摘 要：學(xué)科核心素養(yǎng)的培育是高中物理教學(xué)的重要目標(biāo)。本文結(jié)合長期實踐“三環(huán)四步”教學(xué)模式取得的理論成果，以“力的合成和分解”教學(xué)設(shè)計為例，闡釋了該教學(xué)模式的實施要領(lǐng)。在教學(xué)實踐中，我們推廣和完善該教學(xué)模式，優(yōu)化操作條件和流程，并基于教學(xué)反饋和評價進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；“三環(huán)四步”教學(xué)模式；教學(xué)設(shè)計

1 提出問題

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出了高中生學(xué)習(xí)物理課程后應(yīng)達(dá)成的學(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”四個方面。^［1］高中物理教學(xué)應(yīng)聚焦于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。教師選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式或模式對提高課堂教學(xué)效果、培育學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要的意義。

以甘肅省白銀市平川中學(xué)杜鵬花教師為負(fù)責(zé)人的高中物理教學(xué)模式研究課題組，建構(gòu)出了“以素養(yǎng)為導(dǎo)向、課前課中課后一線貫通，強(qiáng)調(diào)課中四步教學(xué)步驟，充分發(fā)揮學(xué)生主體教師主導(dǎo)作用”的“三環(huán)四步”教學(xué)模式

（見圖1）。該教學(xué)模式通過創(chuàng)設(shè)豐富且有針對性的問題情境，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性和主動性的同時，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，使學(xué)生的學(xué)習(xí)在教學(xué)過程中循序漸進(jìn)，實現(xiàn)教學(xué)過程的螺旋式上升

（見圖2）。本文以“力的合成和分解”教學(xué)設(shè)計為例，闡釋該教學(xué)模式的實施要領(lǐng)。

2 分析教學(xué)內(nèi)容

《普通高中教科書 物理 必修 第一冊》將“力的合成和分解”內(nèi)容安排在第三章第4節(jié)，主要由“合力和分力”“力的合成和分解”“矢量和標(biāo)量”三部分內(nèi)容構(gòu)成。《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求：通過實驗，了解力的合成與分解，知道矢量和標(biāo)量。能用共點力的平衡

條件分析生產(chǎn)生活中的問題。^［2］本節(jié)內(nèi)容不僅是對前面重力、彈力、摩擦力等內(nèi)容的深化，還為后面學(xué)習(xí)共點力的平衡和牛頓第一、二定律等內(nèi)容做了必要鋪墊，起到了承上啟下的作用。根據(jù)教科書的內(nèi)容和《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，本節(jié)課在核心素養(yǎng)目標(biāo)方面應(yīng)達(dá)成以下四個方面的要求（見表1）。

教學(xué)重點：實驗探究“力的合成和分解”的規(guī)律。

教學(xué)難點：在“力的合成和分解”實驗?zāi)Ｐ椭袑W(xué)會運用等效替代的物理思想，并理解矢量求和的平行四邊形定則。^［5］

3 分析學(xué)情

在初中物理教學(xué)中，學(xué)生已初步接觸了合力與力的合成。通過對第三章前3節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生對力、重力、彈力和摩擦力等內(nèi)容已經(jīng)有了比較深入的認(rèn)識和把握。通過對第一章“運動的描述”內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生對位移、速度和加速度等矢量也有了一定的理解。這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)為學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課奠定了必要的知識基礎(chǔ)。但高中物理新接觸的知識——“矢量運算”，并非簡單的代數(shù)加減，而是遵循平行四邊形定則的運算規(guī)則。矢量運算所涉及的數(shù)學(xué)方法對學(xué)生提出了較高要求，也為本節(jié)課的教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)。

4 教學(xué)過程

本文的具體教學(xué)流程如圖3所示，接下來將分為三環(huán)進(jìn)行論述。

4.1 第一環(huán)——課前環(huán)節(jié)

情境1：學(xué)習(xí)小組代表展示自學(xué)成果，提出自學(xué)中存在的問題和疑惑。

情境2：教師結(jié)合學(xué)情，展示教學(xué)目標(biāo)，明確教學(xué)重難點。

設(shè)計意圖：設(shè)計理念是對于學(xué)生已經(jīng)掌握的內(nèi)容，教師無需再講解；對于學(xué)生能夠自學(xué)掌握的內(nèi)容，教師鼓勵他們自行學(xué)習(xí)；對于學(xué)生能夠通過相互交流解決的問題，教師倡導(dǎo)他們互相討論。教師的任務(wù)是重點點撥關(guān)鍵的知識難點。提前預(yù)習(xí)的目的是讓學(xué)生對本節(jié)課要學(xué)習(xí)的知識做到心中有數(shù)，使學(xué)生明確自己學(xué)習(xí)的難點、困惑點，從而有針對性地學(xué)習(xí)。教師通過了解學(xué)情、適當(dāng)調(diào)整教學(xué)，幫助學(xué)生真正解決學(xué)習(xí)中的困難。

