李 偉
(1.江蘇省南京市江北新區(qū)玉帶實(shí)驗(yàn)學(xué)校,江蘇 南京 210001;)2.南京物理教師成長(zhǎng)共同體,江蘇 南京 210011)
學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程是思維能力提升的過(guò)程,如果教學(xué)中沒(méi)有學(xué)生思維的積極投入,學(xué)生只是被動(dòng)接受知識(shí),這種灌輸、填鴨式的教學(xué)培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生思維具有極強(qiáng)的惰性,只知“嗟來(lái)食”卻不知主動(dòng)“覓食”。為使學(xué)生的思維真正發(fā)生、發(fā)展,必須遵循學(xué)生思維邏輯順序,即所謂的“鏈?zhǔn)剿季S”,它發(fā)源于問(wèn)題,聚焦于推理,顯化于過(guò)程,這樣才能提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。
初中物理深度學(xué)習(xí)是在教師引領(lǐng)下,學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題,全身心積極參與,以生活真實(shí)情境和物理實(shí)驗(yàn)為載體進(jìn)行探究活動(dòng),形成物理觀念,運(yùn)用模型建構(gòu)與推理論證等思維方法,解決問(wèn)題,體驗(yàn)成功,在物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面獲得提升,使學(xué)生成為具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的學(xué)習(xí)者。
利用任務(wù)驅(qū)動(dòng),讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中獲得體驗(yàn),在問(wèn)題解決的過(guò)程中層層遞進(jìn),逐步進(jìn)階,自主獲取知識(shí),提高思維能力。教學(xué)設(shè)計(jì)要在核心素養(yǎng)理念指導(dǎo)下,做到“引起”“維持”“促進(jìn)”,真正提升學(xué)生的思維能力,其教學(xué)流程如圖1所示。
圖1
師:請(qǐng)同學(xué)們?yōu)g覽教材的章導(dǎo)圖(圖2),圖中最能引起你關(guān)注的是哪幾個(gè)詞?
圖2
生1:運(yùn)動(dòng)。
生2:物體。
生3:相互作用。
生4:力。
師:宇宙中的天體、地球上的空氣、水以及動(dòng)物和人,乃至微觀粒子,它們的運(yùn)動(dòng)變化都離不開一種作用,這種作用是什么?就是力(在黑板中央寫一個(gè)大大的“力”字,聚焦本節(jié)課主題)。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)提出開放性問(wèn)題,把章標(biāo)題“第八章 力”及節(jié)標(biāo)題等展示給學(xué)生,無(wú)論學(xué)生關(guān)注其中的哪幾個(gè)詞,都將給接下來(lái)的教學(xué)過(guò)程帶來(lái)不同側(cè)重、不同指向的開端,在此基礎(chǔ)上自然提出不同的任務(wù)來(lái)驅(qū)動(dòng)接下來(lái)的深度學(xué)習(xí)。
活動(dòng)一:同桌之間掰手腕
師:掰手腕時(shí)有什么感覺?感受到力的存在了嗎?
生:手很酸,費(fèi)勁。
師:生活中我們常常通過(guò)肌肉緊張感知力的存在,大家對(duì)力都不陌生,你能否舉出更多例子說(shuō)明力的存在?
學(xué)生紛紛發(fā)言,說(shuō)出生活中存在力的實(shí)例,教師板書。
人 推 門
手 拉 物體
手 壓 桌子
運(yùn)動(dòng)員 舉 杠鈴
腳 踢 球
人 擦 黑板
手 托 課本
錘 砸 石頭
狗 咬 球
磁體 吸引 鐵
電荷 排斥 電荷
師:同學(xué)們對(duì)力的例子知道很多,對(duì)力有一定的認(rèn)識(shí)。上述這些實(shí)例中有哪些共同之處?有哪些不同之處?
