黃佳雯

摘 ? 要：以發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，巧用自制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具，設(shè)計(jì)“神奇水瓶”“磁體相互作用演示儀”和“摩擦相互作用演示儀”，著力深化物理觀念，激活科學(xué)思維，提升科學(xué)探究能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任意識(shí)的形成。

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng)；牛頓第三定律；教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)；自制實(shí)驗(yàn)儀器

引言

物理核心素養(yǎng)的提出是對(duì)三維課程目標(biāo)的深化和發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)從“教書(shū)”向“育人”的轉(zhuǎn)變[ 1 ]。它指的是學(xué)生在接受物理教育的過(guò)程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)[ 2 ]。而在高中階段，學(xué)生對(duì)物理學(xué)科產(chǎn)生厭學(xué)情緒的不在少數(shù)，教師過(guò)于重視知識(shí)的傳授是首要原因，其次是循規(guī)蹈矩地重現(xiàn)知識(shí)體系，并未站在更高的高度、更創(chuàng)新的角度去審視教材內(nèi)容，何談培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。而課堂是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主要戰(zhàn)地，教學(xué)設(shè)計(jì)更應(yīng)契合培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的要求，引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)研究方法去認(rèn)識(shí)和理解自然，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成良好的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀，增強(qiáng)科學(xué)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

在物理核心素養(yǎng)的指向下，本文以新魯科版（2019）高中《物理》（必修一）“牛頓第三定律”為例，將教材內(nèi)容進(jìn)行合理分割，力圖將提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的教學(xué)思想有效地融入物理教學(xué)實(shí)踐中去。

1 ?激趣激疑 ?高效產(chǎn)生物理問(wèn)題

教師演示“神奇水瓶”（如圖1），即兩支吸管分別傾斜插入水瓶底部，將裝滿水的瓶子懸掛于支架上。由于大氣壓強(qiáng)，未松開(kāi)瓶口軟塞時(shí)，則無(wú)水從管口流出，松開(kāi)軟塞時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考為何在“沒(méi)有外力”的作用下，水瓶竟然“自動(dòng)”旋轉(zhuǎn)起來(lái)（如圖2）。

設(shè)計(jì)意圖：教師利用自制教具，課堂演示生動(dòng)有趣的物理現(xiàn)象，引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，達(dá)到激趣激疑的教學(xué)目的，同時(shí)也為后續(xù)的教學(xué)埋下伏筆。

2 ?巧用自制教具 ?實(shí)驗(yàn)探究物理知識(shí)

基于學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)水平，設(shè)計(jì)三個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，通過(guò)體驗(yàn)和討論“火箭升空”、自制“磁體相互作用演示儀”和演示“摩擦相互作用演示儀”等，提升對(duì)相互作用力的相互性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)探究更有助于學(xué)生高效構(gòu)建物理概念，讓學(xué)生始終將自己置于探索者的位置，在獲取知識(shí)的同時(shí)，隨著問(wèn)題的不斷深入，一次次地經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，達(dá)到感悟物理知識(shí)、提升物理素養(yǎng)的目的。

2.1 ? “火箭升空”定性分析相互作用力的關(guān)系

學(xué)生將氣球一端黏附在可自由滑動(dòng)的細(xì)管上（如圖3），當(dāng)松開(kāi)鐵夾時(shí)，空氣就從氣球內(nèi)往外噴，氣球則沿反方向飛出。利用類(lèi)比法，教師引導(dǎo)學(xué)生小組討論火箭“一飛沖天”的原因。即火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，推進(jìn)劑在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室里燃燒，產(chǎn)生大量高壓燃?xì)?，氣體從發(fā)動(dòng)機(jī)噴管高速?lài)姵觥Ｒ罁?jù)牛頓第三定律，所產(chǎn)生的噴氣對(duì)火箭有反作用力，就使得火箭沿燃?xì)鈬娚涞姆捶较蚯斑M(jìn)。

