龔立江

(南充市高坪區(qū)教育科學(xué)研究所 四川 南充 637100)

楊 惠

(南充市高坪中學(xué) 四川 南充 637100)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》提出:核心素養(yǎng)是課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn),是學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(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.物理學(xué)科核心素養(yǎng),主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個(gè)方面[1].課標(biāo)倡導(dǎo)教師的教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用情境化教學(xué)手段來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng),即在教學(xué)中充分結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn),有目的地創(chuàng)設(shè)生動(dòng)具體的情境,讓學(xué)生在情境中建構(gòu)物理概念,探究物理規(guī)律,解決具體問(wèn)題.

筆者以人教版八年級(jí)物理“摩擦力”一課的教學(xué)為例,闡釋如何合理運(yùn)用情境化教學(xué),幫助學(xué)生建構(gòu)滑動(dòng)摩擦力概念,探尋影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素,在跨學(xué)科實(shí)踐中,增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐意識(shí),實(shí)現(xiàn)從知識(shí)向能力素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化,以學(xué)生發(fā)展為本促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.

1 “摩擦力”教學(xué)案例設(shè)計(jì)理念

1.1 創(chuàng)設(shè)魔法實(shí)驗(yàn)情境 激發(fā)認(rèn)知沖突

教師通過(guò)自制的實(shí)驗(yàn)器材“魔法凳子”(圖1)引入新課:先將凳子中間空管底部用一張白紙封住,再裝上適量河沙和教師的魔法,最后將凳面支架插入管中,讓一位體重較大的學(xué)生雙腳懸空,坐在凳子上,展示用一張紙托起一個(gè)人的魔術(shù).

圖1 “魔法凳子”圖

通過(guò)創(chuàng)設(shè)“魔法凳子”表演,帶學(xué)生進(jìn)入到與現(xiàn)實(shí)生活和已有經(jīng)驗(yàn)相矛盾的情境,讓學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突,激發(fā)了學(xué)生的好奇心,瞬間點(diǎn)燃了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和參與欲望.學(xué)生也自然而然地產(chǎn)生疑問(wèn):“是什么力量將人托起的呢?”這樣的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)情境,也使教師牢牢地抓住了學(xué)生的注意力,為新課學(xué)習(xí)做好充分準(zhǔn)備.

1.2 創(chuàng)設(shè)生活體驗(yàn)情境 建構(gòu)物理概念

【情境1】如圖2所示,多媒體動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)滑草過(guò)程,并設(shè)問(wèn):運(yùn)動(dòng)的滑板最終會(huì)停下來(lái),這是為什么?學(xué)生通過(guò)牛頓第一定律的學(xué)習(xí),對(duì)阻力有了一定的認(rèn)識(shí),因此很容易聯(lián)想到是因?yàn)樽枇?dǎo)致滑板停了下來(lái).接著追問(wèn):滑板水平向右滑動(dòng),阻力沿哪個(gè)方向?學(xué)生通過(guò)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn),不難判斷阻力方向應(yīng)為水平向左.

圖2 滑草情境圖

關(guān)注學(xué)生最近發(fā)展區(qū),從學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā),創(chuàng)設(shè)情境,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用舊知探索新知,可加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,從而達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效果.

【情境2】如圖3所示,讓學(xué)生將手壓在桌面上,向前滑動(dòng),再換用大小不同的力多次體驗(yàn),并設(shè)問(wèn):手在滑動(dòng)過(guò)程中,有什么感覺(jué)?學(xué)生通過(guò)體驗(yàn),能夠感受到桌面對(duì)手有阻礙作用,并通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考:手向前滑動(dòng),手感受到的阻礙作用向什么方向?通過(guò)體驗(yàn),學(xué)生可以判斷出手受到的阻礙作用向后.

圖3 滑手情境圖

創(chuàng)建體驗(yàn)情境,讓學(xué)生通過(guò)親身感受、討論、交流、概括,初步感知摩擦力的存在及摩擦力的方向,體會(huì)探索新知的過(guò)程,從而促進(jìn)物理概念的建構(gòu).

【情境3】如圖4所示,動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)滑滑梯的生活情境,從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā),提出問(wèn)題:滑滑梯時(shí),是否也會(huì)感受到滑梯對(duì)身體的阻礙?引導(dǎo)學(xué)生對(duì)已有的生活經(jīng)驗(yàn)重新加工,探尋蘊(yùn)含在生活情境中有關(guān)摩擦力的物理知識(shí).

