胡惠琪 劉健智 姚寒青

摘 要：為全面發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)，基于“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的金課標(biāo)準(zhǔn)，利用深度教學(xué)的“U型學(xué)習(xí)”理論，在進(jìn)行教材分析和學(xué)情分析后，設(shè)定了“共點(diǎn)力的平衡”的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)及教學(xué)過(guò)程。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：①利用生活用品自制教具與實(shí)驗(yàn)儀器，采用“幾何畫(huà)板”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，改進(jìn)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法;②改造教學(xué)內(nèi)容，突出物理規(guī)律的探究過(guò)程;③采用“遞進(jìn)的探究式教學(xué)”，遵循從易到難、從現(xiàn)象到本質(zhì)的探究式教學(xué)規(guī)律。

關(guān)鍵詞：共點(diǎn)力;平衡條件;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);幾何畫(huà)板;教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2022）3-0033-5

“共點(diǎn)力的平衡”是新人教版高中物理必修一“相互作用——力”單元中的一節(jié)課[1]，授課對(duì)象為高一學(xué)生，主要內(nèi)容為由二力平衡條件推導(dǎo)出多力平衡條件，即合力為零，再解決生活中有關(guān)平衡的問(wèn)題。該節(jié)課是學(xué)生初步形成運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念的重要一節(jié)，但僅憑教材中簡(jiǎn)單的理論推導(dǎo)，學(xué)生無(wú)法形成深刻的物理觀念，更不能解決實(shí)際平衡問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)比理論教學(xué)更有利于學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)科學(xué)的知識(shí)體系，幫助學(xué)生得到科學(xué)探究能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[2]。為了全面發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，可在理論推導(dǎo)得出“多力平衡條件是合力為零”的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證推導(dǎo)結(jié)論。此外，為了培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)素養(yǎng)，利用幾何畫(huà)板作力的圖示，并進(jìn)行力的合成，有助于在減小實(shí)驗(yàn)誤差的基礎(chǔ)上，極大地縮短數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。本文基于“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”這一金課標(biāo)準(zhǔn)[3]，在進(jìn)行教材、學(xué)情分析后，設(shè)定了本課的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)及教學(xué)過(guò)程。

1? ? 教材分析

1.1? ? 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

能用共點(diǎn)力的平衡條件分析生產(chǎn)生活中的問(wèn)題[4]。

1.2? ? 本內(nèi)容在物理知識(shí)體系中的地位

本節(jié)是物理規(guī)律應(yīng)用課，即探究物體在共點(diǎn)力作用下保持平衡狀態(tài)的條件，并在利用共點(diǎn)力平衡的條件解決問(wèn)題時(shí)，綜合應(yīng)用三種性質(zhì)力、牛頓第三定律、力的合成和分解等知識(shí)。本節(jié)內(nèi)容首次將力學(xué)問(wèn)題與運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，讓學(xué)生初步形成“運(yùn)動(dòng)與相互作用”的物理觀念，是學(xué)習(xí)下一章“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”的重要基礎(chǔ)，因此具有承前啟后的作用。

1.3? ? 教材內(nèi)容與體系安排

教材首先從合力的角度推導(dǎo)出二力平衡的條件;然后，通過(guò)問(wèn)題拓展到物體受多個(gè)共點(diǎn)力作用的情況;再啟發(fā)學(xué)生利用力的合成將多力平衡的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二力平衡問(wèn)題，從而推導(dǎo)出結(jié)論，即在共點(diǎn)力作用下，物體平衡的條件是合力為零;最后，通過(guò)兩道例題，展示如何運(yùn)用共點(diǎn)力平衡的條件解決問(wèn)題，其中涉及到合成法、分解法與正交分解法。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，不僅能幫助學(xué)生應(yīng)用已學(xué)的物理規(guī)律，而且能加強(qiáng)學(xué)生“運(yùn)動(dòng)與相互作用”的物理觀念，為“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”一章的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2? ? 學(xué)情分析

2.1? ? 認(rèn)知層面

學(xué)生已經(jīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)和力有一定的認(rèn)識(shí)，生活中也有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)及體會(huì)，并且具備一些對(duì)解決生產(chǎn)生活中問(wèn)題的認(rèn)知，但仍需要熟悉強(qiáng)化。

2.2? ? 知識(shí)層面

掌握了二力平衡的條件、三種性質(zhì)力、力的合成與分解、牛頓第三定律等基本力學(xué)知識(shí)。

2.3? ? 能力層面

學(xué)生已經(jīng)具備了一定的觀察分析、類(lèi)比推理、模型構(gòu)建以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等能力，有自己的一套科學(xué)探究的思路，但仍需要在實(shí)踐中加強(qiáng)。

3? ? 教學(xué)目標(biāo)

3.1? ? 物理觀念

通過(guò)下列知識(shí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，初步形成運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念：

（1）學(xué)生建立共點(diǎn)力及平衡的概念，知道共點(diǎn)力作用下物體的平衡狀態(tài)。

（2）學(xué)生掌握共點(diǎn)力作用下物體平衡的條件，并能用此分析生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題。

（3）學(xué)生通過(guò)具體的平衡現(xiàn)象，滲透運(yùn)動(dòng)及相互作用觀念。

3.2? ? 科學(xué)思維

（1）學(xué)生通過(guò)探究多力平衡的條件，得到等效替代、類(lèi)比推理等科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。

（2）學(xué)生通過(guò)解釋生產(chǎn)生活中的平衡現(xiàn)象，得到構(gòu)建物理模型的科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。

3.3? ? 科學(xué)探究

（1）學(xué)生設(shè)計(jì)探究三力平衡條件的實(shí)驗(yàn)方案，得到方案設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作等能力的培養(yǎng)。

