楊新宇

[摘? ?要]物理教學(xué)目標(biāo)從三維目標(biāo)走向物理學(xué)科核心素養(yǎng)，這就要求教師在實(shí)際教學(xué)中，要注意創(chuàng)設(shè)真實(shí)的、鮮活的活動情境，以問題鏈為導(dǎo)向，在任務(wù)的驅(qū)動下，組織學(xué)生體驗(yàn)探究過程，進(jìn)而培養(yǎng)提高學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。文章以《杠桿》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，闡述基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的物理教學(xué)設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);杠桿;運(yùn)動與相互作用觀念;科學(xué)思維;科學(xué)探究

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）11-0056-03

隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)，物理教學(xué)目標(biāo)也從三維目標(biāo)走向物理學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)際教學(xué)中教師應(yīng)當(dāng)通過真實(shí)的、鮮活的情境活動，以問題鏈為導(dǎo)向，在任務(wù)的驅(qū)動下，組織學(xué)生體驗(yàn)探究過程，以培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。下面以《杠桿》第一課時的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，闡述物理教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。

“杠桿”是最簡單的機(jī)械，先學(xué)習(xí)“杠桿”，再學(xué)習(xí)“滑輪”和“滑輪組”，由簡單到復(fù)雜，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。在認(rèn)識“杠桿”的過程中，引導(dǎo)學(xué)生從生活到物理、從物理到社會，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究等學(xué)科核心素養(yǎng)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

一、教學(xué)目標(biāo)

（一）認(rèn)識杠桿

通過生活體驗(yàn)，學(xué)會將生產(chǎn)生活中相關(guān)的工具歸類到“杠桿”這一簡單機(jī)械類型。同時學(xué)會將具體工具抽象成杠桿模型，在模型構(gòu)建過程中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

（二）通過觀察和實(shí)驗(yàn)，了解杠桿的構(gòu)造

在實(shí)驗(yàn)探究過程中，深刻理解使杠桿順時針和逆時針轉(zhuǎn)動的是什么力，培養(yǎng)學(xué)生的相互作用觀念。

（三）通過探究活動，深刻理解杠桿的平衡與力的大小及力臂有關(guān)

在思維沖突的過程中，培養(yǎng)學(xué)生用事實(shí)去質(zhì)疑和論證，從而引出“力臂”的概念。在示范和模仿的過程中學(xué)會構(gòu)建具體情境中杠桿的力臂，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣。

二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1.了解杠桿的構(gòu)造，理解力臂概念。

2.畫杠桿的力臂。

三、教學(xué)過程

（一）教學(xué)引入

教師：

活動1.播放視頻。

組織學(xué)生觀看生產(chǎn)生活中常見的機(jī)械設(shè)備（如挖掘機(jī)、吊車、傳送帶等）的工作過程。

提問1.這些設(shè)備工作時可以給我們帶來哪些方便？能解決什么樣的問題？

學(xué)生：觀看視頻，交流討論，匯報心得。

設(shè)計(jì)意圖：用真實(shí)的場景和活動，讓學(xué)生在熟悉的情境中體驗(yàn)機(jī)械的魅力，感受物理之用之美。體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會”的教學(xué)理念。

教師：

活動2.組織學(xué)生體驗(yàn)和使用機(jī)械：用撬棒撬石頭（如圖1），用羊角錘起釘子（如圖2）。

提問2.你是如何使用這些機(jī)械的？機(jī)械的運(yùn)動具有什么樣的特點(diǎn)？

學(xué)生：（1）分組使用撬棒、羊角錘;

（2）交流討論，探討使用機(jī)械的感受;

（3）匯報：①使用撬棒時，將撬棒的一端放在石頭下，在撬棒的下方某個位置（圖1中的位置B）墊放一塊石頭撐著，在另一端（A端）用力向下壓撬棒，棒向下旋轉(zhuǎn)，石頭被翹起。

