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        基于科學(xué)思維能力培養(yǎng)的高中物理教材解讀與教學(xué)設(shè)計(jì)
        ——以“重力與彈力”教學(xué)為例

        2021-02-18 03:31:40
        物理之友 2021年12期
        關(guān)鍵詞:彈力新教材重力

        郭 穎

        (江蘇省南京市中華中學(xué),江蘇 南京 210019)

        《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》是我國(guó)新一輪高中物理教學(xué)改革的指導(dǎo)性文件,它凝練了物理學(xué)科核心素養(yǎng),為教材編寫(xiě)、考試評(píng)價(jià)和教學(xué)實(shí)施指明了方向。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。

        培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力是物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的核心目標(biāo),面對(duì)新教材,我們應(yīng)充分挖掘其內(nèi)在價(jià)值,尋找其在內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、方法等方面的變化,弄清教材的編寫(xiě)意圖。筆者以“重力與彈力”為例,通過(guò)解讀教材、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施,切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

        1 基于科學(xué)思維能力培養(yǎng)的教材解讀

        1.1 人教版教材的變化

        人教版新教材的每一節(jié)的結(jié)構(gòu)大致相同,都是由問(wèn)題引入,創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行理論(或?qū)嶒?yàn))探究,得出結(jié)論,再應(yīng)用結(jié)論去解決問(wèn)題。關(guān)于“重力與彈力”的內(nèi)容,新舊教材的變化如表1所示。

        表1

        1.2 新教材的編寫(xiě)意圖

        (1) 在順序上作了調(diào)整。新教材編寫(xiě)者根據(jù)學(xué)情,突出以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體的理念。學(xué)生在初中已學(xué)過(guò)力的概念以及重力、彈力等內(nèi)容,課題引入采用問(wèn)題串形式,既回顧了舊知識(shí),又為新知識(shí)的學(xué)習(xí)作了鋪墊。而力的圖示是新知識(shí),對(duì)畫(huà)圖要求較高,放在后面較妥。

        (2) 在內(nèi)容上作了增刪。四種相互作用概念太大,不適合放在此處,新教材果斷做了取舍,干凈利落。舊教材中重力這節(jié)內(nèi)容太少,又要自然過(guò)渡到彈力,所以新教材就把重力和彈力放在一節(jié)。胡克定律實(shí)驗(yàn)雖難度不大,但探究性較強(qiáng),所以新教材根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求增加了這個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

        (3) 在習(xí)題上作了優(yōu)化。新教材增加了開(kāi)放性習(xí)題,以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。如書(shū)后練習(xí)第5題:你還能想到什么方法來(lái)觀察微小形變?畫(huà)圖說(shuō)明;新教材還增加了設(shè)計(jì)類(lèi)習(xí)題,以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用和創(chuàng)新能力,如書(shū)后練習(xí)第7題:設(shè)計(jì)自動(dòng)沖水裝置。

        2 基于科學(xué)思維能力培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

        2.1 玩具引入,思考與“重心”有關(guān)的概念

        演示“飲水鳥(niǎo)”玩具(圖1),把鳥(niǎo)的頭部用水浸濕,觀察它的運(yùn)動(dòng)。

        圖1

        師:鳥(niǎo)為什么能夠不停地低頭飲水、又抬起頭呢?通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí),我們來(lái)解密。

        設(shè)計(jì)意圖:讓“重心”成為貫穿本節(jié)課始終的主線,“重心”這個(gè)概念是本課的難點(diǎn)?;怆y點(diǎn)的辦法之一,是通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生的興趣,從感性的觀察引發(fā)理性的思考。接著引導(dǎo)學(xué)生解密,呼應(yīng)開(kāi)頭,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。最后讓學(xué)生設(shè)計(jì)自動(dòng)沖水裝置,培養(yǎng)其知識(shí)應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

        2.2 回顧舊知,復(fù)習(xí)力和重力的概念

        師:在初中學(xué)習(xí)過(guò)力的概念,咱們來(lái)回顧一下,什么叫力?

        生:物體對(duì)物體的作用。

        師:上述兩個(gè)物體分別叫什么物體?

        生:一個(gè)是施力物體,另一個(gè)是受力物體。

        師:力的作用效果有哪些?

        生:使物體發(fā)生形變,改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

        師:你們學(xué)過(guò)哪些力?

        生:重力、彈力、摩擦力…

        師:對(duì)力需要分類(lèi),可從力的性質(zhì)、作用效果角度進(jìn)行。我們從性質(zhì)上按順序逐一進(jìn)行探討。先看重力,它是怎么定義的?它的大小、方向如何確定?

        學(xué)生回答問(wèn)題,教師用PPT同步展示。

        設(shè)計(jì)意圖:以問(wèn)題串形式,層層深入,開(kāi)拓學(xué)生的思維。復(fù)習(xí)的雖是“舊知識(shí)”,但只要有“新視角”,就可以激起學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望,加深思維的深刻性。同時(shí),學(xué)生覺(jué)得初中學(xué)的知識(shí)很有用,了解其在整個(gè)知識(shí)板塊中的關(guān)聯(lián),由此產(chǎn)生的“掌控感”可以激發(fā)其內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力。

        2.3 實(shí)驗(yàn)探究:用懸掛法等尋找物體的重心

        師:重力的作用點(diǎn)叫什么?

        生:重心。

        教材以長(zhǎng)桿為例,利用示意圖進(jìn)行講授。長(zhǎng)桿的各部分均受重力作用,運(yùn)用等效方法,可認(rèn)為長(zhǎng)桿所受重力集中于一點(diǎn)。

        教師出示質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體。

        師:如何確定它的重心位置?

