(河南師范大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453007)

1 引言

高中物理課程是普通高中自然科學(xué)領(lǐng)域的一門(mén)基礎(chǔ)課程,旨在進(jìn)一步提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。它是在初中物理課程的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生從物理學(xué)的視角去認(rèn)識(shí)自然,理解自然,構(gòu)建關(guān)于自然界的物理圖景;引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程,體會(huì)科學(xué)研究方法,養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣,增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力;引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)以及科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境的關(guān)系,形成科學(xué)態(tài)度、科學(xué)世界觀和正確的價(jià)值觀,為做有社會(huì)責(zé)任感的公民奠定基礎(chǔ)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面，它集中體現(xiàn)了物理學(xué)科的育人價(jià)值，在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施的過(guò)程中要明確和落實(shí)物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí),離不開(kāi)每一節(jié)課的點(diǎn)滴積累。按照高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的理念和教學(xué)建議,教學(xué)設(shè)計(jì)不僅要關(guān)注學(xué)生知識(shí)的獲得,更要重視通過(guò)真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)和生活實(shí)際問(wèn)題的解決,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力,養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度,進(jìn)而達(dá)到提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。而教學(xué)過(guò)程是一個(gè)學(xué)生、教師、教材和環(huán)境相互協(xié)同的過(guò)程,是學(xué)生在教師引導(dǎo)下掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容的同時(shí)對(duì)其認(rèn)知系統(tǒng)從被組織向自組織轉(zhuǎn)變的過(guò)程。本節(jié)課的教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)依據(jù)以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的教學(xué)原則,在分析教學(xué)目標(biāo)和學(xué)情的基礎(chǔ)上,選擇問(wèn)題情境探究教學(xué)法,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究,促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

2.1 教學(xué)目標(biāo)

物理觀念:學(xué)生掌握力的分解的概念、分力確定的原則；通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生知道力的分解是力的合成的逆運(yùn)算；通過(guò)“斜拉箱子”“盤(pán)山公路”“三角支架問(wèn)題”等生活情境問(wèn)題的分析,學(xué)生能夠定性理解并掌握按力的實(shí)際效果分解力的方法。

科學(xué)思維:學(xué)生通過(guò)“拉橡皮繩”演示實(shí)驗(yàn),熟悉合力和分力的共同作用效果是等效替代的關(guān)系；學(xué)生通過(guò)解決“斜拉箱子”“盤(pán)山公路”“三角支架”等問(wèn)題，提高現(xiàn)象分析、抽象推理的思維能力。

科學(xué)探究:學(xué)生通過(guò)對(duì)具體問(wèn)題的分析,提出合理猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)力的作用效果進(jìn)行驗(yàn)證,與同學(xué)進(jìn)行交流、解釋,最終確定力的實(shí)際效果。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)際生活情境問(wèn)題的分析、解釋過(guò)程,養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

2.2 學(xué)情分析

在“力的合成”一節(jié)學(xué)生已經(jīng)知道力的合成遵循平行四邊形定則,有了“矢量”運(yùn)算的基礎(chǔ),知道“力的合成”是“合力與分力的作用效果等效”的前提,也了解了一些必要的數(shù)學(xué)知識(shí)。同時(shí)學(xué)生在初中已掌握二力平衡的基礎(chǔ)知識(shí),知道做勻速直線運(yùn)動(dòng)、靜止的物體所受合力為零。

“力的分解”是“力的合成”的逆運(yùn)算,是矢量運(yùn)算法則的重要應(yīng)用,要為后面學(xué)習(xí)“正交分解”作初步鋪墊,是以后學(xué)習(xí)“運(yùn)動(dòng)的分解”的基礎(chǔ),也是高一學(xué)習(xí)中的一個(gè)難點(diǎn)。力的分解要按照作用效果來(lái)分解,可“效果”比較抽象,較難理解,需要學(xué)生親自體驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)展示力的作用效果。

2.3 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn):在“力的合成”基礎(chǔ)上繼續(xù)滲透“等效替代”的物理思想;理解一個(gè)力有無(wú)數(shù)對(duì)分力,但是確定分力的方向后有唯一解;探究實(shí)際問(wèn)題中如何根據(jù)實(shí)際作用效果確定分力的方向。