②使用羊角錘時，用夾口夾住釘子，錘子的尾端部分（圖2中的B端）壓著桌面，用力扳木柄的上端（圖2中的A端），錘子繞著尾端部分旋轉(zhuǎn)，釘子被拔出。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在真實(shí)的體驗(yàn)中，感受撬棒、羊角錘的工作過程，一個力（如手對錘柄的力）讓撬棒、羊角錘朝著需要的方向轉(zhuǎn)動，另一個力（如石頭壓著撬棒的力和釘子壓著鐵錘的力）阻礙撬棒、羊角錘轉(zhuǎn)動。為接下來杠桿模型的提煉做好準(zhǔn)備。

教師：

撬棒、羊角錘等機(jī)械在工作的時候，在力的作用下繞著某一支撐點(diǎn)（如圖1中的B點(diǎn)和圖2中B端）轉(zhuǎn)動，我們把這類機(jī)械稱為杠桿。

（二）新課教學(xué)

1.杠桿的基本概念

（1）定義：在力的作用下繞著某支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)動的堅(jiān)實(shí)物體，叫作杠桿。

（2）支點(diǎn)（O）：杠桿繞著轉(zhuǎn)動的支撐點(diǎn)，叫作支點(diǎn)O。

教師：

活動3.展示一系列生活中常見的杠桿（如鑷子、手搖式抽水機(jī)等）。

提問3.這些工具在工作中，支撐點(diǎn)在哪里？哪些力讓它轉(zhuǎn)動？哪些力阻礙它轉(zhuǎn)動？

學(xué)生：①閱讀圖片，交流討論它們是如何工作的;

②匯報：ⅰ.鑷子在工作時，支點(diǎn)在鑷子的尾端O，夾起物品時，手對鑷子的力（在A處）使鑷子轉(zhuǎn)動，夾子內(nèi)的物品給鑷子的支持力（在B處）阻礙鑷子轉(zhuǎn)動。

ⅱ.手搖式抽水機(jī)工作時，支點(diǎn)位于O，手對搖柄的力（在A處）使搖柄向下轉(zhuǎn)動，活塞對搖柄的力（在B處）阻礙搖柄轉(zhuǎn)動。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在觀察討論的基礎(chǔ)上，結(jié)合生活實(shí)際，把實(shí)際工具抽象成杠桿模型。在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。同時，在體驗(yàn)中明確什么力使杠桿轉(zhuǎn)動以及什么力阻礙杠桿轉(zhuǎn)動，滲透對“壓力、支持力”的理解，區(qū)分“重力和壓力”，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念。

（3）動力（F1）：根據(jù)實(shí)際情況使杠桿轉(zhuǎn)動的力，叫作動力F1。

（4）阻力（F2）：根據(jù)實(shí)際情況阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力，叫作阻力F2。

（5）杠桿模型（如圖5）：

2.杠桿的平衡

教師：

活動4.現(xiàn)場展示杠桿在力的作用下靜止（結(jié)構(gòu)簡圖如圖6所示）。

把鐵架臺放在水平桌面上，將一標(biāo)有均勻刻度的硬質(zhì)木桿（質(zhì)量分布均勻）懸掛在鐵架臺上，調(diào)節(jié)輕桿兩端的螺母，使輕桿水平靜止。

提問4.硬質(zhì)木桿是杠桿嗎？如果是，支點(diǎn)在哪里？使木桿順時針轉(zhuǎn)動的是什么力？使杠桿逆時針轉(zhuǎn)動的是什么力？為什么木桿沒有轉(zhuǎn)動起來呢？請構(gòu)建示意圖。

學(xué)生：①思考、討論，互助學(xué)習(xí)。

②匯報心得：硬質(zhì)木桿可以看作杠桿;支點(diǎn)位于木桿正中間的懸掛點(diǎn)（圖6中的O點(diǎn)）;使木桿順時針轉(zhuǎn)動的力是右半部分木桿（含螺母）受到的重力G1;使木桿逆時針轉(zhuǎn)動的力是左半部分木桿（含螺母）受到的重力G2;因?yàn)镚1使木桿順時針轉(zhuǎn)動的效果和G2使木桿逆時針轉(zhuǎn)動的效果一致，相互抵消，所以木桿靜止不動。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在討論交流的基礎(chǔ)上，結(jié)合杠桿的概念將木桿抽象成杠桿，培養(yǎng)學(xué)生的建模能力;通過分析動力和阻力的來源，培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)動與相互作用觀念;通過分析杠桿保持靜止?fàn)顟B(tài)的原因，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、論證的素養(yǎng)。

