白亞君

摘 要：以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”一課教學(xué)為載體，重點(diǎn)融入情景教學(xué)，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引入實(shí)際問題的探究，通過與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的各種情景的設(shè)定，使學(xué)生準(zhǔn)確、快速地找到抓手解決問題，完成實(shí)驗(yàn)誤差分析和體驗(yàn)，促成科學(xué)探究的達(dá)成，有效地培養(yǎng)物理學(xué)科的核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：物理學(xué)科;核心素養(yǎng);科學(xué)探究;情景教學(xué);體驗(yàn)

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）15-0038-03

作者簡介：白亞君（1976-），女，河北人，本科，中學(xué)一級教師.研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué).

我國新一輪的課程改革，著重強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)，科學(xué)探究成為科學(xué)教學(xué)的主要目標(biāo)之一.近幾年的中高考改革在試題上更是逐漸體現(xiàn)出對學(xué)生自身綜合能力的考查，特別是中考改革中新增加的案例分析更是需要學(xué)生具備一定的科學(xué)探究和思維的能力，因此培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)基本的探究能力和習(xí)慣尤為重要.筆者以 “探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”一課為例，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式，在鉤碼質(zhì)量不斷增加，出現(xiàn)a-F圖像發(fā)生彎曲時，由學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題并運(yùn)用所學(xué)的知識和器材尋求解決問題的方式，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，形成一定的分析、處理能力，及培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，建構(gòu)學(xué)生的基本科學(xué)探究素養(yǎng).

1 創(chuàng)設(shè)經(jīng)驗(yàn)情景，發(fā)現(xiàn)物理問題，形成猜想與假設(shè)

1.1 生活中的啟示，看一看、說一說

視頻播放：十字路口紅燈變綠燈時各種類型車子啟動的場景，讓學(xué)生觀察不同車子啟動的快慢受什么因素的影響，并結(jié)合上一節(jié)學(xué)習(xí)的知識通過分析、猜想加速度與什么物理量有關(guān).學(xué)生會觀察到啟動的時候電瓶車和摩托車非?？?，說明運(yùn)動狀態(tài)改變快，加速度大;而公交車啟動很慢，說明運(yùn)動狀態(tài)改變慢，加速度小.

1.2 新舊知識銜接，想一想、推一推

通過前面一節(jié)牛頓第一定律的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠想到力是改變運(yùn)動狀態(tài)的原因，再結(jié)合描述物體運(yùn)動狀態(tài)改變的物理量是加速度，從而推斷出影響物體加速度大小的物理量是物體受到的力，但發(fā)現(xiàn)公交車啟動時的牽引力應(yīng)該大于電瓶車，為什么公交車啟動反而慢呢？學(xué)生帶著問題再次思考運(yùn)動狀態(tài)的改變的難易程度即慣性還與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量大的物體運(yùn)動狀態(tài)難改變，質(zhì)量越小的物體運(yùn)動狀態(tài)越容易改變，而電瓶車的質(zhì)量小于公交車，所以推斷出加速度應(yīng)該還與物體的質(zhì)量有關(guān).

1.3 運(yùn)用數(shù)學(xué)思維，猜一猜、列一列

數(shù)理結(jié)合是學(xué)好物理的關(guān)鍵，物理的規(guī)律都是構(gòu)建在一定的數(shù)學(xué)模型上的.經(jīng)過前面的觀察、推理，讓學(xué)生通過猜想構(gòu)建加速度與力和質(zhì)量之間關(guān)系的基本數(shù)學(xué)模型，依據(jù)牽引力越大運(yùn)動狀態(tài)改變越快，猜想出加速度與力可能是正比關(guān)系;依據(jù)公交車比電瓶車啟動慢，猜想加速度與質(zhì)量可能是反比關(guān)系，建構(gòu)出三者之間基本的數(shù)學(xué)關(guān)系，列出簡單的表達(dá)式，為后續(xù)的研究提供方向.

通過觀察情境提出問題是科學(xué)探究的前提，否則探究則無從談起.學(xué)生首先能夠通過質(zhì)疑形成問題，再進(jìn)一步地思考，就是對問題的成因進(jìn)行猜想，對問題的可能結(jié)果作出假設(shè).科學(xué)猜想并不是隨意的猜測，它是指能結(jié)合自己原有的知識和經(jīng)驗(yàn)，并依據(jù)所看、所想，對情境中觀察到的先行的成因或結(jié)果作出與之相關(guān)的假設(shè)并進(jìn)行解釋的過程.所以在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用自己原有的知識和經(jīng)驗(yàn)去審視所發(fā)現(xiàn)事實(shí)的意識，并提升學(xué)生觀察、分析新的事件，且在其中尋找與原有知識和經(jīng)驗(yàn)類型相似的特點(diǎn)和規(guī)律的能力，這將有助于學(xué)生物理探究的建構(gòu)，提升物理核心素養(yǎng).

