羅松平 田 杰 王文波

(1. 重慶市萬(wàn)州上海中學(xué)，重慶 630000； 2. 重慶市萬(wàn)州區(qū)教科所，重慶 630000)

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優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)探究 培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)
——以“力的合成”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程為例

羅松平1田 杰1王文波2

(1. 重慶市萬(wàn)州上海中學(xué)，重慶 630000； 2. 重慶市萬(wàn)州區(qū)教科所，重慶 630000)

本文以“力的合成”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程為例,從生活實(shí)例引入,設(shè)置問(wèn)題創(chuàng)設(shè)情景,引導(dǎo)學(xué)生圍繞問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集記錄,在分析實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,提出假設(shè)并驗(yàn)證,最終形成結(jié)論．力求在科學(xué)探究過(guò)程中,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)探究,啟發(fā)學(xué)生科學(xué)思維,培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)．

探究式教學(xué)； 力的合成； 實(shí)驗(yàn)探究； 核心素養(yǎng)

2016年9月教育部發(fā)布了《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的研究成果,明確了中國(guó)學(xué)生發(fā)展的六大核心素養(yǎng),其中關(guān)于物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面指出:物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需求的必備品格和關(guān)鍵能力,是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì),是學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的關(guān)鍵成分,由“物理觀念”“科學(xué)思維”“實(shí)驗(yàn)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等4個(gè)方面的要素構(gòu)成．新一輪國(guó)家基礎(chǔ)教育課程改革的一個(gè)重要而具體的目標(biāo),就是要倡導(dǎo)以“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的探究式學(xué)習(xí),立足物理實(shí)驗(yàn)探究,關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng),實(shí)現(xiàn)從三維目標(biāo)到核心素養(yǎng)的整合．

基于對(duì)目前新課程理念和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的理解,筆者結(jié)合參加2016年重慶市高中物理青年教師優(yōu)質(zhì)課大賽的親身經(jīng)歷與實(shí)踐,以參賽課題“力的合成”一節(jié)的探究式課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程為依托,具體從新課引入、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、課堂探究、教具改進(jìn)、課堂延伸這幾個(gè)方面例談如何在物理教學(xué)中落實(shí)科學(xué)探究,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究精神,切實(shí)貫徹核心素養(yǎng)教育,把核心素養(yǎng)教育真正落到實(shí)際教學(xué)中．

本節(jié)課的整體教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖如圖1:

圖1 “力的合成”教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

1 新課引入,激趣設(shè)疑

本節(jié)“力的合成”教材上從生活提水的例子引入,起初我們?cè)O(shè)計(jì)也是以?xún)晌粚W(xué)生提水或者拉拉力器作為引入,但考慮到想新穎吸引學(xué)生,又想讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具視覺(jué)沖擊力,于是想到“單指斷鋼絲”的實(shí)驗(yàn),去五金店挑選實(shí)驗(yàn)器材,試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鋼絲在實(shí)際操作中容易傷人,而鐵絲又具有良好的延展性不易拉斷,于是換用銅絲,對(duì)不同粗細(xì)的銅絲進(jìn)行調(diào)試,最后發(fā)現(xiàn)直徑約1mm粗細(xì)的銅絲效果最好．但在試講過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的觀賞性不強(qiáng),而且難以保證實(shí)驗(yàn)的成功率,后來(lái)將這個(gè)改拍視頻,放在最后作為問(wèn)題實(shí)驗(yàn)結(jié)尾．于是引入還是選取舊方案,考慮實(shí)驗(yàn)的安全性,把“提水桶”改為了“提包”,讓學(xué)生體驗(yàn)兩根繩子提包很“費(fèi)力”,引發(fā)疑問(wèn),創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探究的興趣,從而引入課題．

筆者感悟到:精彩的課題引入作為一堂課的開(kāi)端,對(duì)于新課的展開(kāi)以及整堂課的結(jié)構(gòu)完整性具有重要的意義和價(jià)值．那么在新課引入環(huán)節(jié),如何做到切合實(shí)際生活,使課堂引入實(shí)驗(yàn)具有良好的操作性、觀察性,有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究熱情,是課題引入的關(guān)鍵．

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),層層遞進(jìn)

本節(jié)的實(shí)驗(yàn)探究目的是尋找求合力的方法．由于學(xué)生已經(jīng)在初中學(xué)過(guò)有關(guān)同一直線(xiàn)上二力合成的知識(shí),所以前概念里認(rèn)為合力就等于兩個(gè)分力相加,這也是本實(shí)驗(yàn)探究的切入點(diǎn)．學(xué)生很容易猜想合力就等于兩個(gè)分力相加,然后用簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)力,其合力與分力不是簡(jiǎn)單的代數(shù)加減關(guān)系,即初步實(shí)驗(yàn)探究推翻學(xué)生的前概念,繼而進(jìn)一步提出新問(wèn)題,到底互成角度的兩個(gè)力,合力與分力是什么關(guān)系,過(guò)渡到進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究,實(shí)驗(yàn)逐步遞進(jìn),層層深入．

