左祥勝 吳春峰

(江蘇省宿遷中學(xué)，江蘇 宿遷 223800)

1 問題提出

《普通高中物理課程標準(2017版)》明確提出在高中物理教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)．物理核心素養(yǎng)就是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力．學(xué)生素養(yǎng)的養(yǎng)成既是課程改革的目標,也是社會發(fā)展的必然要求．物理核心素養(yǎng)由“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)態(tài)度與責任”、“實驗探究”4個要素組成．其中,“物理觀念”處于物理核心素養(yǎng)的首要位置,因為,“物理觀念”既是其他核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的基礎(chǔ),又是原來三維目標中的“知識與技能”的提煉和升華．“物理觀念”在物理教學(xué)中的地位與作用,可以用德國物理學(xué)家勞厄一句話來闡述,“教育給予人們的無非是當一切已學(xué)過的東西都忘記后所剩下的東西．”“物理觀念”就是知識逐漸淡化甚至遺忘后所“剩下的東西”的東西．

2 指向?qū)W生“物理觀念”形成與發(fā)展的教學(xué)設(shè)計

物理觀念的形成和發(fā)展需要學(xué)生通過物理概念、物理規(guī)律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)及運用才能逐步形成的．學(xué)習(xí)概念和規(guī)律是學(xué)生形成物理觀念的有機組成部分.通過對物理概念和規(guī)律的逐步學(xué)習(xí)、系統(tǒng)反思和遷移應(yīng)用,可促進學(xué)生的物理觀念、運動與相互作用觀念和能量觀念不斷發(fā)展,使其學(xué)會這些觀念解釋自然現(xiàn)象,解決生產(chǎn)生活中的實際問題．指向?qū)W生“物理觀念”形成與發(fā)展的教學(xué)設(shè)計,就是在教學(xué)過程中要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程,創(chuàng)設(shè)與生活相關(guān)聯(lián)的真實情境,注重科學(xué)方法滲透,突出實驗在物理教學(xué)的地位與作用,促進學(xué)生自主、合作、探究地學(xué)習(xí)．這就迫使我們在實際教學(xué)中,要牢固樹立知識學(xué)習(xí)服務(wù)于學(xué)科觀念建構(gòu)的意識,摒棄“知識為本”的短期行為．

教學(xué)實施過程.

教學(xué)情景1(了解學(xué)情,教學(xué)更有針對性):熟知初中物理教材,適時適度推進學(xué)生認知進階.

在蘇科版義務(wù)教育教科書8年級下冊物理教材中,有一節(jié)“力 彈力”的教學(xué)內(nèi)容,教材從力的概念講起,讓學(xué)生明確什么是施力物體、什么是受力物體;了解形變的概念,知道彈性形變(形變的物體在撤去外力后能恢復(fù)原狀);彈力的概念(物體發(fā)生彈性形變后,力圖恢復(fù)其原來的形狀,而對另一物體產(chǎn)生力,這個力叫做彈力);介紹了彈簧測力計構(gòu)造,原理及使用方法,力的大小可以用彈簧測力計來測量．教材中并沒有提到彈力方向和胡克定律．看來,學(xué)生在進入高中之前對彈力的概念已經(jīng)有了初步的了解,但對如何求彈力大小和方向還不明確．因此,本節(jié)課的教學(xué)應(yīng)達到如下目標:知道常見的形變,通過實驗了解物體的彈性;知道彈力產(chǎn)生的原因和條件;知道壓力、支持力和繩的拉力都是彈力,會分析彈力的方向;通過實驗探究彈力和彈簧形變量的關(guān)系,理解胡克定律．

教學(xué)情景2(體驗彈力的產(chǎn)生):聯(lián)系生活創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境,實現(xiàn)物理觀念有意義構(gòu)建.

師:體育運動項目是同學(xué)們都非常熱愛．運動不僅能使我們心理、身體得到放松,還能給我們帶來精神上的愉悅．2018年第18屆雅加達亞運會上,我們運動健兒頑強拼搏,發(fā)揚奧林匹克精神,不負眾望,以132金、92銀、65銅位于獎牌榜首位．在比賽的過程中,有許多精彩瞬間,值得我們?nèi)テ肺叮埻瑢W(xué)思考,圖1運動項目動作的完成有什么共同特點?

生:一是動作的完成都必須借助于與之接觸的物體來實現(xiàn);二是相互接觸的物體都要發(fā)生形變．

師:我們這節(jié)課就來學(xué)習(xí)彈力．

(通過學(xué)生對日常生活中常見的力進行回憶,創(chuàng)設(shè)情境,引出對常見力的分類,直接引出本節(jié)的課題)

師:初中物理教材是如何定義力的;力的作用效果有哪些?

