蔡瓊娜

［摘 要］在“探究形變與彈力的關(guān)系”的課堂教學(xué)中，通過自制教具、創(chuàng)設(shè)貼近實(shí)際生活的真實(shí)情境，將物理問題生活化、可視化，以增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)，讓學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)、思考、討論、總結(jié)中形成物理觀念，并培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］生活情境；可視情境；體驗(yàn)式教學(xué)

［中圖分類號(hào)］ ? ?G633.7 ? ? ? ?［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號(hào)］ ? ?1674-6058（2023）02-0067-03

《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》（國(guó)辦發(fā)〔2019〕29號(hào)）提出要深化課堂教學(xué)改革，“強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作”“認(rèn)真開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)”“積極探索基于情境、問題導(dǎo)向的互動(dòng)式、啟發(fā)式、探究式、體驗(yàn)式等課堂教學(xué)”，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)掌握各學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能、基本方法，培養(yǎng)適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。

在“探究形變與彈力的關(guān)系”的教學(xué)中，筆者帶著“如何更好地幫助學(xué)生形成物理觀念，培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)”這個(gè)問題，嘗試設(shè)計(jì)多種課堂體驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生在真實(shí)的課堂體驗(yàn)活動(dòng)中認(rèn)識(shí)形變與彈力。

一、重現(xiàn)生活情境，體驗(yàn)形變

【問題1】在初中，我們知道物體在力的作用下形狀發(fā)生改變，稱之為“形變”，是不是所有物體的形變都可以直接看得到？

教具：彈簧、橡皮筋、橡皮泥、泡沫棉、鐵線、礦泉水瓶、微小形變演示裝置［自制光線“放大”裝置（如圖1）、自制玻璃瓶形變“放大”裝置（如圖2）］。

［生活情境］展示生活中常見的能發(fā)生明顯形變的物品（彈簧、橡皮筋、橡皮泥、泡沫棉、鐵線）。

教師把手放在講臺(tái)上用力壓，然后提問：講臺(tái)面有沒有發(fā)生形變？

讓學(xué)生自己體驗(yàn)用最大的力壓桌面，觀察桌面是否會(huì)形變。學(xué)生體驗(yàn)、觀察后，發(fā)現(xiàn)看不到形變。

［實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)1］體驗(yàn)桌面的微小形變。

教師介紹自制光線“放大”裝置的原理（如圖3），并邀請(qǐng)學(xué)生體驗(yàn)光線“放大”實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生按壓放有自制光線“放大”裝置的桌面，體驗(yàn)桌面形變（光斑移動(dòng)）。

教師：桌面受到力的作用，也會(huì)發(fā)生形變，只是形變不明顯，我們稱之為“微小形變”，需要通過特殊裝置“放大”才能看出來。

［生活情境2］體驗(yàn)玻璃瓶的微小形變。

教師向?qū)W生展示按壓礦泉水瓶和玻璃瓶，并引導(dǎo)學(xué)生觀察：礦泉水瓶和玻璃瓶是否都發(fā)生形變。

學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶可明顯看到形變，玻璃瓶沒有明顯形變，但結(jié)合桌面形變，學(xué)生可以猜出玻璃瓶也發(fā)生了形變。

教師：如何觀察玻璃瓶的形變？

學(xué)生討論、分享自己的想法。

［實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)2］體驗(yàn)玻璃瓶的微小形變。

教師介紹自制玻璃瓶形變“放大”裝置的原理，邀請(qǐng)學(xué)生操作體驗(yàn)。

學(xué)生按壓裝有形變“放大”裝置的玻璃瓶，體驗(yàn)玻璃瓶形變。

教師（小結(jié)）：物體受到外力作用后會(huì)發(fā)生形變。在外力撤走后，有些物體的形變會(huì)恢復(fù)原狀，這種形變稱為“彈性形變”；有些物體的形變不能恢復(fù)原狀，這種形變稱為“非彈性形變（或塑性形變）”。

【問題2】物體的彈性形變有沒有限度？

教具：實(shí)驗(yàn)室里好的彈簧測(cè)力計(jì)和損壞的彈簧測(cè)力計(jì)。

［生活情境3］展示好的彈簧測(cè)力計(jì)和損壞的彈簧測(cè)力計(jì)。

學(xué)生觀看，思考彈簧為什么不能恢復(fù)原狀？

教師（小結(jié)）：外力使彈簧發(fā)生彈性形變，若外力過大，彈簧不能恢復(fù)原狀，稱為超過彈簧的“彈性限度”。

【問題3】生活中有哪些發(fā)生彈性形變的物體？如何利用呢？

［生活情境4］展示圖4和圖5，體會(huì)桿的形變和蹦床的形變。

學(xué)生思考桿的形變、蹦床的形變對(duì)與之接觸的物體有什么作用。學(xué)生能回答：形變后的桿和蹦床能讓人動(dòng)起來。

教師：發(fā)生彈性形變的物體會(huì)對(duì)與之接觸的物體產(chǎn)生力的作用，改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)力稱為“彈力”。

