◇ 上海 王 健

物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提出為現(xiàn)階段的物理課堂教學(xué)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn),教學(xué)中應(yīng)體現(xiàn)“學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)”的理念,通過(guò)教師的引導(dǎo),打開學(xué)生的思維,通過(guò)問(wèn)題探索、實(shí)驗(yàn)探究、團(tuán)隊(duì)合作等來(lái)解決問(wèn)題,體會(huì)物理觀念的形成過(guò)程,培養(yǎng)本學(xué)科特有的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.因此,學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)圍繞物理思維的激活而展開.有效的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)能夠激活學(xué)生的思維,提升課堂效率.筆者以滬教版高一上冊(cè)第三章“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”中的“作用與反作用 牛頓第三定律”為例,針對(duì)本節(jié)課的重點(diǎn)、難點(diǎn)設(shè)計(jì)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng),激活學(xué)生思維.

1 以學(xué)生學(xué)情為基礎(chǔ),從知識(shí)點(diǎn)的考量逐漸擴(kuò)散到單元教學(xué)設(shè)計(jì)

要激活學(xué)生在課堂上的物理思維,首先要了解學(xué)生現(xiàn)有的學(xué)習(xí)情況,才能在教學(xué)內(nèi)容和解決教學(xué)難點(diǎn)的設(shè)計(jì)中有的放矢.

1.1 牛頓第三定律的學(xué)情分析

學(xué)習(xí)牛頓第三定律前,學(xué)生通過(guò)初中物理學(xué)習(xí)已經(jīng)初步建立了相互作用的觀念.在高中階段已具備運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、牛頓第一定律和牛頓第二定律的基本知識(shí),并初步掌握了使用DIS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法.本節(jié)課強(qiáng)調(diào)學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上,通過(guò)自主活動(dòng)、DIS實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及探究,對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較與歸納.學(xué)生體會(huì)到物體在靜止時(shí)、運(yùn)動(dòng)時(shí)甚至做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)都滿足規(guī)律,最后才能提煉出定律.在應(yīng)用牛頓第三定律分析問(wèn)題時(shí),通過(guò)受力分析與比較,感受作用力與反作用力和平衡力之間的不同之處.現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)以本課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容為出發(fā)點(diǎn),并考慮它和本單元其他知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系,打通知識(shí)脈絡(luò),促使學(xué)生形成清晰的物理知識(shí)構(gòu)圖,在應(yīng)用物理規(guī)律時(shí)能聯(lián)系已有的學(xué)習(xí)內(nèi)容.因此,在教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)中,我們可以從對(duì)本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的考量逐漸擴(kuò)散到單元教學(xué)設(shè)計(jì).

1.2 從知識(shí)點(diǎn)的考量逐漸擴(kuò)散到單元教學(xué)設(shè)計(jì)

牛頓第三定律是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的第三個(gè)內(nèi)容,整個(gè)單元將力和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái).牛頓第一定律是力學(xué)的基石,正因?yàn)槲矬w有保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì),才能談得上什么情況會(huì)改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).牛頓第二定律是核心,它定性且定量地揭示了力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.而牛頓第三定律在前兩個(gè)定律的基礎(chǔ)上,將研究對(duì)象的個(gè)數(shù)從單個(gè)增加到兩個(gè)或兩個(gè)以上,通過(guò)對(duì)作用力與反作用力之間關(guān)系的歸納,完善了牛頓運(yùn)動(dòng)定律體系.它揭示了自然界中一切作用都是相互的這一特性.從知識(shí)體系上看,牛頓三大定律間存在遞進(jìn)關(guān)系.