生1:力是物體與物體之間的相互作用．

生2:可以改變物體運動狀態(tài);也可以使物體發(fā)生形變．

師(學(xué)生活動):請同學(xué)們利用身邊的物品,完成如下活動(擠壓課桌,彎曲尺子、拉伸彈簧秤、捏橡皮、壓海綿等),聯(lián)系生活中的擠壓皮球、捏面團等,觀察或回憶它們的形變,看看有什么不同?

生:有的物體發(fā)生的形變在力撤去后能恢復(fù)(彈性形變),而有的物體發(fā)生的形變在力撤去時不能恢復(fù)(塑性形變)．

師:用力拉伸彈簧時,彈簧是否一定發(fā)生彈性形變呢?

生:不一定．

師(演示實驗):用大小不同的力拉伸彈簧,直至發(fā)生塑性形變．

(在總結(jié)經(jīng)驗與學(xué)生觀察的基礎(chǔ)上,給出彈性限度的概念,向?qū)W生滲透“由量變到質(zhì)變”哲學(xué)思想．)

教學(xué)情景3(探究微小形變發(fā)現(xiàn)過程):巧設(shè)實驗探究微小形變,滲透科學(xué)方法與發(fā)展學(xué)生思維能力.

師(問題):彈簧、海綿等物體在受到外力作用時都發(fā)生了較為明顯的形變．那么,是不是物體只要受到了力,物體就會發(fā)生形變呢?用力壓課桌,你觀察到課桌的形變了嗎?

生:用力按壓桌子,不容易觀察到桌面的形變．學(xué)生互相討論,有的學(xué)生認為有,有的學(xué)生認為沒有(課堂氣氛活躍)．

圖2

師:按圖2在講桌上布置好實驗器材,請一位同學(xué)上講臺演示給全班同學(xué)看,并思考發(fā)生這一現(xiàn)象的原因．

生:當在圖中沿力F方向向下用力時,光點向下移動;當放手后,光點向上移動．

師:當我們用力擠壓玻璃瓶時,能觀察到其形變嗎?

生:不能(教師演示擠壓玻璃瓶)．

師:我們能否采取其它的方式來觀察其形變呢?

生:思考．

圖3

師:現(xiàn)在,我們在一只空的扁玻璃瓶里盛滿有色水,在瓶塞上加一根細管并密封好(圖3),這樣裝置能否觀察到玻璃瓶的形變呢?請同學(xué)們上臺做一做,可以從玻璃瓶的中間、兩側(cè)用力擠壓來看一看實驗現(xiàn)象．

生:從扁玻璃瓶的中間用力,細管的液面上升;從扁玻璃瓶的兩側(cè)用力,細管的液面下降．

師:這種實驗現(xiàn)象說明了什么?

生:當我們用力擠壓玻璃瓶時,玻璃瓶發(fā)生了形變．

師:教師總結(jié)學(xué)生的回答,并進一步講解、分析桌面發(fā)生微小形變的過程,同時講解放大法在觀察微小形變過程中的應(yīng)用．最后歸納得出結(jié)論:一切物體在外力的作用下都會發(fā)生形變．(滲透小量放大的科學(xué)方法教育)

教學(xué)情景4(尋找彈力產(chǎn)生的原因、彈力的方向):揭示物理概念的本質(zhì),促進學(xué)生物理觀念的形成.

視頻播放： 撐桿運動員撐桿跳高.

教師:(引導(dǎo)學(xué)生觀察,思考撐桿跳高的原因)教師在學(xué)生思考的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生得出:發(fā)生彈性形變的桿子在恢復(fù)原狀的過程中,對運動員產(chǎn)生了一個力的作用．

實驗探究(帶有四輪的小車、鉤碼、彈簧)，如圖4所示.

圖4

演示實驗1:發(fā)生形變的彈簧在恢復(fù)原狀的過程中改變與它接觸的小車的運動狀態(tài)(圖5)．

圖5

演示實驗2:在實驗室里取一個廢棄的彈簧,讓彈簧發(fā)生塑性形變,不能改變與它接觸的小車的運動狀態(tài)．

師:小車的運動狀態(tài)為什么要發(fā)生改變?

生:小車受到彈簧給力的作用．

師:當小車與橡皮泥接觸時,小車為什么沒運動?

生:橡皮泥沒有給小車力的作用,橡皮泥發(fā)生的塑性形變．

師:只有發(fā)生彈性形變的物體,由于要恢復(fù)原狀,會對與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用,這個力叫做彈力．

師(學(xué)生活動):請同學(xué)們利用身邊的物品,體驗感受一下彈力,相互交流．可以使一位同學(xué)舉例,其他同學(xué)指出彈力的施力物體是誰?受力物體又是誰?并探究彈力的產(chǎn)生條件?