（1）定義：產(chǎn)生形變的物體由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用，這個(gè)力稱為彈力。

（2）產(chǎn)生條件：物體發(fā)生彈性形變；兩物體間有接觸。

二、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，體驗(yàn)彈力的產(chǎn)生和方向

【問題4】彈力的產(chǎn)生需要兩個(gè)相互接觸的物體。在具體情景中，哪個(gè)物體發(fā)生彈性形變？哪個(gè)物體是施力物體？哪個(gè)物體又是受力物體？彈力方向怎么確定？

（一）支持力、壓力

教具：砝碼、海綿、裝水的氣球、桌面。

［生活情境5］將一個(gè)砝碼放在海綿上（如圖6）。

教師：大家看到哪些物體發(fā)生形變？形變方向向哪？結(jié)合彈力概念，分析這個(gè)過程中哪個(gè)物體會(huì)受到彈力？

學(xué)生：海綿往下凹，由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與之接觸的砝碼有彈力作用。

教師：砝碼受到的彈力方向如何？為什么？

學(xué)生：海綿要往上恢復(fù)原狀，就會(huì)對(duì)砝碼產(chǎn)生向上的彈力。

教師：海綿對(duì)砝碼產(chǎn)生向上的彈力，我們稱之為“支持力”，關(guān)系如下：

[海綿：發(fā)生向下凹的彈性形變

（形變物體，施力物體）][要恢復(fù)原狀][砝碼：受到向上的支持力

（受力物體）]

教師：砝碼放在海綿上，海綿有明顯形變，那砝碼（下表面）有沒有發(fā)生形變呢？形變方向又怎么樣呢？

（課堂上，學(xué)生基本上都會(huì)說重物也會(huì)發(fā)生形變，但形變方向不太清楚。）

［實(shí)驗(yàn)情境1］砝碼形變不明顯，方向無法判斷。類比實(shí)驗(yàn)：把裝水的氣球放桌面上（氣球類比砝碼，桌面類比海綿）。

學(xué)生觀察、對(duì)比水氣球放在桌面上前后的形狀是否變化（如圖7和圖8），判斷氣球形變方向。（氣球放在桌面上，氣球會(huì)往上凹）

教師：砝碼形變確實(shí)存在，只是我們?nèi)庋劭床怀鰜?！通過觀察用水氣球代替砝碼進(jìn)行類比實(shí)驗(yàn)，可以清楚看到水氣球往上凹的形變，因此，可以類比得出砝碼放在海綿上時(shí)，砝碼也會(huì)發(fā)生向上凹的形變。由于砝碼要向下恢復(fù)原狀，因此便會(huì)對(duì)與之接觸的海綿產(chǎn)生向下的彈力，我們稱為砝碼對(duì)海綿的“壓力”，關(guān)系如下：

[砝碼：發(fā)生向上凹的彈性形變

（形變物體，施力物體）][要恢復(fù)原狀][海綿：受到向下的壓力

（受力物體）]

學(xué)生把砝碼受到的支持力、海綿受到的壓力畫到學(xué)案上（如圖9），討論支持力、壓力的產(chǎn)生和方向有什么特點(diǎn)。（支持力和壓力都是由于一個(gè)物體發(fā)生彈性形變而對(duì)與之接觸的另一物體產(chǎn)生的力，它們的方向相反）

教師：支持力和壓力，是很常見的彈力，它們的產(chǎn)生是由于兩個(gè)物體疊放在一起，且都發(fā)生形變，并對(duì)與之接觸的物體產(chǎn)生彈力作用。放在上面的物體受到向上的支持力，放在下面的物體受到向下的壓力，而且方向與接觸面垂直。

教師：生活中，哪些情景也存在支持力和壓力？大家舉例說說。

學(xué)生1：書本放在桌面上，書本受到支持力，桌面受到壓力。

學(xué)生2：人坐在椅子上，人受到支持力，椅子受到壓力。

……

教師：書本放在桌面上，支持力和壓力分別是由于誰發(fā)生形變產(chǎn)生的？

學(xué)生：書本受到的支持力是由于桌面發(fā)生形變產(chǎn)生的，而桌面受到的壓力是由于書本發(fā)生形變產(chǎn)生的。

練一練：完成例1（例1略。通過例題練習(xí)，鞏固對(duì)支持力、彈力方向的理解）

（二）拉力

教具：繩子、鉤碼、彈簧、氣球、掛鉤。

［生活情境1］用繩子拉鉤碼。

教師展示繩子拉鉤碼的情形（如圖10），然后提問：大家能看到繩子和鉤碼發(fā)生的形變嗎？

學(xué)生：看不到繩子和鉤碼的形變。

［實(shí)驗(yàn)情境2］用彈簧代替繩子，在其下面掛一個(gè)鉤碼。

教師展示彈簧拉鉤碼的情形（如圖11），提問：大家能看到彈簧發(fā)生的形變嗎？

學(xué)生：彈簧被拉長(zhǎng)。

教師：繩子的形變?nèi)庋劭床怀?。用彈簧代替繩子，可看到彈簧被拉長(zhǎng)，由于要恢復(fù)原狀，彈簧對(duì)鉤碼產(chǎn)生向上的拉力，關(guān)系如下：