生1:左右兩邊都是人或者動(dòng)物,也可以是物體。
生2:中間是不同的動(dòng)詞,如推、拉、舉、壓、托、踢、撞、摩、擦、引、吸、斥、咬、砸……
師:請(qǐng)?jiān)囍鴮⑸鲜龈鞑幌嗤膭?dòng)詞進(jìn)行歸納,用什么表述呢?
生:作用。
師:這些動(dòng)詞都表示“作用”,現(xiàn)在你們能表述什么是力嗎?
生:力是物體對(duì)物體的作用。
接著介紹力的符號(hào)(F)、單位(N),用手托起2個(gè)雞蛋的力約為1 N,每組有兩只煮熟的雞蛋,讓學(xué)生體驗(yàn)1 N的力。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)掰手腕感知力的存在,讓學(xué)生列舉力存在的實(shí)例,引導(dǎo)學(xué)生歸納得出力的概念,緊接著介紹力的符號(hào)和單位,體驗(yàn)1 N力的大小。初中生已有一定生活經(jīng)驗(yàn),對(duì)新事物充滿好奇,探索未知領(lǐng)域的欲望強(qiáng)烈。利用身邊的物品現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn),可使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生活中處處有物理。
活動(dòng)二:拉一拉,壓一壓
師:請(qǐng)同學(xué)們用橡皮筋、彈簧、氣球等器材動(dòng)手操作,改變它們的形狀,拉一拉、壓一壓(圖3),使物體發(fā)生彈性形變的同時(shí),你的手有什么感覺?
圖3
生:感覺受到力的作用。
師:力能使物體發(fā)生形變,物體發(fā)生形變能不能產(chǎn)生力呢?
生:感覺到橡皮筋對(duì)手有拉力,氣球?qū)κ钟袎毫Α?/p>
教:誰(shuí)施加了力?方向如何?
生:橡皮筋、彈簧、氣球等對(duì)手施加了力,力的方向與這些物體發(fā)生形變的方向相反。
教師總結(jié)并板書:物理學(xué)上把物體由于彈性形變而產(chǎn)生的力叫作彈力。
活動(dòng)三:比一比,誰(shuí)的力氣大
請(qǐng)力氣大的同學(xué)上臺(tái)演示,他費(fèi)力地將彈簧拉力器拉開,此時(shí)老師鼓勵(lì)該同學(xué)將彈簧拉力器拉得更開一些,并追問(wèn)他此時(shí)的感受,這說(shuō)明了什么?
生1:拉得越長(zhǎng),就越費(fèi)力,越累。
生2:形變?cè)酱?,需要的力就越大?/p>
師:這個(gè)力就是彈力,有什么特點(diǎn)?
生:彈簧彈性形變?cè)酱?,彈簧?duì)手的拉力越大。
師:由此可見,物體發(fā)生的彈性形變?cè)酱?,物體產(chǎn)生的彈力也越大。
設(shè)計(jì)意圖:利用身邊的物品感知彈性形變,感受彈力的存在,用學(xué)生熟悉的彈簧拉力器創(chuàng)設(shè)真實(shí)物理情境,讓學(xué)生感受彈力的大小,認(rèn)識(shí)到力能使物體發(fā)生彈性形變,發(fā)生彈性形變的物體能產(chǎn)生彈力,感知彈力大小與彈性形變大小有關(guān),通過(guò)問(wèn)題引出“探究彈性形變程度與彈力大小關(guān)系”的課題。
活動(dòng)四:探究彈簧的伸長(zhǎng)量與外力大小關(guān)系
師:彈簧的伸長(zhǎng)量與外力有什么關(guān)系呢?你打算如何探究?需要什么幫助?
生1:我不知道具體力的大小如何表示。
生2:怎么標(biāo)記?
師:測(cè)量就是用公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)與被測(cè)量的量進(jìn)行比較,前提是選好公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn),如何確定這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)呢?掛1只50 g鉤碼,彈簧受到的拉力約為0.5 N。
教師介紹實(shí)驗(yàn)的器材(圖4),學(xué)生2人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
圖4
師:怎樣標(biāo)注彈簧伸長(zhǎng)量?