2.2 ?定量探究磁場(chǎng)間相互作用力的關(guān)系

教師向小組發(fā)放條形磁鐵，學(xué)生將同名磁極相對(duì)，釋放雙手后，兩小車(chē)立即朝相反的方向運(yùn)動(dòng)開(kāi)來(lái)，說(shuō)明磁體間有著明顯的相互作用（如圖4）。那么，如何定量探究磁場(chǎng)間相互作用力的大小和方向？教師引導(dǎo)學(xué)生利用圓盤(pán)測(cè)力計(jì)進(jìn)行教具設(shè)計(jì)，首先，使兩圓盤(pán)測(cè)力計(jì)尾端粘附兩塊鐵片（如圖5a）；其次，進(jìn)行表盤(pán)校零；爾后，放入硼化磁鐵（如圖5b），由于磁鐵間的相互作用力，可觀察到圓盤(pán)測(cè)力計(jì)的細(xì)桿被迅速拉動(dòng)，指針立即發(fā)生偏轉(zhuǎn)（如圖5c），學(xué)生可直接讀出磁力的大小，同時(shí)根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向相反，得出作用力與反作用力的關(guān)系，即二者大小相等，方向相反，作用在同一直線上。

2.3 ?定量探究摩擦相互作用力的關(guān)系

該階段學(xué)生已有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，且具備良好的動(dòng)手實(shí)踐、歸納分析及溝通合作等能力。但力的性質(zhì)多種多樣，若物體間相互作用力為摩擦力時(shí)，如何定量計(jì)算其大小？教師展示“摩擦相互作用演示儀”，其主要由小車(chē)、彈簧測(cè)力計(jì)（量程為1 N）、玻璃管、定滑輪和毛面木板等實(shí)驗(yàn)器材組成（見(jiàn)圖6）。教師引導(dǎo)學(xué)生邊觀察邊分析：當(dāng)小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)起來(lái)時(shí)，車(chē)輪與毛面木板發(fā)生摩擦，這對(duì)相互作用力的性質(zhì)實(shí)為摩擦力。對(duì)于小車(chē)而言，其所受細(xì)繩的拉力與木板給其的摩擦力（表示為F）是一對(duì)平衡力，二者大小相等，所以測(cè)力計(jì)B的示數(shù)大小便是F的大小。同理，對(duì)于木板而言，車(chē)輪給其的摩擦力（表示為F'）也可從測(cè)力計(jì)A側(cè)直接讀出。由于小車(chē)受到細(xì)繩牽制，會(huì)與木板持續(xù)摩擦，當(dāng)指針較為穩(wěn)定之時(shí)，方可讀出A、B測(cè)力計(jì)的示數(shù)。啟動(dòng)小車(chē)時(shí)，學(xué)生觀察到A側(cè)示數(shù)始終略小于B側(cè)示數(shù)（如圖7），由此產(chǎn)生疑問(wèn)，教師可組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，其原因在于玻璃管與木板間也存在摩擦，玻璃管給木板的摩擦力與車(chē)輪給木板的摩擦力方向恰恰相反，A側(cè)示數(shù)實(shí)為二者合力，這導(dǎo)致A側(cè)示數(shù)偏小，存在0.1～0.15 N的差值。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納總結(jié)，即木板與玻璃管間絕對(duì)光滑時(shí)，兩側(cè)示數(shù)才相等。同時(shí)，無(wú)論是何種性質(zhì)的力，當(dāng)物體發(fā)生相互作用時(shí)，物體間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一直線上，其表達(dá)式為“F=F'”，它反映了物理世界普遍存在的對(duì)稱(chēng)美，與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：杜威曾言：“思維起源于直接經(jīng)驗(yàn)的情境”，有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)離不開(kāi)教學(xué)情境，好的物理教師應(yīng)盡可能地將知識(shí)完整、生動(dòng)地展現(xiàn)開(kāi)來(lái)，止步于教材只會(huì)讓教師的教學(xué)思想固化，無(wú)法讓學(xué)生的思維能力和知識(shí)水平有“臺(tái)階式”上升。所以，教學(xué)設(shè)計(jì)需要用發(fā)展、創(chuàng)新的眼光來(lái)看待，發(fā)揮教師的創(chuàng)造力，利用生活中的瓶瓶罐罐做一些新穎實(shí)用的、現(xiàn)象明顯的、取材方便的、能激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的教學(xué)用具，用創(chuàng)新精神去影響學(xué)生的創(chuàng)新潛能。同時(shí)，自制教具使學(xué)生在思考中達(dá)到優(yōu)化、發(fā)散和活躍思維的目的，突出了科學(xué)思維的有效滲透，提高物理課堂專(zhuān)注度，為學(xué)生充分理解后續(xù)內(nèi)容打下良好的基礎(chǔ)。雖然，在理解和掌握上略微提高難度，但同樣賦予學(xué)生新的挑戰(zhàn)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相互作用力大小關(guān)系的理解，落實(shí)培養(yǎng)科學(xué)思維的理念，讓學(xué)生親身經(jīng)歷推理分析的認(rèn)知過(guò)程，使實(shí)驗(yàn)演示也成為培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。