教師：

當(dāng)動力和阻力對杠桿的轉(zhuǎn)動效果互相抵消時，杠桿將處于平衡狀態(tài)。杠桿平衡有靜止和勻速轉(zhuǎn)動兩種情形。

活動5.演示杠桿的狀態(tài)。

提問5.如圖7所示，杠桿處于水平平衡狀態(tài)。①現(xiàn)將懸掛在A處的鉤碼向左移動一格，杠桿還能保持水平平衡嗎？說明杠桿的平衡和力的什么要素有關(guān)？②用懸線將滑輪掛在杠桿A端，如圖7，向左和向右推動掛著鉤碼的懸線，杠桿還能保持水平平衡嗎？說明杠桿的平衡和力的什么要素有關(guān)？

學(xué)生：①觀察、思考、討論。

②交流、匯報：ⅰ.懸掛在A處的鉤碼向左移動一格，杠桿順時針加速旋轉(zhuǎn)，平衡被打破。說明杠桿的平衡與力的作用點(diǎn)有關(guān)。ⅱ.向左推動掛在A處的掛著鉤碼的懸線，杠桿逆時針加速旋轉(zhuǎn)，平衡被打破。說明杠桿的平衡與力的作用方向有關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過觀察、體驗(yàn)，感受杠桿平衡被打破的情況，杠桿順時針（逆時針）加速轉(zhuǎn)動，說明力使杠桿順時針轉(zhuǎn)動的效果加強(qiáng)（減弱）。順時針轉(zhuǎn)動效果加強(qiáng)（減弱）是因?yàn)榱Φ淖饔命c(diǎn)發(fā)生了改變，說明杠桿的平衡與動力（阻力）的作用點(diǎn)有關(guān)。引導(dǎo)學(xué)生在質(zhì)疑、證實(shí)、推理的過程中培養(yǎng)科學(xué)思維。

教師：

提問6.當(dāng)力的大小和作用點(diǎn)不變，改變力的作用方向，杠桿的平衡一定會被打破嗎？

學(xué)生：①猜想、討論、匯報。

②猜想不一：平衡一定被打破、繼續(xù)保持平衡。

教師：大家提出了猜想，我們的猜想是不是一定正確呢？通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。介紹實(shí)驗(yàn)裝置和探究過程（如圖8）。

活動6.

①用細(xì)線懸掛兩個鉤碼吊在杠桿的A處。

②在B處懸掛細(xì)線，分別沿BC方向和BD方向拉彈簧測力計(jì)，讓杠桿水平平衡。讀取彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1和F2。

③在E處懸掛細(xì)線，沿EH方向拉彈簧測力計(jì)，讓杠桿水平平衡。讀取彈簧測力計(jì)的示數(shù)F3。

④比較F1和F2、F3的大小關(guān)系。

提問7.F1和F2、F3的作用點(diǎn)、作用方向和大小三個要素都一樣嗎？F1和F2、F3的作用方向有什么共同點(diǎn)？

學(xué)生：①觀察、思考、討論、交流。

②匯報：

ⅰ.F1和F2的作用點(diǎn)相同，大小相等，作用方向不同，杠桿水平平衡。杠桿的平衡與力的作用方向沒有關(guān)系。F3和F1、F2的大小相等，作用點(diǎn)和作用方向不同，杠桿水平平衡。杠桿的平衡與力的作用點(diǎn)、作用方向沒有關(guān)系。

ⅱ.F1和F2、F3的作用線到圓盤的中心即杠桿的支點(diǎn)O的垂直距離相等。疑惑：是不是杠桿的平衡與力的作用線到支點(diǎn)O的垂直距離有關(guān)呢？

