龔立江

(南充市高坪區(qū)教育科學(xué)研究所 四川 南充 637100)

楊 惠

(南充市高坪中學(xué) 四川 南充 637100)

《義務(wù)教育物理課程標準(2022年版)》提出:核心素養(yǎng)是課程育人價值的集中體現(xiàn),是學(xué)生通過課程學(xué)習逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力.物理學(xué)科核心素養(yǎng),主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責任4個方面[1].課標倡導(dǎo)教師的教學(xué)過程中運用情境化教學(xué)手段來培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng),即在教學(xué)中充分結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗,有目的地創(chuàng)設(shè)生動具體的情境,讓學(xué)生在情境中建構(gòu)物理概念,探究物理規(guī)律,解決具體問題.

筆者以人教版八年級物理“摩擦力”一課的教學(xué)為例,闡釋如何合理運用情境化教學(xué),幫助學(xué)生建構(gòu)滑動摩擦力概念,探尋影響滑動摩擦力大小的因素,在跨學(xué)科實踐中,增強學(xué)生實踐意識,實現(xiàn)從知識向能力素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化,以學(xué)生發(fā)展為本促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.

1 “摩擦力”教學(xué)案例設(shè)計理念

1.1 創(chuàng)設(shè)魔法實驗情境 激發(fā)認知沖突

教師通過自制的實驗器材“魔法凳子”(圖1)引入新課:先將凳子中間空管底部用一張白紙封住,再裝上適量河沙和教師的魔法,最后將凳面支架插入管中,讓一位體重較大的學(xué)生雙腳懸空,坐在凳子上,展示用一張紙托起一個人的魔術(shù).

圖1 “魔法凳子”圖

通過創(chuàng)設(shè)“魔法凳子”表演,帶學(xué)生進入到與現(xiàn)實生活和已有經(jīng)驗相矛盾的情境,讓學(xué)生產(chǎn)生了強烈的認知沖突,激發(fā)了學(xué)生的好奇心,瞬間點燃了學(xué)生的學(xué)習熱情和參與欲望.學(xué)生也自然而然地產(chǎn)生疑問:“是什么力量將人托起的呢?”這樣的創(chuàng)新實驗情境,也使教師牢牢地抓住了學(xué)生的注意力,為新課學(xué)習做好充分準備.

1.2 創(chuàng)設(shè)生活體驗情境 建構(gòu)物理概念

【情境1】如圖2所示,多媒體動態(tài)呈現(xiàn)滑草過程,并設(shè)問:運動的滑板最終會停下來,這是為什么?學(xué)生通過牛頓第一定律的學(xué)習,對阻力有了一定的認識,因此很容易聯(lián)想到是因為阻力導(dǎo)致滑板停了下來.接著追問:滑板水平向右滑動,阻力沿哪個方向?學(xué)生通過已有的知識經(jīng)驗,不難判斷阻力方向應(yīng)為水平向左.

圖2 滑草情境圖

關(guān)注學(xué)生最近發(fā)展區(qū),從學(xué)生已有的知識經(jīng)驗出發(fā),創(chuàng)設(shè)情境,引導(dǎo)學(xué)生運用舊知探索新知,可加深學(xué)生對知識的理解,從而達到事半功倍的學(xué)習效果.

【情境2】如圖3所示,讓學(xué)生將手壓在桌面上,向前滑動,再換用大小不同的力多次體驗,并設(shè)問:手在滑動過程中,有什么感覺?學(xué)生通過體驗,能夠感受到桌面對手有阻礙作用,并通過問題引導(dǎo)學(xué)生思考:手向前滑動,手感受到的阻礙作用向什么方向?通過體驗,學(xué)生可以判斷出手受到的阻礙作用向后.

圖3 滑手情境圖

創(chuàng)建體驗情境,讓學(xué)生通過親身感受、討論、交流、概括,初步感知摩擦力的存在及摩擦力的方向,體會探索新知的過程,從而促進物理概念的建構(gòu).