2 以激發(fā)思維為主旨,通過(guò)流程圖梳理和設(shè)計(jì)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)

“作用與反作用 牛頓第三定律”這節(jié)課的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括三個(gè)方面:一是作用力與反作用力之間的關(guān)系以及牛頓第三定律;二是區(qū)分一對(duì)作用力和反作用力與一對(duì)平衡力;三是分析解決問(wèn)題時(shí)不僅要考慮到作用力與反作用力,還要選擇研究對(duì)象,根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行受力分析.因此,流程圖的設(shè)計(jì)要以其為主線,通過(guò)各種學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)將這條線串起來(lái).圖1是這節(jié)課的流程圖.

圖1

對(duì)于其中的學(xué)生活動(dòng),我們可以在流程圖后進(jìn)行注釋或者說(shuō)明,圖文對(duì)應(yīng),直觀顯示整個(gè)課堂教學(xué)中各個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系,體現(xiàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的邏輯性和層次性.比如流程圖中的活動(dòng)1,通過(guò)學(xué)生活動(dòng)感受相互作用力,我們可以這樣注釋.

活動(dòng)1:提供器材,使小汽車自發(fā)運(yùn)動(dòng)

(提供氣球、電風(fēng)扇、膠帶、小汽車等)學(xué)生通過(guò)交流合作,選擇合適的器材使小汽車能自發(fā)地運(yùn)動(dòng)起來(lái).

活動(dòng)后,提出問(wèn)題:

(1)你是如何使小車運(yùn)動(dòng)起來(lái)的?

(2)你覺得小車為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)起來(lái)?

(3)小車為什么往這個(gè)方向運(yùn)動(dòng)?

通過(guò)引導(dǎo)與回顧,得出力的作用是相互的.

接著提問(wèn):我們生活中還有哪些現(xiàn)象用到了力的相互作用?

通過(guò)學(xué)生舉例(手壓彈簧、踢球、螺旋槳、直升機(jī)等),了解各種現(xiàn)象中力的相互作用,引導(dǎo)得出:力總是成對(duì)出現(xiàn)的,其中任意一個(gè)力叫作作用力,另一個(gè)就是反作用力.學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)有的是為了知識(shí)點(diǎn)的引入,有的是為了加深理解,還有的是為了引發(fā)認(rèn)知沖突.只看流程圖并不能了解學(xué)習(xí)活動(dòng)的方式和內(nèi)容,每個(gè)活動(dòng)的注釋可以對(duì)流程圖有很好的補(bǔ)充.以流程圖中的活動(dòng)2為例.

活動(dòng)2:請(qǐng)兩位同學(xué)用手互拉,模擬拔河比賽.一位大個(gè)子,一位小個(gè)子.

提出問(wèn)題:兩位同學(xué)誰(shuí)的力氣大?(可能有的說(shuō)是贏的同學(xué)力氣大,有的說(shuō)一樣大.)

繼續(xù)請(qǐng)兩位同學(xué)再進(jìn)行一次拔河比賽,這次讓贏的同學(xué)站在滑板上,結(jié)果他輸了.

提問(wèn):兩位同學(xué)誰(shuí)的力氣大?

在對(duì)比中產(chǎn)生認(rèn)知沖突,為了解決“兩位同學(xué)互相拉的力,哪個(gè)力大?”這個(gè)問(wèn)題,需要探究一對(duì)作用力和反作用力之間的關(guān)系.

通過(guò)活動(dòng)1和活動(dòng)2的比較,可以看出,要激發(fā)學(xué)生的物理思維,活動(dòng)設(shè)計(jì)中不僅需要流程圖,也需要必要的注釋和說(shuō)明.

3 學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)層層遞進(jìn),激活學(xué)生思維

要讓學(xué)生的物理知識(shí)脈絡(luò)清晰,首先教師的活動(dòng)設(shè)計(jì)思路要清晰.將流程圖中的學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)有序開展,知識(shí)內(nèi)容由淺入深、由定性到定量、層層遞進(jìn).通過(guò)這樣的學(xué)習(xí)活動(dòng),學(xué)生的思維可以慢慢地被激活,理解新知識(shí)點(diǎn)自然而又深刻.