難點(diǎn):根據(jù)力的實(shí)際作用效果確定分力的方向。

2.4 教學(xué)方法

根據(jù)本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)以及重難點(diǎn),教師要重視通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn),重視情境創(chuàng)設(shè)提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力,因此本節(jié)采用問(wèn)題情境探究教學(xué)法。教學(xué)過(guò)程按照呈現(xiàn)情境—提出問(wèn)題—猜想—實(shí)驗(yàn)—得出結(jié)論的探究模式而展開(kāi)。教師精心地創(chuàng)設(shè)情境設(shè)疑激趣，做好實(shí)驗(yàn)使力的實(shí)際作用效果直觀可感,啟發(fā)學(xué)生提出問(wèn)題、猜想假設(shè)、觀察或體驗(yàn)、分析力的實(shí)際作用效果。教師循循善誘,學(xué)生積極思考,師生合作探究,達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

2.5 教學(xué)過(guò)程

2.5.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

用細(xì)線系住一重物,留出兩個(gè)線端,老師問(wèn):“用一根線提與兩根線提相比,哪一種情況線更容易斷?”學(xué)生會(huì)毫不猶豫地回答:“用一根線提!”老師不動(dòng)聲色地用一根線提起了重物,故意舉得高一些,學(xué)生的心也跟著懸起來(lái),而接下來(lái)用兩根線穩(wěn)穩(wěn)的提起重物的時(shí)候,學(xué)生的心也放了下來(lái),臉上露出輕松的表情,對(duì)于老師不斷增加兩根線之間的夾角這樣一個(gè)細(xì)節(jié)動(dòng)作,學(xué)生毫無(wú)防備,突然間線斷了。教師可不失時(shí)機(jī)地提出如下問(wèn)題:為什么用兩根線提反而斷了呢?一開(kāi)始就斷了嗎?什么時(shí)候開(kāi)始斷?為什么會(huì)斷?學(xué)了本節(jié)課同學(xué)們就知道答案了。

設(shè)計(jì)意圖:創(chuàng)設(shè)有趣的演示實(shí)驗(yàn),將學(xué)生帶入情境,引起學(xué)生的思維沖突,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究物理的好奇心與求知欲。

2.5.2 講解力的分解定義及遵循的定則

演示實(shí)驗(yàn):如圖1所示，橡皮筋兩端固定,用力豎直向下拉系在橡皮筋上的懸繩,在該拉力的作用下左右兩段橡皮筋都發(fā)生了伸長(zhǎng),結(jié)點(diǎn)到達(dá)的位置為O。將兩橡皮筋伸長(zhǎng)的方向及拉力畫(huà)出來(lái)并加以表示。如圖2所示，再用兩根細(xì)繩拉橡皮筋,拉橡皮筋的兩個(gè)力分別為F1、F2,使結(jié)點(diǎn)達(dá)同樣的位置O。

圖1

圖2

師:用兩個(gè)力拉橡皮筋和用一個(gè)力拉,效果相同嗎?

生:相同。

師:那么它們之間就是一種什么關(guān)系?誰(shuí)是分力?誰(shuí)是合力?

生:等效替代的關(guān)系,F1、F2是分力,F是合力。

師:上節(jié)課我們學(xué)了力的合成，今天我們學(xué)習(xí)力的分解,給它下一個(gè)定義，就是求一個(gè)已知力的分力的過(guò)程。

師:請(qǐng)同學(xué)們思考一下,力的分解和力的合成是什么關(guān)系?

生:力的分解是力的合成的逆運(yùn)算。

師:力的合成遵循什么定則?

生:平行四邊形定則。

師:那力的分解應(yīng)該遵循什么定則?為什么?

生:也應(yīng)遵循平行四邊性定則,因?yàn)榱Φ姆纸馐橇Φ暮铣傻哪孢\(yùn)算。

師:我們用平行四邊形的對(duì)角線表示一個(gè)已知力,那么誰(shuí)是分力?

生:與力F共點(diǎn)的鄰邊是分力。

師:請(qǐng)同學(xué)們?cè)囈幌?已知平行四邊形的對(duì)角線,看看能畫(huà)出多少個(gè)平行四邊形?如果兩鄰邊的方向確定,又能畫(huà)出多少個(gè)平行四邊形(教師強(qiáng)調(diào)用直尺、鉛筆規(guī)范做圖)?