【情境3】如圖4所示,動態(tài)呈現(xiàn)滑滑梯的生活情境,從學(xué)生的生活經(jīng)驗出發(fā),提出問題:滑滑梯時,是否也會感受到滑梯對身體的阻礙?引導(dǎo)學(xué)生對已有的生活經(jīng)驗重新加工,探尋蘊含在生活情境中有關(guān)摩擦力的物理知識.

圖4 滑梯情境圖

通過以上3個情境創(chuàng)設(shè),同時讓學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗談?wù)勵愃频纳铙w驗,讓學(xué)生真實體會感知到這些情景中相對運動的兩物體間確實存在著一個阻力,進而引導(dǎo)學(xué)生概括以上生活體驗情境的共同屬性,抽象出這個力的本質(zhì)特點,完成從經(jīng)驗性常識向物理概念的轉(zhuǎn)變.引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)起滑動摩擦力的初步概念.

為了進一步加深對滑動摩擦力的理解,突破滑動摩擦力的方向這一教學(xué)難點,我們將剛才的生活情境物理模型化.如圖5所示,通過滑草、滑手情境建立平面滑動模型,通過滑梯情境建立斜面滑動模型.滑板相對于地面向右滑動,滑板受到地面給它向左的滑動摩擦力,由于力的作用是相互的,地面也會受到滑板給它向右的滑動摩擦力,可是地面并沒有運動(通常說的運動,一般選擇地面或相對地面靜止的物體作為參照物),所以說滑動摩擦力是阻礙運動的力是不成立的,如果以滑板為參照物,地面相對于滑板向左運動,受到的滑動摩擦力向右,所以說滑動摩擦力是阻礙物體相對運動的力.同時得出,在研究滑動摩擦力時,我們應(yīng)該選擇與之接觸的施力物體作為參照物.通過斜面滑梯模型,也可以得出相同的結(jié)論.

圖5 滑草、滑手、滑梯模型圖

最后,引導(dǎo)學(xué)生運用前面的模型分析方法分析“魔法凳子”管柱豎直方向的受力,揭秘魔術(shù)的物理本質(zhì):管柱受到沙子施加的摩擦力從而將人托起的物理本質(zhì).

在學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)生活體驗情境,通過學(xué)生體驗、交流討論、抽象概括等活動,最終使學(xué)生自主建構(gòu)起了滑動摩擦力的概念.在教學(xué)過程中,引導(dǎo)學(xué)生將生活情境物理模型化,是一種重要的科學(xué)思維方法,更是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方面[2].創(chuàng)設(shè)基于建模的學(xué)習情境,有利于學(xué)生模型思維的發(fā)展,讓學(xué)生會運用物理模型方法研究實際問題,有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析綜合、推理論證能力,促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.

1.3 創(chuàng)設(shè)問題引導(dǎo)情境 探尋物理規(guī)律

物理規(guī)律的探究需要創(chuàng)設(shè)問題情境,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,猜想假設(shè),并根據(jù)問題情境運用已有知識制定探究計劃,選擇符合情境要求的實驗裝置進行實驗,獲取數(shù)據(jù),分析形成物理規(guī)律,促進學(xué)生主動學(xué)習,幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習慣[3].在學(xué)生建構(gòu)形成滑動摩擦力的概念后,引導(dǎo)學(xué)生思考:通過前面的活動體驗(換用大小不同的力在桌面上滑動)和大量的生活經(jīng)驗,你認為滑動摩擦力大小可能與哪些因素有關(guān)?為什么?”學(xué)生交流討論后作出猜想和假設(shè)(可能與接觸面的壓力、粗糙程度、面積和相對運動速度有關(guān)).根據(jù)學(xué)生猜想,進一步提出問題:

(1)要驗證自己的猜想,應(yīng)該怎么辦呢?(實驗)

(2)實驗中我們?nèi)绾螠y量滑動摩擦力的大小呢?(水平勻速拉動時彈簧測力計拉力等于滑動摩擦力)

(3)要實現(xiàn)水平勻速拉動,教材上的方案可行嗎?可以怎樣改進完善?”