[要恢復(fù)原狀

（收縮）][彈簧/繩子：發(fā)生拉長(zhǎng)的彈性形變

（形變物體，施力物體）][砝碼：受到沿彈簧/繩子收縮方向的拉力

（受力物體）]

［實(shí)驗(yàn)情境3］用水氣球代替鉤碼，綁在繩子上。（如圖12和圖13）

學(xué)生：水氣球被拉長(zhǎng)，由于要恢復(fù)原狀，對(duì)繩子產(chǎn)生向下的拉力。

教師（小結(jié)）：通過類比觀察得到：在彈簧拉鉤碼和繩子拉水氣球的情景中，鉤碼和水氣球都發(fā)生被拉長(zhǎng)的形變，由于要收縮恢復(fù)原狀，對(duì)與之接觸的物體產(chǎn)生拉力。因此，拉力方向沿著彈簧和繩子收縮的方向。關(guān)系如下：

[要恢復(fù)原狀

（收縮）][鉤碼/水氣球：發(fā)生拉長(zhǎng)的彈性形變

（形變物體，施力物體）][彈簧/繩子：受到沿鉤碼/水氣球收縮方向的拉力

（受力物體）]

三、實(shí)驗(yàn)探究，體驗(yàn)彈簧彈力的大小

教具：彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、4個(gè)質(zhì)量相同的鉤碼。

【問題5】彈簧彈力大小跟什么有關(guān)？（引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究）

實(shí)驗(yàn)器材：彈簧、刻度尺、多個(gè)質(zhì)量相同的鉤碼。

討論與猜想：跟彈簧的形變大小有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)探究：根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)合猜想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，記錄數(shù)據(jù)（如表1）。

數(shù)據(jù)處理：計(jì)算對(duì)應(yīng)彈簧的形變量，總結(jié)彈簧和彈簧形變量的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)小結(jié)：在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力F的大小與彈簧的形變量x成正比，即[F=kx]。這一結(jié)論稱為“胡克定律”，[k]為彈簧的勁度系數(shù)。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)在于學(xué)生對(duì)微小形變的認(rèn)識(shí)，以及具體彈力產(chǎn)生過程中形變物體、施力物體和受力物體的認(rèn)識(shí)，因此，筆者通過創(chuàng)設(shè)生活化的情境和條件，讓學(xué)生參與、體驗(yàn)形變和彈力知識(shí)的建構(gòu)過程。

（一）重現(xiàn)可視的生活情境

物理知識(shí)源自生活。本節(jié)課學(xué)習(xí)和分析的情境、展示的圖片都是學(xué)生在日常生活常見的，學(xué)生從這些可視的生活情境出發(fā)學(xué)習(xí)物理，體驗(yàn)物理知識(shí)與生活的緊密聯(lián)系，能有效提高教學(xué)實(shí)效。

（二）創(chuàng)設(shè)可視化的實(shí)驗(yàn)情境

（1）自制教具，使現(xiàn)象可視。學(xué)生通過課前預(yù)習(xí)或課堂學(xué)習(xí)，可能見過光線“放大”裝置圖和玻璃瓶形變裝置圖，但不一定有真實(shí)體驗(yàn)。因此，筆者通過多種自制裝置或教具的展示，使學(xué)生在課堂上現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)，使形變、彈力變得可觸摸、可感受、可體驗(yàn)。

（2）創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)，使現(xiàn)象可視。桌面的形變、玻璃瓶的形變以及放在海綿上的重物、掛在繩子下方的重物發(fā)生的微小形變，過程很抽象，學(xué)生很難判斷其形變方向，筆者想方設(shè)法使這種微小形變可視。如用水氣球替代鉤碼、彈簧代替繩子等方式，以明顯變化類比微小變化，讓學(xué)生感受，幫助學(xué)生深入認(rèn)識(shí)形變的本質(zhì)。

（三）促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展

本節(jié)課通過重現(xiàn)生活情境，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)、自制教具等措施，將抽象問題具體化，增強(qiáng)學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)，而不是讓學(xué)生對(duì)著圖片假想“現(xiàn)象”或“情景”。在親歷知識(shí)再生成的過程中，學(xué)生獲得情感體驗(yàn)、認(rèn)知體驗(yàn)和行為體驗(yàn)，在觀察、實(shí)驗(yàn)、思考、討論、總結(jié)中形成物理觀念，并收獲科學(xué)探究方法，形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ］

［1］ ?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［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］ ?宋小麗.高中思想政治課體驗(yàn)式教學(xué)的運(yùn)用研究［D］.武漢：華中師范大學(xué)，2018.

（責(zé)任編輯 易志毅）