圖4 滑梯情境圖

通過(guò)以上3個(gè)情境創(chuàng)設(shè),同時(shí)讓學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)談?wù)勵(lì)愃频纳铙w驗(yàn),讓學(xué)生真實(shí)體會(huì)感知到這些情景中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩物體間確實(shí)存在著一個(gè)阻力,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生概括以上生活體驗(yàn)情境的共同屬性,抽象出這個(gè)力的本質(zhì)特點(diǎn),完成從經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)向物理概念的轉(zhuǎn)變.引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)起滑動(dòng)摩擦力的初步概念.

為了進(jìn)一步加深對(duì)滑動(dòng)摩擦力的理解,突破滑動(dòng)摩擦力的方向這一教學(xué)難點(diǎn),我們將剛才的生活情境物理模型化.如圖5所示,通過(guò)滑草、滑手情境建立平面滑動(dòng)模型,通過(guò)滑梯情境建立斜面滑動(dòng)模型.滑板相對(duì)于地面向右滑動(dòng),滑板受到地面給它向左的滑動(dòng)摩擦力,由于力的作用是相互的,地面也會(huì)受到滑板給它向右的滑動(dòng)摩擦力,可是地面并沒(méi)有運(yùn)動(dòng)(通常說(shuō)的運(yùn)動(dòng),一般選擇地面或相對(duì)地面靜止的物體作為參照物),所以說(shuō)滑動(dòng)摩擦力是阻礙運(yùn)動(dòng)的力是不成立的,如果以滑板為參照物,地面相對(duì)于滑板向左運(yùn)動(dòng),受到的滑動(dòng)摩擦力向右,所以說(shuō)滑動(dòng)摩擦力是阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力.同時(shí)得出,在研究滑動(dòng)摩擦力時(shí),我們應(yīng)該選擇與之接觸的施力物體作為參照物.通過(guò)斜面滑梯模型,也可以得出相同的結(jié)論.

圖5 滑草、滑手、滑梯模型圖

最后,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用前面的模型分析方法分析“魔法凳子”管柱豎直方向的受力,揭秘魔術(shù)的物理本質(zhì):管柱受到沙子施加的摩擦力從而將人托起的物理本質(zhì).

在學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)生活體驗(yàn)情境,通過(guò)學(xué)生體驗(yàn)、交流討論、抽象概括等活動(dòng),最終使學(xué)生自主建構(gòu)起了滑動(dòng)摩擦力的概念.在教學(xué)過(guò)程中,引導(dǎo)學(xué)生將生活情境物理模型化,是一種重要的科學(xué)思維方法,更是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方面[2].創(chuàng)設(shè)基于建模的學(xué)習(xí)情境,有利于學(xué)生模型思維的發(fā)展,讓學(xué)生會(huì)運(yùn)用物理模型方法研究實(shí)際問(wèn)題,有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析綜合、推理論證能力,促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.

1.3 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題引導(dǎo)情境 探尋物理規(guī)律

物理規(guī)律的探究需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題,猜想假設(shè),并根據(jù)問(wèn)題情境運(yùn)用已有知識(shí)制定探究計(jì)劃,選擇符合情境要求的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),獲取數(shù)據(jù),分析形成物理規(guī)律,促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣[3].在學(xué)生建構(gòu)形成滑動(dòng)摩擦力的概念后,引導(dǎo)學(xué)生思考:通過(guò)前面的活動(dòng)體驗(yàn)(換用大小不同的力在桌面上滑動(dòng))和大量的生活經(jīng)驗(yàn),你認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力大小可能與哪些因素有關(guān)?為什么?”學(xué)生交流討論后作出猜想和假設(shè)(可能與接觸面的壓力、粗糙程度、面積和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)).根據(jù)學(xué)生猜想,進(jìn)一步提出問(wèn)題:

(1)要驗(yàn)證自己的猜想,應(yīng)該怎么辦呢?(實(shí)驗(yàn))

(2)實(shí)驗(yàn)中我們?nèi)绾螠y(cè)量滑動(dòng)摩擦力的大小呢?(水平勻速拉動(dòng)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)拉力等于滑動(dòng)摩擦力)

(3)要實(shí)現(xiàn)水平勻速拉動(dòng),教材上的方案可行嗎?可以怎樣改進(jìn)完善?”