3 ?學(xué)以致用 ?鞏固物理知識(shí)

3.1 ?課堂回顧，釋疑解難

首尾呼應(yīng)，教師再次演示“神奇水瓶”，要求學(xué)生認(rèn)真仔細(xì)地觀察其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將水瓶底部細(xì)節(jié)圖進(jìn)行投影，學(xué)生根據(jù)牛頓第三定律，小組交流討論其制作原理。即在水瓶底端挖兩個(gè)對(duì)稱(chēng)小孔，準(zhǔn)備兩支等長(zhǎng)且?guī)в行泵娴奈埽瑑芍苷w呈中心對(duì)稱(chēng)，并傾斜插入小孔中。當(dāng)打開(kāi)軟塞時(shí)，根據(jù)牛頓第三定律，水流從吸管口噴射而出，在水流的反作用力之下，水瓶便“自己”旋轉(zhuǎn)起來(lái)。

3.2 ?延伸課堂，鍛煉思維

教師在課堂結(jié)尾投影出“以卵擊石”的圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考既然相互作用力其大小相等，為何雞蛋“粉身碎骨”，石頭卻“安然無(wú)恙”？組織學(xué)生進(jìn)行課堂討論，既進(jìn)行了知識(shí)的遷移和延伸，又鍛煉了科學(xué)思維。

設(shè)計(jì)意圖：課前留有的懸念本已激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和思維，而此時(shí)讓學(xué)生再次經(jīng)歷“沖突”化解和發(fā)展的過(guò)程，給予了學(xué)生思維的啟迪，更鍛煉了未來(lái)探究學(xué)習(xí)的能力?；仡櫋吧衿嫠俊?，前后呼應(yīng)的形式更好地加深學(xué)生對(duì)牛頓第三定律的理解，拋出的新問(wèn)題也順利地激活學(xué)生“再發(fā)現(xiàn)”的學(xué)習(xí)欲望，充分利用學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)去完善和優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)，利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

基于物理核心素養(yǎng)下的教學(xué)，需要打破傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)的墨守成規(guī)，擯棄因循守舊的教學(xué)理念，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，授予學(xué)生科學(xué)方法，形成科學(xué)態(tài)度和建立良好的社會(huì)責(zé)任感為重要指標(biāo)，重視對(duì)教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)發(fā)展學(xué)生樂(lè)于觀察，勇于質(zhì)疑，勤于動(dòng)手和敢于探索的優(yōu)良品質(zhì)與關(guān)鍵能力。同時(shí)，物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開(kāi)創(chuàng)造性的教學(xué)，其不僅讓學(xué)生感悟深刻且收獲頗豐，更重要的是使學(xué)生的創(chuàng)新能力得以鍛煉，使創(chuàng)新精神得以培養(yǎng)，為學(xué)生終身發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 周祎，馬如寶.以問(wèn)題為導(dǎo)向構(gòu)建物理模型的過(guò)程：“自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)，2018（7）：19-22.

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