設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生思維沖突（活動5和活動6中，實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)論不一致）的情況下，開展思維的遞進(jìn)性訓(xùn)練（為什么不相同？尋找F1和F2、F3的作用方向的共同特征），以及學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

教師：

在F1和F2、F3作用過程中，作用線到圓盤的中心即杠桿的支點(diǎn)O的垂直距離相等，杠桿始終保持水平平衡。物理學(xué)中為了便于描述，引入了力臂的概念。

力臂定義：從支點(diǎn)O到力的作用線的距離叫作力臂L。

動力臂：從支點(diǎn)O到動力F1的作用線的距離叫作動力臂L1。

阻力臂：從支點(diǎn)O到阻力F2的作用線的距離叫作阻力臂L2。

教師：

力臂是由力的作用點(diǎn)和力的方向共同決定的，包含了力的兩個要素。我們在討論力對杠桿的作用效果時，確定了杠桿的支點(diǎn)后，只要考慮力的大小和力臂就可以了。

活動7.構(gòu)建具體情境中動力和阻力的力臂。

情境：用鑷子夾取物品，請構(gòu)建力臂。

①將鑷子抽象成杠桿模型，如圖9中OAB。（模型構(gòu)建）

②畫出手對鑷子的壓力F1和物品對鑷子的支持力F2。

③沿著F1和F2的作用方向畫它們的作用線，如圖9中的虛線。

④過支點(diǎn)O作F1和F2的作用線的垂線，同時用大括號標(biāo)注出來，標(biāo)記L1和L2。

學(xué)生：模仿構(gòu)建力臂。

請大家構(gòu)建圖10中工具OAB的力臂。

設(shè)計(jì)意圖：將學(xué)生的學(xué)習(xí)與生活實(shí)際緊密地結(jié)合起來，使學(xué)生經(jīng)歷建構(gòu)模型的過程，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。幫助學(xué)生學(xué)會抽象實(shí)際問題，建立物理模型，即將情境中工具OAB建模成杠桿OA;幫助學(xué)生按照合理的解題思路形成良好的解題習(xí)慣。教師可以做一些必要的引導(dǎo)，例如杠桿的支點(diǎn)在哪里，使杠桿逆時針（順時針）轉(zhuǎn)動的是什么力。

四、教學(xué)小結(jié)

1.知識結(jié)構(gòu)思維導(dǎo)圖

2.杠桿模型

五、作業(yè)布置

作業(yè)1.開展社會實(shí)踐活動，寫出調(diào)查報告。結(jié)合新課學(xué)習(xí)，調(diào)查自己身邊的機(jī)械工具，哪些屬于杠桿？它們在工作過程中，會給生產(chǎn)生活帶來哪些影響？并構(gòu)建出對應(yīng)的杠桿模型。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生觀察身邊的杠桿現(xiàn)象，應(yīng)用自己所學(xué)的物理知識分析現(xiàn)象、解決問題，拓展自己的觀察視野和知識面。

作業(yè)2.比較圖11中甲（普通剪刀）、乙（鐵匠剪刀）和丙（理發(fā)剪刀）的不同，說明各自的特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在對比中體會杠桿模型的構(gòu)建，感受它們工作的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，鞏固杠桿的五要素，同時為下一節(jié)課學(xué)習(xí)杠桿的分類以及后續(xù)學(xué)習(xí)“功的原理”做準(zhǔn)備。

在教學(xué)過程中，通過真實(shí)的情境，以問題鏈為導(dǎo)向，以解決問題為任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生思考、討論、交流和匯報，引導(dǎo)學(xué)生主動生成知識，提升能力。

布置開放性的作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生走出學(xué)校、走向社會，從生活走向物理、從物理走向社會，學(xué)以致用，同時拓展學(xué)生的視野，增加知識的深度和廣度。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]? 陳琪兮.物理[M].北京：教育科學(xué)出版社，2019.

[3]? 劉鋒.物理教師教學(xué)用書[M].北京：教育科學(xué)出版社，2016.

（責(zé)任編輯 易志毅）