(4)如何改變接觸面的壓力、粗糙程度、面積和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度?(討論交流,探尋方法)

(5)滑動(dòng)摩擦力與多個(gè)因素有關(guān),實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)采用什么方法?(控制變量法)

(6)你能根據(jù)教師提供的器材設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案嗎?(優(yōu)化、完善實(shí)驗(yàn)方案).

通過(guò)問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生層層深入,激發(fā)學(xué)生的探索欲望,在問(wèn)題情境的引導(dǎo)下,學(xué)生對(duì)比發(fā)現(xiàn)教材提供的測(cè)量方法的局限,通過(guò)討論交流,并根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)器材,自主優(yōu)化完善實(shí)驗(yàn)方案,組裝調(diào)試好器材,展開(kāi)分組實(shí)驗(yàn)探究.為每個(gè)小組提供自制探究實(shí)驗(yàn)器材(圖6),小組同學(xué)根據(jù)自己的猜想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù),得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.再讓小組代表上臺(tái)分享“我們是如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的?”“通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得到了怎樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?”“怎樣分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?”“得到了什么樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)論?”,通過(guò)討論、交流、分享,讓學(xué)生體會(huì)到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的樂(lè)趣.

圖6 自制滑動(dòng)摩擦力大小探究實(shí)驗(yàn)器材圖

本節(jié)通過(guò)創(chuàng)設(shè)由淺入深的問(wèn)題序列,逐步引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新,探究新知[4].鮑波爾曾說(shuō):“正是問(wèn)題激發(fā)我們?nèi)W(xué)習(xí),去實(shí)踐,去觀察.”問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè),可以激發(fā)學(xué)生的思維和探索新知的欲望,有利于引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)的質(zhì)疑和批判,進(jìn)而提出創(chuàng)造性方案的能力培養(yǎng),對(duì)探究物理規(guī)律有著重要的意義.

1.4 創(chuàng)設(shè)跨學(xué)科實(shí)踐情境 培養(yǎng)創(chuàng)新能力

新課標(biāo)跨學(xué)科實(shí)踐要求加強(qiáng)物理與日常生活、物理與工程實(shí)踐、物理與社會(huì)發(fā)展的聯(lián)系,通過(guò)跨學(xué)科實(shí)踐,提升學(xué)生的綜合分析能力、操作實(shí)踐能力,培養(yǎng)學(xué)生積極認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和樂(lè)于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新的精神[1].教學(xué)中通過(guò)跨學(xué)科實(shí)踐情境創(chuàng)設(shè),以真實(shí)問(wèn)題的解決為導(dǎo)向,引導(dǎo)學(xué)生把課程中形成的物理觀念和科學(xué)思維用于分析、解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問(wèn)題,在解決問(wèn)題中進(jìn)一步提高探究能力、增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度,促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.

由網(wǎng)易數(shù)讀網(wǎng)相關(guān)調(diào)查報(bào)告數(shù)據(jù)顯示(圖7),老人跌倒超過(guò)一半發(fā)生在家里,主要外因是物體絆倒和地面滑倒,其中廁所滑倒占到了6.3%,約252萬(wàn)人,廁所濕滑環(huán)境如圖8所示.

圖7 網(wǎng)易數(shù)讀網(wǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)圖

圖8 廁所濕滑環(huán)境圖

通過(guò)展示廁所滑倒的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和廁所濕滑環(huán)境創(chuàng)設(shè)情境,營(yíng)造氛圍,引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合本節(jié)所學(xué)知識(shí)分析導(dǎo)致廁所滑倒的主要原因,并思考我們?cè)撛鯓訉?duì)家里的廁所進(jìn)行改進(jìn)或裝修,來(lái)預(yù)防廁所滑倒事件的發(fā)生?廁所防滑問(wèn)題是建立在學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出,新聞報(bào)道營(yíng)造氛圍,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性,學(xué)生踴躍發(fā)言.例如:采用防滑地磚、穿防滑拖鞋、安裝防滑扶手等通過(guò)增大接觸面的粗糙程度來(lái)增大摩擦,也有學(xué)生能夠想到干濕分離并安裝排氣扇、安裝防滑凳等方法來(lái)增大摩擦.學(xué)生將課堂所學(xué)知識(shí)、方法運(yùn)用到實(shí)際生活問(wèn)題的解決,讓學(xué)生體驗(yàn)到了物理學(xué)習(xí)的有趣和有用,也促進(jìn)了學(xué)生正確物理觀念的形成.

