。通過課上和課下的實驗探究活動，讓學生體會到科學研究的樂趣和成就感。
學生設計實驗：完全失重狀態的磁鐵（圖9） 學生設計實驗：完全失重狀態的液滴（圖10）
學生設計實驗：完全失重狀態的火焰（圖11） 學生設計實驗：完全失重狀態的彩虹圈（圖12）
學生設計實驗：完全失重狀態和超重狀態的水球（圖13）
學生設計實驗：完全失重狀態的擺動現象（圖14）
學生設計實驗：完全失重狀態的浮力相關現象（圖15）學生設計實驗：套氣球帶孔水瓶（圖16）
實驗說明：完全失重狀態的液滴實驗，需要選擇能長時間保持液滴形狀的液體材料，經反復對比，本課選擇了一種醫用潤滑劑（用約50℃的溫水沖調濃縮粉末）進行實驗；完全失重狀態的火焰實驗，需要將實驗箱做好密封（用橡膠密封條）；完全失重狀態的擺動現象實驗，需要在小球擺至最低點附近時釋放實驗箱，才可以觀察到完整的圓周運動。
八、實驗效果評價
本課的實驗利用了新方法和新技術：
（一）用生活中的普通物品結合已非常普及的智能手機，通過“高速攝影”+“追隨攝影”的方法，將“轉瞬即逝”的物理過程“慢放定格”，使超重失重特別是完全失重過程達到“可視化”、“定量化”，改變了以往教學中不能直接展現給學生的狀況，使學生更容易接受理解知識。
（二）實驗結果的呈現做到了實時化，利用網絡技術和屏幕鏡像軟件可以將實驗結果立刻呈現在學生面前，改變了以往攝像機錄制后需要等待進行視頻編輯和格式轉換的時間，做到了無需任何線路連接，甚至無需將視頻文件復制到電腦上，就能立即觀看，提高了課堂教學效率。
（三）用同樣的實驗方法，可以探究多種運動，特別是轉瞬即逝的快速變化的運動。通過開展“尋找超重失重”活動，可以激發學生的研究積極性，將很多物理知識（如：曲線運動、摩擦力、表面張力等）自然的引入給學生，使學生主動探索，自發生成知識。
（四）引導學生利用手機和身邊物體設計有趣的甚至是不可思議的科學實驗，體現了物理從生活中來，到生活中去的STSE（科學、技術、社會、環境）思想，把手機從“游戲機”變為“科研儀器”，讓學生通過自己的“科研成果”收獲自信，激發學習和創新的熱情。
姓名：王毅 單位：河北省保定市第二中學
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
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