2 體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)情景，進(jìn)行探究體驗(yàn)，激發(fā)對科學(xué)的好奇心和求知欲

“猜一猜”“列一列”的課堂體驗(yàn)，以生活中學(xué)生的真實(shí)感受導(dǎo)入，把以前學(xué)習(xí)的知識結(jié)合實(shí)際運(yùn)用到科學(xué)思維中，通過上述一系列活動，學(xué)生已經(jīng)做好了科學(xué)探究的準(zhǔn)備.接下來，教師引導(dǎo)“加速度與力和質(zhì)量都存在著關(guān)系，那么通過實(shí)驗(yàn)探究應(yīng)采用什么方法？怎樣利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材測定物體的加速度？怎樣分別改變物體所受的拉力和物體的質(zhì)量？”學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計、相關(guān)方案的制定，從中獲取并處理信息，并基于證據(jù)分析、論證而得出結(jié)論，同時對探究的過程及結(jié)果進(jìn)行分析、交流、反思、改進(jìn)等，從中體會科學(xué)規(guī)律的簡潔性和普適性，激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)奧秘的熱情.

實(shí)驗(yàn)探究：用控制變量法，分別改變物體受到的拉力和物體的質(zhì)量，研究加速度與兩者的關(guān)系，通過數(shù)據(jù)表格和圖像分析得出結(jié)論.要求：運(yùn)動的軌道要保持水平并盡量光滑，用鉤碼的重力作為拉動小車的動力，通過在小車上加配重片以改變小車質(zhì)量，用DIS的位移傳感器測定小車運(yùn)動的加速度.

2.1 實(shí)驗(yàn)一：質(zhì)量一定時，用DIS研究加速度與力的關(guān)系

步驟：（1）用天平測小車的質(zhì)量M.

（2）測鉤碼的重力（作為小車的拉力），每個鉤碼5g，一共4個.

（3）安裝傳感器，將細(xì)線連接小車，跨過滑輪系住小鉤碼，釋放小車測定加速度.

（4）將上述測得的數(shù)據(jù)記錄在表格中.

（5）保持小車質(zhì)量不變，改變鉤碼的個數(shù)重復(fù)實(shí)驗(yàn).

（6）處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出a-F圖像（如圖1）.

2.2 實(shí)驗(yàn)二：拉力一定時，用DIS研究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系

步驟：（1）測鉤碼的重力（作為小車的拉力），只懸掛一個鉤碼.

（2）用天平測小車的質(zhì)量M，每個配重片的質(zhì)量為50g，一共4個.

（3）安裝傳感器，將細(xì)線連接小車，跨過滑輪系住小鉤碼，釋放小車測定加速度.

（4）將上述測得的數(shù)據(jù)記錄在表格中.

（5）保持F不變，改變小車的質(zhì)量（在小車上逐一添加配重片）重復(fù)實(shí)驗(yàn).

（6）處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出a-m圖像（如圖2）.

學(xué)生討論：得到a-m圖像能否驗(yàn)證之前加速度與質(zhì)量的關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生畫出a-1/m圖像進(jìn)行驗(yàn)證（如圖3）.

3 組織交流情景，鍛煉獨(dú)立思維，增強(qiáng)協(xié)同意識與合作精神

學(xué)生活動：通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖像分析得出結(jié)論.

學(xué)生通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和對圖像的解讀，在之前實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用控制變量的描述方法，總結(jié)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而完成對之前猜想的驗(yàn)證.結(jié)論的總結(jié)可以通過學(xué)生以個體為單位，其他學(xué)生補(bǔ)充;或以小組為單位，通過組內(nèi)討論，形成比較完善的表述后，再派代表來陳述.學(xué)生在總結(jié)的同時，通過交流、討論，獲得最嚴(yán)密、最完善的結(jié)論.

4 創(chuàng)設(shè)實(shí)際情境，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和求實(shí)精神

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的精神是科學(xué)進(jìn)步和發(fā)展的必要條件，而有些物理實(shí)驗(yàn)都是在一定的近似條件下才得出的結(jié)論，當(dāng)條件變化時往往就不再符合既定的規(guī)律了，這也是數(shù)學(xué)公式和物理規(guī)律最本質(zhì)的區(qū)別，物理規(guī)律只有在一定的條件下才能符合數(shù)學(xué)的規(guī)律關(guān)系.本實(shí)驗(yàn)在前面老師只給了學(xué)生4個小鉤碼，現(xiàn)在讓學(xué)生兩組合在一起做實(shí)驗(yàn)，每組再加5個鉤碼，再次測量物體質(zhì)量不變時加速度與力的關(guān)系，因?yàn)镈IS軟件的圖像擬合默認(rèn)是直線，所以教師教學(xué)生用Excel表格來畫圖像，更能反映真實(shí)情況.學(xué)生做的圖像如圖4所示.這時發(fā)現(xiàn)在拉力較大的情況下，圖像不再是完美的直線，而是發(fā)生了彎曲.組織學(xué)生討論圖線彎曲的原因，是不是說明加速度與力不再成正比了？這也就是物理學(xué)中實(shí)驗(yàn)的一個非常重要的部分——誤差討論.