生:如果確定了兩鄰邊的方向,只能畫(huà)一個(gè)平行四邊形,但是若沒(méi)有限制,可以畫(huà)無(wú)數(shù)個(gè),一個(gè)力可以分解成無(wú)數(shù)對(duì)分力。分力方向一旦確定,也就確定了。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),加深對(duì)“等效替代”思想的理解;通過(guò)師生的問(wèn)答促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的遷移;通過(guò)強(qiáng)調(diào)規(guī)范作圖,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

2.5.3 講解分力的確定原則

情境一:用PPT展示大力士拉車(chē)、車(chē)夫拉黃包車(chē)、人拉行李箱的圖片(如圖3),教師引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題:為什么他們不水平拉,要斜著拉?

圖3

圖4

學(xué)生猜想、討論,教師引導(dǎo)得出斜拉的時(shí)候摩擦力小,更容易拉動(dòng)。

教師請(qǐng)同學(xué)們兩個(gè)人為一組,一個(gè)人站著,斜向上拉坐著的人,說(shuō)出自己的感受——有一種被向上提和向前拉的感覺(jué)。

教師：這兩種感覺(jué)就是斜向上的拉力的實(shí)際作用效果,在實(shí)際問(wèn)題中,確定分力的方向的原則就是按實(shí)際作用效果。

學(xué)生在教師的引導(dǎo)下構(gòu)建“受斜向上拉力的物理模型”(如圖4),確定斜向上拉力的分力方向,畫(huà)出平行四邊形,由幾何關(guān)系得出兩分力F1、F2的大小,驗(yàn)證之前的猜想。

設(shè)計(jì)意圖：從生活中的實(shí)際問(wèn)題入手,培養(yǎng)學(xué)生能從物理學(xué)的視角觀察自然現(xiàn)象,讓學(xué)生具有將物理學(xué)與實(shí)際相聯(lián)系的意識(shí);引導(dǎo)學(xué)生對(duì)常見(jiàn)的物理現(xiàn)象進(jìn)行分析,獲得結(jié)論并作出解釋,促進(jìn)新舊知識(shí)的整合;培養(yǎng)學(xué)生能將實(shí)際問(wèn)題中的對(duì)象和過(guò)程轉(zhuǎn)化成物理模型;讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)是對(duì)自然現(xiàn)象的描述與解釋,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣;在解決問(wèn)題的過(guò)程中,通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生親身感受力的作用效果,通過(guò)教師示范,強(qiáng)化學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度與習(xí)慣。

情境二:用PPT展示盤(pán)山公路的圖片及引橋的照片,引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題：為什么不修一條從山腳直達(dá)山頂?shù)穆?并引導(dǎo)學(xué)生從斜面上的物體的重力的分解方面進(jìn)行猜想。

學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)似懂非懂,說(shuō)不出所以然。

教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)：在斜面和擋板上分別放上海綿,然后把長(zhǎng)方形重物放在斜面上(如圖5)。

圖5

圖6

學(xué)生觀察后發(fā)現(xiàn)了放重物前后海綿的形變狀態(tài),突然明白了,自己主動(dòng)構(gòu)建,對(duì)重力進(jìn)行分解,并求出分力的大小G1、G2,由數(shù)學(xué)知識(shí),得出θ越小,G1越小(如圖6),也即坡度越小,下坡更安全,上坡更容易。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)展示生活中司空見(jiàn)慣的事例和實(shí)驗(yàn)演示,引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考,初步形成了力的分解概念,并具有運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋生活現(xiàn)象的意識(shí);基于情境一的學(xué)習(xí),學(xué)生的思維已從被組織向自組織轉(zhuǎn)換,這時(shí)就要給學(xué)生運(yùn)用思維自主構(gòu)建、解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)。[2]

情境三：通過(guò)PPT展示塔吊吊重物的圖片，讓學(xué)生想辦法得出三角支架末端掛重物后重物重力的作用效果。

學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)猜想三角支架末端力的作用效果，并自主運(yùn)用身邊的物品搭建三角支架(如圖7)，驗(yàn)證猜想,觀察、感受力的作用效果，交流確定力的作用效果,確定分力的方向。

圖7

圖8

教師再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，如圖8所示，三角支架橫梁AC、BC分別固定在橡皮膜A、B兩點(diǎn),在C處掛上重物后，可見(jiàn)橡皮膜A向外凸起(如圖9),橡皮膜B向里凹陷(如圖10)，再次確認(rèn)三角支架的力的作用效果分別是沿橫梁AC向外和沿橫梁CB向里。