(4)如何改變接觸面的壓力、粗糙程度、面積和相對運動速度?(討論交流,探尋方法)

(5)滑動摩擦力與多個因素有關(guān),實驗中我們應(yīng)采用什么方法?(控制變量法)

(6)你能根據(jù)教師提供的器材設(shè)計出相應(yīng)的實驗方案嗎?(優(yōu)化、完善實驗方案).

通過問題串引導(dǎo)學(xué)生層層深入,激發(fā)學(xué)生的探索欲望,在問題情境的引導(dǎo)下,學(xué)生對比發(fā)現(xiàn)教材提供的測量方法的局限,通過討論交流,并根據(jù)教師提供的實驗器材,自主優(yōu)化完善實驗方案,組裝調(diào)試好器材,展開分組實驗探究.為每個小組提供自制探究實驗器材(圖6),小組同學(xué)根據(jù)自己的猜想設(shè)計實驗并進行實驗探究,測得實驗數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù),得出實驗結(jié)論.再讓小組代表上臺分享“我們是如何設(shè)計實驗的?”“通過實驗探究得到了怎樣的實驗數(shù)據(jù)?”“怎樣分析處理實驗數(shù)據(jù)?”“得到了什么樣的實驗結(jié)論?”,通過討論、交流、分享,讓學(xué)生體會到發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的樂趣.

圖6 自制滑動摩擦力大小探究實驗器材圖

本節(jié)通過創(chuàng)設(shè)由淺入深的問題序列,逐步引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新,探究新知[4].鮑波爾曾說:“正是問題激發(fā)我們?nèi)W(xué)習,去實踐,去觀察.”問題情境的創(chuàng)設(shè),可以激發(fā)學(xué)生的思維和探索新知的欲望,有利于引導(dǎo)學(xué)生基于事實的質(zhì)疑和批判,進而提出創(chuàng)造性方案的能力培養(yǎng),對探究物理規(guī)律有著重要的意義.

1.4 創(chuàng)設(shè)跨學(xué)科實踐情境 培養(yǎng)創(chuàng)新能力

新課標跨學(xué)科實踐要求加強物理與日常生活、物理與工程實踐、物理與社會發(fā)展的聯(lián)系,通過跨學(xué)科實踐,提升學(xué)生的綜合分析能力、操作實踐能力,培養(yǎng)學(xué)生積極認真的學(xué)習態(tài)度和樂于實踐、敢于創(chuàng)新的精神[1].教學(xué)中通過跨學(xué)科實踐情境創(chuàng)設(shè),以真實問題的解決為導(dǎo)向,引導(dǎo)學(xué)生把課程中形成的物理觀念和科學(xué)思維用于分析、解決生產(chǎn)、生活中的實際問題,在解決問題中進一步提高探究能力、增強實踐意識、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度,促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.

由網(wǎng)易數(shù)讀網(wǎng)相關(guān)調(diào)查報告數(shù)據(jù)顯示(圖7),老人跌倒超過一半發(fā)生在家里,主要外因是物體絆倒和地面滑倒,其中廁所滑倒占到了6.3%,約252萬人,廁所濕滑環(huán)境如圖8所示.

圖7 網(wǎng)易數(shù)讀網(wǎng)調(diào)查統(tǒng)計圖

圖8 廁所濕滑環(huán)境圖

通過展示廁所滑倒的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和廁所濕滑環(huán)境創(chuàng)設(shè)情境,營造氛圍,引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合本節(jié)所學(xué)知識分析導(dǎo)致廁所滑倒的主要原因,并思考我們該怎樣對家里的廁所進行改進或裝修,來預(yù)防廁所滑倒事件的發(fā)生?廁所防滑問題是建立在學(xué)生已有的生活經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出,新聞報道營造氛圍,調(diào)動了學(xué)生的積極性,學(xué)生踴躍發(fā)言.例如:采用防滑地磚、穿防滑拖鞋、安裝防滑扶手等通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦,也有學(xué)生能夠想到干濕分離并安裝排氣扇、安裝防滑凳等方法來增大摩擦.學(xué)生將課堂所學(xué)知識、方法運用到實際生活問題的解決,讓學(xué)生體驗到了物理學(xué)習的有趣和有用,也促進了學(xué)生正確物理觀念的形成.