關(guān)于這兩次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有3套實(shí)驗(yàn)方案,方案1是提鉤碼，實(shí)驗(yàn)器材如圖2所示,方案2是拉橡皮筋，實(shí)驗(yàn)器材如圖3所示,方案3是先提鉤碼找合力與分力大小關(guān)系,再拉橡皮筋精確描述每個(gè)力,尋求合力與分力的關(guān)系．在這3套方案的實(shí)施過(guò)程中,如果采用提鉤碼涉及到如何方便學(xué)生作圖,這就需要保證實(shí)驗(yàn)裝置在豎直面內(nèi)保持穩(wěn)定,曾嘗試著用鐵架臺(tái)固定豎直木板,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不便于操作;后來(lái)又采用先提鉤碼驗(yàn)證大小關(guān)系,再拉橡皮筋畫(huà)圖．這個(gè)方案涉及到兩套實(shí)驗(yàn)器材,不利于學(xué)生解決問(wèn)題的思維連貫性;最后選取教材原實(shí)驗(yàn)拉橡皮筋的方案．以3次拉橡皮筋的實(shí)驗(yàn)貫穿整堂課:第1次是教師演示實(shí)驗(yàn)尋找分力與合力,同時(shí)強(qiáng)化對(duì)等效替代思想的理解;第2次是師生合作實(shí)驗(yàn)記錄合力與分力大小驗(yàn)證猜想;第3次是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),在白紙上精確描述每個(gè)力,進(jìn)一步尋找合力與分力關(guān)系．拉橡皮筋實(shí)驗(yàn)與教材實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合,思路清晰連貫,便于教師引導(dǎo)啟發(fā),也便于學(xué)生思考和動(dòng)手．

圖2 實(shí)驗(yàn)器材

在新課改背景下,教師往往過(guò)于注重實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新與再開(kāi)發(fā),而常常忽略教材實(shí)驗(yàn)． 但事實(shí)上教材中提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),如果我們能認(rèn)真體會(huì)并落實(shí),同樣可以達(dá)到很好的教學(xué)效果．由此筆者認(rèn)為教師在追求創(chuàng)新課堂的同時(shí),不能忽略對(duì)傳統(tǒng)的典型的實(shí)驗(yàn)的挖掘和利用,只有基于傳統(tǒng)的創(chuàng)新才是具有生命力的創(chuàng)新．

3 課堂探究,學(xué)生為主

本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)是平行四邊形定則的得出過(guò)程,當(dāng)學(xué)生把合力和分力用力的圖示法在白紙上表示出來(lái)以后,如何引導(dǎo)學(xué)生從合力與分力的圖示中尋找它們之間的關(guān)系,得出平行四邊形定則．這里筆者采用了開(kāi)放式的問(wèn)題探究,啟發(fā)學(xué)生從多個(gè)角度去觀察分析,從大小、位置、角度、圖形、幾何關(guān)系多維度去分析,要相信學(xué)生可以自己去發(fā)現(xiàn)一些結(jié)論,而不是直奔平行四邊形．高一學(xué)生已經(jīng)具備了較強(qiáng)的觀察和分析能力,學(xué)生可以很快得出合力與分力的大小關(guān)系,也可以利用數(shù)學(xué)幾何中作輔助線(xiàn)的方法得到一些新發(fā)現(xiàn),大多數(shù)小組的學(xué)生都能夠把合力和分力的箭頭連在一起,教師再通過(guò)投影儀把學(xué)生的成果加以展示,適時(shí)的引導(dǎo):“這個(gè)圖形像什么”,再經(jīng)過(guò)驗(yàn)證從而得出力的平行四邊形定則．這樣,這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論基本上是由學(xué)生自己共同合作探究出來(lái)的,而且在實(shí)驗(yàn)中還可以發(fā)現(xiàn)更多有趣的結(jié)論,學(xué)生的這些發(fā)現(xiàn)都是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,都是正確的結(jié)論,學(xué)生從中獲得成功的喜悅,積極性得以調(diào)動(dòng)．

筆者認(rèn)為:實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)本身具有一定的趣味性和結(jié)論的隱蔽性,教師要為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)提供真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境,讓學(xué)生動(dòng)手體驗(yàn),參與其中,即充分體現(xiàn)“教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體”的雙主互動(dòng)式的新課程教學(xué)理念．所以課堂探究的真正意義,也就在于讓學(xué)生經(jīng)歷曲折艱辛的科學(xué)探究過(guò)程,體會(huì)科學(xué)探究精神．