        生:在幾何中心。

        教師出示圓環(huán)。

        師:如何確定它的重心位置?

        生:在圓心處。

        師:重心一定在物體上嗎?

        生:不一定。

        教師出示形狀不規(guī)則的薄木板。

        師:如何確定它的重心位置?

        生:可用懸掛法。

        師:該方法運(yùn)用的原理是什么?

        生:二力平衡。

        教師出示圖片:手托椅子靜止。

        師:如何確定椅子的重心位置?

        生:用支撐法。

        師:其原理是什么?

        生:二力平衡。

        師:重心在過(guò)支撐點(diǎn)的豎直線上。如果重心偏離這個(gè)豎直線,結(jié)果會(huì)怎樣?

        生:椅子會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)、翻倒。

        設(shè)計(jì)意圖:物理概念的建構(gòu)是循序漸進(jìn)的,必須經(jīng)過(guò)多次循環(huán),才能實(shí)現(xiàn)最終的同化。在尋找形狀不規(guī)則物體重心位置的過(guò)程中,基于科學(xué)思維培養(yǎng)的要求,以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),通過(guò)二次懸掛,學(xué)生逐步印證自己的猜想。既加深了對(duì)物理概念的理解,又提升了科學(xué)思維能力。

        2.4 構(gòu)建模型,科學(xué)推理

        師:如何解釋飲水鳥(niǎo)低頭飲水、抬頭的原理?

        生:開(kāi)始時(shí)飲水鳥(niǎo)內(nèi)乙醚沿玻璃管上升,重心升高到一定高度時(shí)飲水鳥(niǎo)發(fā)生傾倒而低頭飲水,此后玻璃管內(nèi)乙醚又流回尾部,飲水鳥(niǎo)抬起頭,產(chǎn)生連續(xù)動(dòng)作,其原理是重心位置發(fā)生變化和杠桿平衡條件。

        師生總結(jié):重心位置一般會(huì)隨著形狀或質(zhì)量分布的變化而變化。

        教師出示書(shū)后練習(xí)第7題:設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)沖水裝置。

        讓學(xué)生分組討論,交流設(shè)計(jì)思路。學(xué)生積極上臺(tái)展示,結(jié)合示意圖說(shuō)明自動(dòng)沖水裝置的結(jié)構(gòu)和原理,富有創(chuàng)意。

        設(shè)計(jì)意圖:呼應(yīng)開(kāi)頭,解密飲水鳥(niǎo)飲水原理;學(xué)以致用,設(shè)計(jì)自動(dòng)沖水裝置。模型建構(gòu)是在對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象和概括的基礎(chǔ)上,抓住關(guān)鍵因素、構(gòu)建能反映其本質(zhì)特征的理想模型的科學(xué)抽象過(guò)程??茖W(xué)推理是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理概念、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的過(guò)程,是發(fā)展科學(xué)思維的重要途經(jīng)。在真實(shí)情境下,學(xué)生經(jīng)過(guò)科學(xué)推理,他們運(yùn)用恰當(dāng)?shù)奈锢砟P徒鉀Q實(shí)際問(wèn)題的能力會(huì)有所提升。

        2.5 運(yùn)用科學(xué)思維方法,引出彈力概念

        教師展示常見(jiàn)的形變圖片,引導(dǎo)學(xué)生觀察,歸納總結(jié)形變的種類(lèi),提出將微小形變放大的方法,進(jìn)而引出彈力概念的定義、產(chǎn)生條件和方向。

        設(shè)計(jì)意圖:從觀察現(xiàn)象、提出問(wèn)題到分析問(wèn)題再到解決問(wèn)題,科學(xué)思維是靈魂,在彈力概念的構(gòu)建過(guò)程中,學(xué)生運(yùn)用了分析、歸納等思維方法。

        3 基于科學(xué)思維能力培養(yǎng)的教學(xué)反思

        3.1 教學(xué)設(shè)計(jì)要基于教材解讀指向教學(xué)達(dá)成

        好的教學(xué)設(shè)計(jì)依賴(lài)于準(zhǔn)確的教材解讀,教師把握了教材編寫(xiě)意圖,就可以選擇高效的策略實(shí)施教學(xué)。教材編寫(xiě)者用心良苦,一線教師應(yīng)認(rèn)真鉆研、用好新教材。因?yàn)橛虚_(kāi)課任務(wù),筆者仔細(xì)研讀新課標(biāo)和新教材,經(jīng)反復(fù)推敲,最終從書(shū)后習(xí)題中找到了靈感,頓悟了新教材的意圖,才有了本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)。

        3.2 課堂教學(xué)要基于真實(shí)問(wèn)題,提升學(xué)生的科學(xué)思維能力

        物理教學(xué)的目的是要增長(zhǎng)學(xué)生的智慧,集中體現(xiàn)在對(duì)科學(xué)思維方法的領(lǐng)悟和運(yùn)用上。筆者將學(xué)生思維上的經(jīng)歷和體驗(yàn)貫穿教學(xué)始終,在設(shè)計(jì)中花心思、做調(diào)整。開(kāi)頭的科學(xué)玩具一下子吸引了學(xué)生的注意力,在接下來(lái)的知識(shí)回顧環(huán)節(jié)學(xué)生非常專(zhuān)注,在創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)更是創(chuàng)意連連,在上完課的第二天,還有學(xué)生匯報(bào)新想法。筆者對(duì)學(xué)生的積極表現(xiàn)予以肯定,他們也明白了科技創(chuàng)新需要借助團(tuán)隊(duì)的力量。

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