4.2 第二環(huán)——課中環(huán)節(jié)

4.21 展示目標(biāo)，體驗情境

情境1：通過多媒體課件圖片展示蜘蛛織網(wǎng)。如果蜘蛛網(wǎng)上的一根絲斷了，網(wǎng)會倒向哪邊？

情境2：圖4中大人和兩個小孩分別用相同的水桶提一桶質(zhì)量相同的水，并保持水桶靜止。請嘗試畫出作用在水桶上的力的方向。

設(shè)計意圖：物理教學(xué)要創(chuàng)設(shè)一個學(xué)生積極參與、樂于探究、善于實驗、勤于思考的學(xué)習(xí)情境，以吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。蜘蛛織網(wǎng)和水桶提水的情境都是學(xué)生日常生活中容易觀察到的現(xiàn)象。教學(xué)實踐表明，教師積極創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活實際的問題情境，能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，使學(xué)生在已有的認(rèn)知經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，積極思考新的物理問題，促進(jìn)他們的認(rèn)知發(fā)展。

4.2.2 提出問題，聚焦問題

教師提問：大人用一個力F 提一桶水，使得水桶保持靜止。兩個小孩用力F₁、F₂共同提同一桶水，使水桶保持靜止（見圖5）。你能得出什么結(jié)論？

教師讓學(xué)生通過觀察圖片，思考可以得出的結(jié)論。在學(xué)生思考的基礎(chǔ)上，教師總結(jié)等效替代的物理思想和合力、分力的概念。

設(shè)計意圖：課堂問題的設(shè)置應(yīng)具有針對性，緊密關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)目標(biāo)，并適當(dāng)挑戰(zhàn)學(xué)生的思維能力，以促進(jìn)學(xué)生的積極思考和學(xué)習(xí)目標(biāo)的實現(xiàn)。通過列舉學(xué)生熟悉的提水桶場景，教師可以通過設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生思考，使他們直觀地感受到合力與分力之間的等效替代關(guān)系，從而樹立合力和分力的物理觀念。這種設(shè)計有助于在真實情境下提升學(xué)生解決學(xué)科問題的能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

4.2.3 組織活動，合作探究

教師演示動畫，引導(dǎo)學(xué)生歸納同一直線上二力的合成方法：直接相加減（同向相加，反向相減）（見圖6、圖7）。然后，教師組織學(xué)生進(jìn)行實驗，探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律。

實驗?zāi)康模禾骄績蓚€互成角度的力的合成規(guī)律。

實驗器材：兩個彈簧測力計、橡皮條、細(xì)繩、木板、白紙、圖釘、刻度尺等。

實驗步驟如下。

步驟1：用兩個彈簧測力計共同拉在橡皮條，使橡皮條的結(jié)點從E點運動到O點。記下兩個彈簧測力計的示數(shù)F₁、F₂的大小和方向。

步驟2：只用一個彈簧測力計將同一個橡皮條的結(jié)點從E點拉至O點。記下合力F的大小和方向。

步驟3：使用同一標(biāo)度，將三個力作用在同一點的圖示畫出來，觀察它們之間的圖形關(guān)系。

實驗結(jié)論：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，兩個力的合力為以表示這兩個分力的有向線段為鄰邊作出的平行四邊形的對角線所代表的力（見圖8）。教師播放力的合成的平行四邊形定則視頻，總結(jié)實驗規(guī)律，并強(qiáng)調(diào)作圖注意事項（見圖9）。

接著，教師提出一系列問題。

問題1：仔細(xì)觀察下面圖形中分力F₁、F₂和合力F，你能得出什么結(jié)論？合力在什么條件下最大，什么條件下最??？如何確定合力的范圍？（見圖10）

問題2：如果兩個或更多的共點力作用在一個物體上，怎樣應(yīng)用平行四邊形定則求出它們的合力？

問題3：我們知道了如何求互成角度的兩個力的合力，那么如何求一個合力的分力呢？

在物理學(xué)中，我們把求一個力的分力的過程叫作力的分解。如果上述實驗中，先用一個彈簧測力計通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點拉到位置O，然后再用兩個彈簧測力計把橡皮條的結(jié)點拉到相同的位置O，你能得到什么結(jié)論？如果沒有限制，同一個力F可以分解為多少對分力？

學(xué)生通過實驗探究力的分解規(guī)律，教師總結(jié)道：“由于各個力的數(shù)據(jù)都沒有改變，因此，力的分解也遵循平行四邊形定則?！比魶]有限制，同一個力可以分解為無數(shù)對大小、方向不同的分力（見圖11）。按力的作用效果進(jìn)行分解，對斜向上拉物體的力F的分解（見圖12），F(xiàn)的作用效果包括水平向右拉物體和豎直向上提物體。斜面上物體重力的分解如圖13所示。重力G的作用效果包括使物體沿斜面向下滑和使物體垂直向下壓緊斜面。