4 教具改進(jìn),直觀簡(jiǎn)潔

本節(jié)課的主要實(shí)驗(yàn)器材是橡皮筋和彈簧秤,為了更好地呈現(xiàn)演示效果,將橡皮筋與彈簧秤固定在黑板上,既便于教師操作,也便于學(xué)生觀察．橡皮筋一端用普通大磁鐵固定,另一端通過(guò)細(xì)繩套連接兩個(gè)5N的演示式彈簧秤．兩個(gè)彈簧秤的4個(gè)底腳分別粘貼一個(gè)硬幣大小的強(qiáng)磁鐵,確保能緊貼黑板,定格實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．后來(lái)得知賽課現(xiàn)場(chǎng)采用的是白板,發(fā)現(xiàn)白板相對(duì)黑板的磁性弱得多,而且不夠粗糙,隨即又對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行改進(jìn),在彈簧秤4個(gè)底腳的強(qiáng)磁鐵表面再粘上一層薄海綿,以增大摩擦．經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),改進(jìn)后的彈簧秤在白板上基本可以保證拉力達(dá)到最大量程,演示效果非常好．

平行四邊形定則得出后再進(jìn)一步思考合力與分力的大小關(guān)系,正是與學(xué)生實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的多種大小結(jié)論相照應(yīng)．為了讓學(xué)生更直觀簡(jiǎn)潔的認(rèn)識(shí)合力與分力的大小關(guān)系,制作了一個(gè)簡(jiǎn)單的平行四邊形模型,每小組一個(gè),學(xué)生在親身動(dòng)手體驗(yàn)中總結(jié)規(guī)律．

由此可見(jiàn),復(fù)雜的物理規(guī)律輔以簡(jiǎn)單的教具演示,直觀簡(jiǎn)潔,既能夠有效突破教學(xué)難點(diǎn),提高課堂效率,使學(xué)生學(xué)得輕松,教師教得高效,同時(shí)也體現(xiàn)了物理之美——簡(jiǎn)潔美、和諧美、統(tǒng)一美．

5 釋疑生疑,延伸思考

結(jié)尾引導(dǎo)學(xué)生思考課前“提包”實(shí)驗(yàn),試著運(yùn)用實(shí)驗(yàn)結(jié)論解釋“費(fèi)力”的原因,釋疑解惑．與此同時(shí)遷移生活,啟發(fā)學(xué)生學(xué)會(huì)利用物理知識(shí)解決更多生活實(shí)際問(wèn)題,比如斜拉橋的橋墩建得比較高,日光燈的兩根懸線(xiàn)豎直等等,體現(xiàn)物理源于生活又應(yīng)用于生活的學(xué)科特點(diǎn)．最后以視頻“雙手?jǐn)嚆~絲”實(shí)驗(yàn)結(jié)尾,如圖4，圖5所示.再次設(shè)疑,需要準(zhǔn)確解釋視頻中銅絲為什么會(huì)斷的問(wèn)題,還需要學(xué)生們進(jìn)一步的學(xué)習(xí),延伸思考,激勵(lì)學(xué)生課后繼續(xù)探究．

圖4 “斷銅絲”裝置設(shè)計(jì)效果圖

圖5 “斷銅絲”裝置設(shè)計(jì)實(shí)物圖

本節(jié)課的教學(xué)環(huán)節(jié)圍繞課前設(shè)疑——課后釋疑——再生新疑的思路展開(kāi),首尾呼應(yīng),體現(xiàn)了本堂課解決問(wèn)題的完整性,同時(shí)又延伸課堂,設(shè)置新問(wèn)題為下一節(jié)“力的分解”承接過(guò)渡,銅絲斷了,但我們探究知識(shí)的腳步卻從未中斷．

總而言之,物理課堂教學(xué)作為一種再現(xiàn)科學(xué)發(fā)展歷程的特殊形式,應(yīng)該注重讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的全過(guò)程．在課堂探究過(guò)程中,學(xué)生參與體驗(yàn)和認(rèn)知,學(xué)會(huì)從物理學(xué)視角去認(rèn)識(shí)物理概念規(guī)律的建立過(guò)程,形成基本的物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用等物理觀念;親身實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程,討論交流感受科學(xué)探究精神,培養(yǎng)包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素的科學(xué)思維;學(xué)生在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)的基礎(chǔ)上,理解科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境的關(guān)系,形成對(duì)科學(xué)技術(shù)正確的態(tài)度和責(zé)任感．所以能夠在物理課堂教育中落實(shí)科學(xué)探究,激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維,培養(yǎng)科學(xué)探究精神,引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)方法,為其終身學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定基礎(chǔ),以適應(yīng)社會(huì)需求與發(fā)展,這是科學(xué)探究的真正價(jià)值所在,也是把核心素養(yǎng)教育融入學(xué)科教學(xué)中的關(guān)鍵．

1 彭前程.積極探索基于核心素養(yǎng)理念下的物理教學(xué)[J].中學(xué)物理，2016(02):1-2.

2 王小慶.真正優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)現(xiàn)高效物理課堂——以力的合成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為例[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2015(6)：11-12.

3 步國(guó)平，李錦云.學(xué)生主體教師主導(dǎo)的雙主互動(dòng)探究式教學(xué)[J].物理通報(bào)，2009(1)：33-35.

4 李彥.親身體驗(yàn) 動(dòng)手實(shí)踐——生本理念下《力的合成》一課的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].湖南中學(xué)物理，2015(6)：60-62.

2016-12-26)