學(xué)生討論后回答:可以先不掛任何鉤碼,這時(shí)指針位置標(biāo)注為0 N,掛一只鉤碼,標(biāo)注0.5 N,依次類推。
教師提示:標(biāo)注時(shí)應(yīng)該確定標(biāo)準(zhǔn)和起始位置,每次都用紅色指針?biāo)傅奈恢脼闃?biāo)注點(diǎn),可以將不同顏色的橡皮筋綁在支架上標(biāo)注相應(yīng)位置。
學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),教師巡視指導(dǎo),大部分學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后展示。
師:請(qǐng)大家觀察你們的作品,標(biāo)注好的刻度有什么特點(diǎn)?
生:刻度分布比較均勻。
教師:猜想一下彈簧伸長(zhǎng)量與外力大小可能有什么關(guān)系?
生:彈簧伸長(zhǎng)量與外力大小成正比。
師:你們得出這樣的結(jié)論依據(jù)是什么?
學(xué)生:彈簧伸長(zhǎng)量隨著拉力均勻增加而均勻增加。
教師接著演示,6個(gè)相同的彈簧以相等間距掛在鐵架上,從左到右依次掛上0、1、2、3、4、5只50 g的鉤碼(圖5)。
圖5
師:觀察圖5中彈簧下端紅色指針的位置,你能得到什么信息?
生1:所掛鉤碼只數(shù)越多,彈簧的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。
生2:似乎紅色指針在同一傾斜的直線上。
師:如果以最左邊彈簧的下端為原點(diǎn)建立坐標(biāo)軸,x軸代表彈簧所受拉力的大小(圖6),y軸可以代表哪個(gè)物理量?
圖6
生:掛鉤碼后彈簧的長(zhǎng)度減去彈簧的原長(zhǎng)就可以得到彈簧的伸長(zhǎng)量,豎直方向以原長(zhǎng)為起點(diǎn)就代表彈簧的伸長(zhǎng)量。
師:繼續(xù)觀察鉤碼的位置,6個(gè)彈簧的下端在排布上有什么規(guī)律?彈簧的伸長(zhǎng)量與拉力大小可能存在什么關(guān)系?將圖6旋轉(zhuǎn)90°(圖7),彈簧的伸長(zhǎng)量與拉力大小可能存在什么關(guān)系?
圖7
生:二者成正比!因?yàn)檫@個(gè)圖線是經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線,是正比例函數(shù)圖線。
師:彈簧的伸長(zhǎng)量與所受外力大小成正比,那么彈簧上能無(wú)限地掛鉤碼嗎?理由是什么?
生1:不能,支架不夠高,彈簧伸長(zhǎng)到一定程度就碰到地面了。
師:你們認(rèn)可他的觀點(diǎn)嗎?
生2:我不贊成,可以把支架放高一點(diǎn),就算支架很高,超過(guò)一定范圍彈簧就變成鐵絲了,不能恢復(fù)原來(lái)形狀了。
師:彈簧發(fā)生彈性形變有一個(gè)范圍叫作彈性限度,超過(guò)彈性限度,彈簧就發(fā)生范性形變了,所以不能超過(guò)彈性限度。那么剛才的結(jié)論應(yīng)該如何修正才能變得更加科學(xué)?