圖9

圖10

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生面對(duì)真實(shí)的情境,能夠運(yùn)用合適的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證猜想，解決問(wèn)題;老師所做的演示實(shí)驗(yàn)是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的一個(gè)改進(jìn),意在培養(yǎng)學(xué)生的反思能力。

2.5.4 小結(jié)

教師引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)力的分解的步驟：確定研究對(duì)象;根據(jù)效果定分力方向;作平行四邊形;由幾何關(guān)系計(jì)算分力大小。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)前邊三個(gè)實(shí)際案例的分析,學(xué)生對(duì)力的分解有了一定的了解,但還處于碎片化狀態(tài),教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié),有利于學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

最后讓學(xué)生解釋引入實(shí)驗(yàn)中繩子斷裂的原因,提高學(xué)生辨別是非的能力,培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

2.5.5 布置作業(yè)

(1) 思考:在泥濘的路上,一輛汽車(chē)陷入了泥潭,你有什么方法能把汽車(chē)?yán)瞿嗵?并用所學(xué)的物理知識(shí)分析解釋。

(2) 試用物理原理解釋成語(yǔ)“迎刃而解”,即為什么刀刃夾角越小,刀越鋒利?

(3) 查閱資料，解釋為什么趙州橋千年“屹立不倒”?

設(shè)計(jì)意圖：習(xí)題教學(xué)的作用,不僅僅是為了得到答案,而是要全面提高學(xué)生的問(wèn)題解決能力。[1]貼近生活的作業(yè),有利于學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的理解,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活,促進(jìn)其用所學(xué)知識(shí)分析、解決問(wèn)題的意識(shí)。作業(yè)的完成需要學(xué)生查閱資料,能夠培養(yǎng)學(xué)生收集、處理信息的能力。

3 設(shè)計(jì)反思

落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo),需要在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施中重視情境創(chuàng)設(shè)和開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)。同時(shí),值得注意的是創(chuàng)設(shè)情境不僅是為了呈現(xiàn)研究對(duì)象,而是為了激發(fā)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)，進(jìn)而提出問(wèn)題，進(jìn)行科學(xué)探究。

3.1 重視情境的創(chuàng)設(shè)

物理概念的建立、物理規(guī)律的探究、生活問(wèn)題的解決需處在情境之中,創(chuàng)設(shè)情境就是為學(xué)生增加物理感覺(jué)。在本節(jié)教學(xué)中，學(xué)生對(duì)等效思想的理解、情境的抽象、科學(xué)猜想、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證均是在情境中進(jìn)行的。核心素養(yǎng)的落實(shí)離不開(kāi)生活中實(shí)際問(wèn)題的解決,實(shí)際問(wèn)題又都處于情境之中。

3.2 加強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn),增加感知量

物理感知量不僅來(lái)源于生活情境,還來(lái)源于實(shí)驗(yàn)。為了讓學(xué)生對(duì)力的作用效果有感知,這節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)多次采用演示實(shí)驗(yàn),使現(xiàn)象變得直觀,降低了學(xué)習(xí)的難度。引入環(huán)節(jié)的“繩拉重物”實(shí)驗(yàn)不僅真實(shí),而且有驚、有疑,不僅能讓學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài),而且能夠轉(zhuǎn)變學(xué)生的觀念。

3.3 滲透科學(xué)探究，使教學(xué)過(guò)程由“靜”變“動(dòng)”

為實(shí)現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知從被組織向自組織轉(zhuǎn)變，需要教師從單純傳授向師生共同探究轉(zhuǎn)變。在本節(jié)課中,教學(xué)前期學(xué)生對(duì)力的分解法則的認(rèn)識(shí)還處于模糊狀態(tài),學(xué)生學(xué)習(xí)力的分解法則需要教師指導(dǎo)。教師的引導(dǎo)示范使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)探究,調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,教學(xué)過(guò)程由“靜”變?yōu)椤皠?dòng)”。在“力的分解”的教學(xué)設(shè)計(jì)中,注重生活問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè),注意讓學(xué)生通過(guò)探究過(guò)程建構(gòu)知識(shí),有利于培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力?！靶崩Φ姆纸狻薄靶泵嫔现亓Φ姆纸狻薄叭_架上重物所受重力的分解”等問(wèn)題的解決滲透著問(wèn)題、猜想、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、解釋交流等科學(xué)探究要素,有利于提高學(xué)生科學(xué)探究能力，對(duì)學(xué)生完成課后作業(yè)、解決生活中的問(wèn)題打下基礎(chǔ)。