本節(jié)課中,活動(dòng)3是學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究作用力與反作用力的關(guān)系,對(duì)兩位同學(xué)拔河這個(gè)過(guò)程可以建立物理模型.在所給的彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、力傳感器、砝碼、木塊、軌道等器材中,選擇自己需要的器材,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),找出一對(duì)作用力與反作用力,并研究它們的大小關(guān)系.學(xué)生可通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)互拉得到一對(duì)力的大小、方向、作用點(diǎn),也可以通過(guò)DIS系統(tǒng)互拉或互壓力傳感器得到一對(duì)作用力和反作用力的大小、方向的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)中,對(duì)于研究對(duì)象靜止和運(yùn)動(dòng)兩種情況,分別觀察力傳感器與時(shí)間的圖象.

圖2

圖3

通過(guò)幾個(gè)小組代表發(fā)言,歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論:一對(duì)作用力與反作用力大小相等,方向相反,同時(shí)變化.

在活動(dòng)3學(xué)生探究得到結(jié)論的基礎(chǔ)上,教師可以用演示實(shí)驗(yàn)來(lái)證明作用力與反作用力的關(guān)系的普遍規(guī)律.在活動(dòng)4中,教師可以依次演示曲線運(yùn)動(dòng)情況下和場(chǎng)之間相互作用情況下作用力與反作用力的關(guān)系.如通過(guò)演示磁場(chǎng)之間的相互作用,既證明牛頓第三定律的普適性,又能夠區(qū)別作用力與反作用力和平衡力之間的區(qū)別.活動(dòng)設(shè)計(jì)如下:

用電子臺(tái)秤分別測(cè)量?jī)蓧K磁體的重力,先將一塊磁體置于臺(tái)秤上,然后在它正上方放置另一塊磁體,使它受到斥力的效果處于懸浮狀態(tài),通過(guò)前后兩次比較臺(tái)秤示數(shù),請(qǐng)學(xué)生對(duì)磁體進(jìn)行受力分析,發(fā)現(xiàn)前后兩次示數(shù)差為懸浮磁體的重力大小,也為磁體間的相互作用力大小,得到作用力與反作用力之間的關(guān)系.通過(guò)這個(gè)活動(dòng),不僅可以討論它們之間的相互作用及個(gè)體的受力情況,還可以分析出一對(duì)作用力和反作用力與一對(duì)平衡力的相同點(diǎn)和不同點(diǎn).

激活學(xué)生思維的活動(dòng)設(shè)計(jì)不僅僅是獲取新知,更重要的是體現(xiàn)物理知識(shí)在實(shí)際情境中的應(yīng)用,這也是本節(jié)課學(xué)生活動(dòng)的最后一層遞進(jìn).首先可以就上課引入的“拔河”情境進(jìn)一步互動(dòng):既然作用力與反作用力大小相等,那么拔河為什么還會(huì)有勝負(fù)之分,引發(fā)學(xué)生思考.接著通過(guò)觀看火箭發(fā)射視頻,分析為什么在沒有空氣的環(huán)境下也能加速,加速過(guò)程中還需要注意哪些環(huán)節(jié)?在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中感受牛頓三大定律之間的聯(lián)系、受力分析的注意事項(xiàng),為下節(jié)課做好鋪墊.甚至還可以拓展,某個(gè)質(zhì)點(diǎn)持續(xù)加速,當(dāng)它的速度接近光速時(shí),是否還能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)分析問(wèn)題,引出牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用的局限性,拓寬學(xué)生視野.

上述活動(dòng)先通過(guò)學(xué)生得到物理規(guī)律,再由教師展示此物理規(guī)律的普遍性,得到結(jié)論,最后基于這個(gè)物理規(guī)律來(lái)解決生活中的一些問(wèn)題,增強(qiáng)應(yīng)用能力.這樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)層層遞進(jìn),更有利于激活學(xué)生的物理思維,從而提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).