（2）學(xué)生能解釋生產(chǎn)生活實(shí)際中的平衡現(xiàn)象，得到解釋交流等能力的培養(yǎng)。

3.4? ? 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

（1）學(xué)生通過(guò)小組間相互交流討論解決問(wèn)題，得到小組合作探究的意識(shí)以及團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)。

（2）學(xué)生通過(guò)生活中奇妙的平衡現(xiàn)象，體會(huì)物理源于生活，并用于生活，提升探索興趣。

（3）學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究靜止和勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下共點(diǎn)力平衡的條件，體會(huì)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

4? ? 教學(xué)重難點(diǎn)

（1）教學(xué)重點(diǎn)：探究物體在共點(diǎn)力作用下保持平衡的條件，并用此條件解決實(shí)際問(wèn)題。

（2）教學(xué)難點(diǎn)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究物體在三個(gè)共點(diǎn)力作用下平衡的條件。

5? ? 教法與學(xué)法

（1）教法：講授法、演示法、實(shí)驗(yàn)法。

（2）學(xué)法：觀察法、討論法、自主學(xué)習(xí)法。

6? ? 教學(xué)流程（圖1）

7? ? 教學(xué)過(guò)程（表1）

8? ? 板書(shū)設(shè)計(jì)（圖17）

9? ? 教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)

本教學(xué)設(shè)計(jì)緊密?chē)@“培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力”這一教學(xué)目標(biāo)，發(fā)展全體學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，在教具、教學(xué)內(nèi)容、教法三方面進(jìn)行了創(chuàng)新，具體說(shuō)明如下：

9.1? ? 教具創(chuàng)新——做促進(jìn)學(xué)生理解知識(shí)的教具

（1）利用生活中常見(jiàn)的物品，設(shè)計(jì)一個(gè)趣味演示實(shí)驗(yàn)，通過(guò)學(xué)生對(duì)傾斜拉著水杯的繩子為何會(huì)先斷的猜想，引出探究主題——共點(diǎn)力平衡的條件，并利用探究結(jié)論解釋演示實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，做到首尾呼應(yīng)，使學(xué)生對(duì)新知識(shí)印象更深刻。

（2）本節(jié)教材沒(méi)有實(shí)驗(yàn)，且僅在理論層面上從二力平衡的條件直接推導(dǎo)出多力平衡的條件，知識(shí)跨度較大，學(xué)生不易理解。因此，該教學(xué)設(shè)計(jì)從三力平衡開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生利用自制的簡(jiǎn)易道具設(shè)計(jì)探究方案，得出三力平衡的條件，再進(jìn)行知識(shí)和方法的遷移，得出多力平衡的條件。再者，由于傳統(tǒng)的力的合成實(shí)驗(yàn)存在較大的作圖誤差，為了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，該教學(xué)設(shè)計(jì)利用信息技術(shù)手段，將實(shí)驗(yàn)畫(huà)面拍照上傳到幾何畫(huà)板來(lái)作力的圖示并進(jìn)行力的合成，較好地減小了實(shí)驗(yàn)誤差。

（3）由于學(xué)生不了解處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體的受力情況，因此，該教學(xué)設(shè)計(jì)中還展示了一個(gè)實(shí)驗(yàn)視頻，用以說(shuō)明物體在勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的受力情況與靜止時(shí)一致，從而完整地證明了處于平衡狀態(tài)（靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）的物體合力為零，在提高學(xué)生科學(xué)探究能力的同時(shí)，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

9.2? ? 內(nèi)容改造——做重點(diǎn)突出的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本節(jié)課屬于物理規(guī)律應(yīng)用課，需要學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用基礎(chǔ)的力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等知識(shí)，得出共點(diǎn)力平衡的條件，并用此解釋與平衡有關(guān)的現(xiàn)象。但是，應(yīng)用的前提是牢固的理論基礎(chǔ)，而許多關(guān)于本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，多為習(xí)題課，在學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)不牢的情況下，急于讓學(xué)生應(yīng)用知識(shí)，效果欠佳。因此，本節(jié)課的重點(diǎn)在于從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)層面，探究出共點(diǎn)力平衡的條件，再解決與平衡有關(guān)的問(wèn)題。

9.3? ? 教法創(chuàng)新——做教會(huì)探究新知的物理課堂

本教學(xué)設(shè)計(jì)采用“遞進(jìn)的探究式教學(xué)”，遵循從易到難、從現(xiàn)象到本質(zhì)的探究式教學(xué)規(guī)律，讓學(xué)生逐步進(jìn)行知識(shí)層面和方法層面的遷移，最后順利歸納出共點(diǎn)力平衡的條件。這種教學(xué)方法符合“深度教學(xué)”所推崇的“U型學(xué)習(xí)”理論[5]，讓學(xué)生在真實(shí)的生活情境中，將書(shū)本知識(shí)還原為“經(jīng)驗(yàn)”，建立起書(shū)本知識(shí)與個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系，再通過(guò)探究過(guò)程進(jìn)行知識(shí)的自我加工，形成深刻的理解，從而得到物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，讓學(xué)生感受到探索新知、創(chuàng)新創(chuàng)造的魅力。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中教科書(shū)物理必修第一冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2019： 76-79.

[2]熊宏齊.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)助推理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合改革與創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2020， 37（05）： 1-4，16.

[3]李孟軍，楊克巍，趙青松，等.本科教育課程質(zhì)量建設(shè)的新視角——“金課”的開(kāi)放性要求及閉環(huán)運(yùn)行機(jī)制[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2019，42（03）：18-21.

[4]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：12.

[5]郭元祥.論深度教學(xué)：源起、基礎(chǔ)與理念[J].教育研究與實(shí)驗(yàn)，2017，36（03）：1-11.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）