通過火車在平直軌道上運動的動態(tài)情境(圖9),探究工程上減小摩擦的方法.首先,引導(dǎo)學(xué)生運用前面的模型分析法,將火車在軌道上運動的情境模型化(圖10),對勻速直線運動的車箱在水平方向上進行受力分析,學(xué)生很容易分析出車箱受到車頭的牽引力、軌道的摩擦阻力和空氣的阻力.

圖9 火車運動情境圖

圖10 火車水平受力模型圖

然后,提出系列問題:(1)根據(jù)影響滑動摩擦力的兩個因素,你認為可以怎樣減小火車車身與軌道間的摩擦阻力?(減少接觸面的壓力,減少接觸面的粗糙程度)(2)你覺得要實現(xiàn)這兩個目的,工程上可以怎么做?(引導(dǎo)學(xué)生認識到通過新材料可在一定程度上實現(xiàn)減少火車自重,可適當減少接觸面的壓力;將火車放在鐵軌上可以減少接觸面的粗糙程度)(3)實際的火車是將車廂直接放在鐵軌上還是怎么做的?(滑動變滾動可進一步減小摩擦阻力)(4)如果想讓火車運行過程中的摩擦阻力更小,你了解的現(xiàn)代技術(shù)中是如何實現(xiàn)的?(學(xué)生交流分享認識到現(xiàn)代磁懸浮列車通過電磁技術(shù)實現(xiàn)與軌道分離,使鐵軌上摩擦阻力為零;子彈頭流線型設(shè)計可進一步減少車身的空氣阻力)(5)磁懸浮列車通過接觸面分離實現(xiàn)軌道上的摩擦力為零的方法是運用了摩擦力中的哪個基本物理知識?(摩擦力產(chǎn)生的條件:接觸才有摩擦)

最后,展示西南交通大學(xué)搭建的全球第一個真空管道超高速磁懸浮列車環(huán)形實驗線平臺,可實現(xiàn)將列車理論時速提高到1 000 km以上的科技前沿知識,激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習,探尋科學(xué)真理的激情.

通過生活中廁所防滑和工程上火車運行情境的分析討論,實現(xiàn)了新課標跨學(xué)科實踐的要求.學(xué)生將本節(jié)所學(xué)的知識和方法用于解決生活中真實的問題,既讓學(xué)生進一步加深了物理知識和方法在生活中的實際運用,也讓學(xué)生感受到了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中蘊藏的基本物理原理和規(guī)律.通過跨學(xué)科實踐,增強了學(xué)生的實踐意識,培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新能力.有利于提升學(xué)生從物理學(xué)的視角解釋生活現(xiàn)象和解決工程問題的能力,有利于學(xué)生形成正確的物理觀念,養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度,促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.通過中國領(lǐng)先全球的高鐵技術(shù),增強學(xué)生的民族自豪感和自信心,激發(fā)了學(xué)生努力學(xué)習,探索科學(xué)奧秘的熱情,我們所做的這些工作,都圍繞實現(xiàn)物理學(xué)科立德樹人的根本目標.

2 結(jié)束語

教學(xué)中我們通過創(chuàng)設(shè)情境,不僅能夠營造良好的課堂氛圍,提高學(xué)生的學(xué)習興趣,引發(fā)學(xué)生思考;更能使學(xué)生運用所學(xué)模型分析生產(chǎn)生活中常見的物理問題,發(fā)展科學(xué)思維.學(xué)生在具體的情境中經(jīng)歷科學(xué)探究的過程,領(lǐng)悟方法,學(xué)會知識,發(fā)展能力,促進了學(xué)生正確的滑動摩擦力觀念的形成,在運用習得的物理知識和方法去解決生活中的真實問題的過程中,既培養(yǎng)了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)造能力,實現(xiàn)物理學(xué)與社會發(fā)展的有效互動,又提升了學(xué)生的社會責任感,有效地促進了學(xué)生核心素養(yǎng)的形成.