(設(shè)計意圖:通過演示實驗的對比分析,引導(dǎo)學(xué)生思考實驗現(xiàn)象,得出彈力產(chǎn)生的原因．彈力產(chǎn)生的原因與條件是該節(jié)內(nèi)容的難點,教學(xué)節(jié)奏應(yīng)適當放慢速度．學(xué)生活動的設(shè)計,讓學(xué)生學(xué)以致用,感受到彈力在我們身邊．)

師: (實例分析)實例1:如圖6所示,將一本書放在水平桌面上處于靜止狀態(tài),分析桌面對書支持力方向及書對桌面壓力的方向?

圖6

為了使同學(xué)們更好了解彈力產(chǎn)生的過程,做了以下的演示實驗.

演示實驗3:把水氣球放在泡沫板上,觀察水氣球與泡沫板的形變(圖7)．

圖7

泡沫板:形變方向向下，恢復(fù)原狀方向向上，支持力方向向上．

泡沫板對水氣球的支持力方向:總是垂直于接觸面指向被支持的物體．

水氣球:形變方向向上，恢復(fù)原狀方向向下，壓力方向向下．

水氣球?qū)ψ烂娴膲毫Ψ较?總是與施力物體恢復(fù)原狀的方向相同．

壓力方向:總是垂直于接觸面指向被壓的物體．

師:如圖7所示,觀察水氣球下端的形狀,比較前后變化,畫圖分析．

實例2:繩子的彈力方向.

如圖8所示,用繩子懸掛一個白熾燈,處于靜止狀態(tài),分析繩子對白熾燈拉力的方向．

圖8

為了使學(xué)生們研究問題的方面,做了如下的演示實驗(圖9).

圖9

類比成:用橡皮條拉水氣球,觀察橡皮條與水氣球的形變．

橡皮繩:形變方向向下，恢復(fù)原狀方向向上，拉力方向向上．

水球:形變方向向上，恢復(fù)原狀方向向下，壓力方向向下.

拉力的方向:總是指向繩子恢復(fù)原狀的方向．

(設(shè)計意圖:彈力的產(chǎn)生原因是由于施力物體發(fā)生彈性形變而要恢復(fù)原狀,會對它接觸的物體產(chǎn)生力的作用．因此,彈力的方向總是指向施力物體形變恢復(fù)的方向,通過實驗使學(xué)生真切地感受到塑料板、橡皮繩和水球的形變情況,用實驗降低學(xué)習(xí)的難度．)

教學(xué)情景5(測定彈簧的勁度系數(shù)):親歷實驗探究,通過問題解決來發(fā)展學(xué)生的物理觀念.

演示實驗:請同學(xué)們上臺拉伸兩根原長相同的軟、硬彈簧(完成以下體驗:兩根彈簧拉伸相同的長度;同一根彈簧拉伸到不同的長度,并讓學(xué)生盡力把彈簧拉長并談?wù)勛约旱母惺埽?

實驗猜想:彈力的大小與彈簧軟硬程度有關(guān),與彈簧的伸長量有關(guān)．

實驗探究:

(1) 實驗器材:粗細不同的彈簧(2根)，50 g的鉤碼若干,鐵架臺，刻度尺.

(2) 實驗需要解決的幾個問題:彈力大小如何測量、彈簧的長度怎么測量、彈簧形變量如何測量、如何改變彈簧的形變量,如何設(shè)計表格記錄實驗數(shù)據(jù)．

(3) 實驗過程(圖10):把彈簧的一端固定在鐵架上,先不掛鉤碼,使彈簧自然下垂,用刻度尺測量彈簧原長L;把彈簧掛鉤上掛50 g的鉤碼,測量并在表1中記下彈簧總長L,并計算出彈簧的伸長量x=L-L0不斷增加鉤碼的數(shù)量(確保在彈性限度內(nèi)),記下每增加1個鉤碼對應(yīng)的彈簧伸長量.

圖10

表1

(4) 實驗數(shù)據(jù)處理.

以彈簧形變量為橫坐標,彈簧彈力為縱坐標,描點繪出圖線,在誤差范圍內(nèi)為一條過原點的傾斜直線．

思考:當彈簧被壓縮時,彈簧彈力與彈簧縮短量有什么關(guān)系?

3 教學(xué)反思

“科學(xué)教育不應(yīng)該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實,而是應(yīng)當慎重選擇一些重要的科學(xué)觀念,用恰當、生動的方法,幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解”．物理學(xué)科知識往往是零散的、分離的．學(xué)生即使掌握了大量零散的具體知識與技能,如果在頭腦中不能形成關(guān)于對物理世界的正確圖景,就不能從物理學(xué)的視角去認識自然、理解自然、改造自然,也就談不上具備物理核心素養(yǎng)．因此,在實際教學(xué)過程中,教師要引導(dǎo)學(xué)生將物理知識與生產(chǎn)、生活密切聯(lián)系起來,重視物理情境的創(chuàng)設(shè),還原物理概念、物理規(guī)律的建構(gòu)過程,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力．