生:在彈簧的彈性限度內(nèi),彈簧的伸長(zhǎng)量與所受外力大小成正比。
設(shè)計(jì)意圖:在探究彈簧的伸長(zhǎng)量與外力關(guān)系的過(guò)程中,通過(guò)希沃同屏所拍攝的照片,引導(dǎo)學(xué)生猜想伸長(zhǎng)量與外力的定量關(guān)系,通過(guò)描點(diǎn)、繪圖,驗(yàn)證學(xué)生猜想,體會(huì)數(shù)形結(jié)合方法的重要作用。
活動(dòng)五:自制彈簧測(cè)力計(jì)
師:前面已經(jīng)知道用手托起兩個(gè)雞蛋的力約為1 N,具體是多大呢?你們能利用所學(xué)知識(shí)自制一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)測(cè)量托起2個(gè)雞蛋的力到底是多大嗎?剛才同學(xué)們已經(jīng)利用手邊器材盒里的鉤碼給彈簧標(biāo)注刻度了,這樣就制成了一個(gè)測(cè)量力的裝置,其主要結(jié)構(gòu)是彈簧,這個(gè)裝置叫作彈簧測(cè)力計(jì)。觀察你自己制作的彈簧測(cè)力計(jì)的量程和分度值,用手拉一拉,體驗(yàn)拉力為1 N、3 N時(shí)手的感受,再用你自制的彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量?jī)芍浑u蛋拉彈簧的力是多少牛頓。
學(xué)生分組測(cè)量并嘗試讀數(shù),教師巡視指導(dǎo),拍照投影在大屏幕上。
師:你們發(fā)現(xiàn)了什么?這個(gè)力具體是多大?
生:指針并不恰好在刻度線上,無(wú)法準(zhǔn)確讀數(shù)。
師:指針位置并不恰好在標(biāo)線處怎么辦?
生:可以將彈簧測(cè)力兩個(gè)刻度之間的間隔均分,提高它的精確度。我們可以進(jìn)一步將1 N分成10等分,那么分度值就變成了0.1 N。
師:除了這個(gè)問(wèn)題,你們還發(fā)現(xiàn)有哪些可以改進(jìn)的地方?
學(xué)生交流討論后匯報(bào),并針對(duì)自制彈簧測(cè)力計(jì)不足之處提出改進(jìn)建議。
生1:彈簧沒(méi)有固定,容易掉下來(lái)。
生2:彈簧與支架間有摩擦。
生3:彈簧測(cè)力計(jì)量程只有3 N,不太實(shí)用。
生4:只能測(cè)量豎直方向的拉力。
師:請(qǐng)同學(xué)們拿出彈簧測(cè)力計(jì),對(duì)比你們自制的測(cè)力計(jì),看看還有什么不同之處?
學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)室中的彈簧測(cè)力計(jì)構(gòu)造,與自制彈簧測(cè)力對(duì)比,對(duì)照課本上彈簧測(cè)力計(jì)的實(shí)物圖,將每個(gè)部件的名稱和自制的彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)。
設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生利用自制彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量?jī)芍浑u蛋拉彈簧的力,不能精確讀數(shù),由于實(shí)驗(yàn)室中彈簧測(cè)力計(jì)的分度值更小,能夠比較精確地測(cè)出兩只雞蛋所受的重力。通過(guò)階梯式任務(wù)驅(qū)動(dòng),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展。
板書設(shè)計(jì)如圖8所示,利用問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考,邊教邊完善思維導(dǎo)圖,幫助學(xué)生梳理知識(shí),引導(dǎo)學(xué)生建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。在板書設(shè)計(jì)時(shí)留下一些空白,學(xué)生在回顧梳理時(shí)逐一在黑板上填寫。
圖8
在初中物理教學(xué)中要想讓學(xué)生思維能力的提升真正落地生根,需要教師在平時(shí)的備課中遵循學(xué)生的學(xué)習(xí)邏輯,創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,層層遞進(jìn)地設(shè)計(jì)問(wèn)題串,幫助學(xué)生逐步深入學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階,培養(yǎng)其科學(xué)態(tài)度與責(zé)任,逐步提升他們的核心素養(yǎng)。
本文以彈簧測(cè)力計(jì)的教學(xué)為例,采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式,探究彈簧伸長(zhǎng)量與外力關(guān)系,從定性到定量,引導(dǎo)學(xué)生分析對(duì)策,一步步改進(jìn)、完善裝置,最終趨于成熟,體驗(yàn)成功的快樂(lè)。此過(guò)程中引發(fā)的思考與探究必將成為學(xué)生自我提高的鑰匙,促使他們?nèi)ゴ蜷_通往未來(lái)的大門。