引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)的原理出發(fā)分析原因：首先在前面實(shí)驗(yàn)時，我們是將鉤碼的重力直接作為拉動小車運(yùn)動的拉力了，那么這兩個力真的相等嗎？如果不相等，問題在哪里？為什么之前鉤碼重力比較小時結(jié)論是成立的，而鉤碼重力變大時就不成立了？如果找到誤差的原因，我們能不能將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，使誤差減?。?/p>

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，而物理實(shí)驗(yàn)更有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的精神.所以，實(shí)驗(yàn)的過程中更要讓學(xué)生深深地感悟到嚴(yán)謹(jǐn)和求實(shí)的重要性，引領(lǐng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中如實(shí)記錄、客觀對待所獲取的數(shù)據(jù)，并遵循基本的學(xué)術(shù)道德規(guī)范.只有尊重事實(shí)，才能發(fā)現(xiàn)問題，真正找到解決問題的辦法.

5 問題解決，促進(jìn)物理核心素養(yǎng)的達(dá)成

發(fā)現(xiàn)問題的目的是為了最后解決問題，同學(xué)通過對原理的分析，發(fā)現(xiàn)鉤碼拉動小車加速運(yùn)動時，鉤碼自己也在加速，實(shí)際上鉤碼的重力使車和鉤碼都沿繩產(chǎn)生了加速度.所以實(shí)際上：mg=（m+M）a，而我們之前列的關(guān)系式是mg=Ma，發(fā)現(xiàn)兩者在mM的時候是沒有太大差別的，也就是接近正比關(guān)系，但是當(dāng)m逐漸增大時，m不能再被忽略掉，就出現(xiàn)了偏離正比的曲線.同學(xué)們通過對于上述誤差的分析，借用實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有設(shè)備，發(fā)現(xiàn)只要能直接測出拉動小車加速運(yùn)動的力，所有的問題就會迎刃而解了.而實(shí)驗(yàn)室中剛好有可以測量拉力的傳感器，如果將傳感器連接在小車和鉤碼之間的細(xì)線上，或者是傳統(tǒng)一點(diǎn)，在細(xì)線和鉤碼之間加一個彈簧秤，直接測出拉動小車的力就可以了（如圖5）.學(xué)生找到問題、解決問題，再次嘗試，最后得出了理想的、不受鉤碼重力大小限制的直線，同時也對前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行了完善，加入mM的成立條件，圓滿地達(dá)成了科學(xué)探究素養(yǎng)的目標(biāo).

科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，應(yīng)該滲透在整個物理教學(xué)過程中.無論是物理知識的教學(xué)，還是物理問題的解決，都應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并依據(jù)問題收集和選擇相關(guān)的信息，通過證據(jù)、運(yùn)用邏輯，對問題給出合理的解釋，準(zhǔn)確地表述問題解決的過程和得出的結(jié)果.學(xué)生能力的提升與發(fā)展，是與他們在學(xué)習(xí)中的行為緊密聯(lián)系的.要想提升和發(fā)展某種能力，就必須經(jīng)歷與之相關(guān)的過程.要使學(xué)生發(fā)展科學(xué)探究能力，就必須在教學(xué)過程中讓學(xué)生經(jīng)歷問題的發(fā)現(xiàn)與提出的過程，實(shí)施證據(jù)收集和解釋的行為，經(jīng)歷表述解決問題的過程，教學(xué)設(shè)計要融入情境設(shè)計，讓學(xué)生能親身感受，真正實(shí)現(xiàn)把培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的目標(biāo)落實(shí)到學(xué)生探究的行為上，很好地促進(jìn)了物理核心素養(yǎng)的達(dá)成.

6 結(jié)束語

科學(xué)探究是人們認(rèn)識和了解自然，并從中獲取知識的主要方式，更是學(xué)生學(xué)習(xí)自然科學(xué)的一種重要方法.它是對學(xué)生的一種綜合的、關(guān)鍵的科學(xué)能力和素養(yǎng)的培養(yǎng).在探究的環(huán)節(jié)中融入情景教學(xué)，能讓學(xué)生迅速地進(jìn)入情境、獲取信息、發(fā)現(xiàn)問題，讓學(xué)生獲得探究的抓手，教師在旁引導(dǎo)、輔助，設(shè)計好需要的情境，為學(xué)生提供施展的舞臺，可以高效地促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的達(dá)成.

參考文獻(xiàn)：

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[3]董超.物理學(xué)科素養(yǎng)在中學(xué)物理課堂教學(xué)中的體現(xiàn)——以測量勻變速直線運(yùn)動的速度與加速度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例[J].中學(xué)物理，2019，37（15）：19-21.

（收稿日期：2021-04-28）