通過(guò)火車(chē)在平直軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)情境(圖9),探究工程上減小摩擦的方法.首先,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用前面的模型分析法,將火車(chē)在軌道上運(yùn)動(dòng)的情境模型化(圖10),對(duì)勻速直線運(yùn)動(dòng)的車(chē)箱在水平方向上進(jìn)行受力分析,學(xué)生很容易分析出車(chē)箱受到車(chē)頭的牽引力、軌道的摩擦阻力和空氣的阻力.

圖9 火車(chē)運(yùn)動(dòng)情境圖

圖10 火車(chē)水平受力模型圖

然后,提出系列問(wèn)題:(1)根據(jù)影響滑動(dòng)摩擦力的兩個(gè)因素,你認(rèn)為可以怎樣減小火車(chē)車(chē)身與軌道間的摩擦阻力?(減少接觸面的壓力,減少接觸面的粗糙程度)(2)你覺(jué)得要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目的,工程上可以怎么做?(引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到通過(guò)新材料可在一定程度上實(shí)現(xiàn)減少火車(chē)自重,可適當(dāng)減少接觸面的壓力;將火車(chē)放在鐵軌上可以減少接觸面的粗糙程度)(3)實(shí)際的火車(chē)是將車(chē)廂直接放在鐵軌上還是怎么做的?(滑動(dòng)變滾動(dòng)可進(jìn)一步減小摩擦阻力)(4)如果想讓火車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的摩擦阻力更小,你了解的現(xiàn)代技術(shù)中是如何實(shí)現(xiàn)的?(學(xué)生交流分享認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代磁懸浮列車(chē)通過(guò)電磁技術(shù)實(shí)現(xiàn)與軌道分離,使鐵軌上摩擦阻力為零;子彈頭流線型設(shè)計(jì)可進(jìn)一步減少車(chē)身的空氣阻力)(5)磁懸浮列車(chē)通過(guò)接觸面分離實(shí)現(xiàn)軌道上的摩擦力為零的方法是運(yùn)用了摩擦力中的哪個(gè)基本物理知識(shí)?(摩擦力產(chǎn)生的條件:接觸才有摩擦)

最后,展示西南交通大學(xué)搭建的全球第一個(gè)真空管道超高速磁懸浮列車(chē)環(huán)形實(shí)驗(yàn)線平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)將列車(chē)?yán)碚摃r(shí)速提高到1 000 km以上的科技前沿知識(shí),激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí),探尋科學(xué)真理的激情.

通過(guò)生活中廁所防滑和工程上火車(chē)運(yùn)行情境的分析討論,實(shí)現(xiàn)了新課標(biāo)跨學(xué)科實(shí)踐的要求.學(xué)生將本節(jié)所學(xué)的知識(shí)和方法用于解決生活中真實(shí)的問(wèn)題,既讓學(xué)生進(jìn)一步加深了物理知識(shí)和方法在生活中的實(shí)際運(yùn)用,也讓學(xué)生感受到了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中蘊(yùn)藏的基本物理原理和規(guī)律.通過(guò)跨學(xué)科實(shí)踐,增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐意識(shí),培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新能力.有利于提升學(xué)生從物理學(xué)的視角解釋生活現(xiàn)象和解決工程問(wèn)題的能力,有利于學(xué)生形成正確的物理觀念,養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度,促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.通過(guò)中國(guó)領(lǐng)先全球的高鐵技術(shù),增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和自信心,激發(fā)了學(xué)生努力學(xué)習(xí),探索科學(xué)奧秘的熱情,我們所做的這些工作,都圍繞實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科立德樹(shù)人的根本目標(biāo).

2 結(jié)束語(yǔ)

教學(xué)中我們通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境,不僅能夠營(yíng)造良好的課堂氛圍,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引發(fā)學(xué)生思考;更能使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)模型分析生產(chǎn)生活中常見(jiàn)的物理問(wèn)題,發(fā)展科學(xué)思維.學(xué)生在具體的情境中經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程,領(lǐng)悟方法,學(xué)會(huì)知識(shí),發(fā)展能力,促進(jìn)了學(xué)生正確的滑動(dòng)摩擦力觀念的形成,在運(yùn)用習(xí)得的物理知識(shí)和方法去解決生活中的真實(shí)問(wèn)題的過(guò)程中,既培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力,實(shí)現(xiàn)物理學(xué)與社會(huì)發(fā)展的有效互動(dòng),又提升了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感,有效地促進(jìn)了學(xué)生核心素養(yǎng)的形成.