由此引入矢量和標(biāo)量的概念：矢量是既有大小又有方向的物理量，其運算法則遵循平行四邊形定則，例如力、位移、速度、加速度、電場強(qiáng)度、動量等。標(biāo)量是只有大小而沒有方向的物理量，其運算法則遵循算術(shù)法則，例如質(zhì)量、路程、功、電流等。^［6］

設(shè)計意圖：物理學(xué)科是一門實驗科學(xué)，因此要重視物理實驗的教學(xué)。讓學(xué)生親自動手做實驗，可以提升他們的實驗?zāi)芰?，并進(jìn)一步深化他們對知識的理解。教師引導(dǎo)下的分組討論和實驗設(shè)計能有效培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力。通過兩次猜想分力與合力之間的圖形關(guān)系，學(xué)生可以加深對矢量的理解，體會矢量與標(biāo)量的區(qū)別。這不僅有助于學(xué)生突破思維定式，還能培養(yǎng)他們的抽象概括能力、科學(xué)建模能力和科學(xué)論證能力。

4.2.4 交流評價，反饋矯正

歷史上，斯蒂文通過對斜面上物體和鏈條的平衡（見圖14、圖15）的研究最早提出了力的合成和分解原理，并認(rèn)為力的合成和分解原理遵循三角形定則。^［7］牛頓在其經(jīng)典著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中大膽地提出力的合成和分解遵循平行四邊形定則（見圖16）。^［8］平行四邊形定則

的發(fā)現(xiàn)歷史對于我們有重要的啟發(fā)意義。教師要求學(xué)生結(jié)合兩位科學(xué)家的研究歷程和觀點演進(jìn)，談?wù)剬ψ约旱膯⑹?。學(xué)生自然地體會到平行四邊形定則的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了曲折的過程，它凝聚了斯蒂文、牛頓等眾多科學(xué)家的心血。我們應(yīng)該學(xué)習(xí)科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)求實、勇于創(chuàng)新的精神。

設(shè)計意圖：高中物理學(xué)科在立德樹人方面扮演著重要角色。結(jié)合物理學(xué)史讓學(xué)生了解科學(xué)家探究和發(fā)現(xiàn)物理定律、定則的歷程，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。通過探討力的合成和分解所遵循的平行四邊形定則的發(fā)現(xiàn)歷程，學(xué)生能夠領(lǐng)悟到許多重大發(fā)現(xiàn)背后科學(xué)家們的艱辛探索。這不僅有助于學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家們的探究精神，錘煉個人品質(zhì)，從而激勵他們勇攀科學(xué)高峰，還能進(jìn)一步促進(jìn)高中物理課程中的思政教育。

4.2.5 應(yīng)用提升

教師用PPT展示課本例題，指導(dǎo)學(xué)生用作圖法求合力。學(xué)生讀題，審題，嘗試解題。小組展示，互相點評。教師引導(dǎo)學(xué)生分析解題步驟，進(jìn)行解題演示。

設(shè)計意圖：物理課堂教學(xué)要重視例題教學(xué)，從培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)角度開展習(xí)題教學(xué)，采取師生合作等多種方式，充分調(diào)動學(xué)生應(yīng)用課堂所學(xué)知識解決典型問題的積極性。教師在引導(dǎo)學(xué)生審題、讀題規(guī)范和解題的過程中，幫助學(xué)生掌握典型題目的解題步驟、方法和能力。這樣的教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力，同時提升他們的交流、評估和反思能力。

4.2.6 課堂總結(jié)

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課的收獲，并在PPT上展示課堂小結(jié)。

設(shè)計意圖：教師在對本節(jié)課知識進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，為了克服知識“零散化”的弊端，有必要對所學(xué)知識進(jìn)行整合，幫助學(xué)生形成一個完整的知識體系，并理解知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過讓學(xué)生分享本節(jié)課的收獲，教師及時給予積極的肯定性評價，將這一過程作為促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展的重要手段。

這樣的教學(xué)活動可以培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)知識體系的能力，幫助他們進(jìn)一步理解和內(nèi)化所學(xué)知識，從而形成力的合成和分解的全面知識框架。

4.3 第三環(huán)——課后環(huán)節(jié)

課后作業(yè)包括書面作業(yè)和探究作業(yè)：分力方向不變，大小增大，合力將如何變化？（作出力的圖示）兩個分力的大小不變，方向改變，合力將如何變化？多個力作用在物體上，你會求合力嗎？你會用正交分解法求分力嗎？

設(shè)計意圖：在不額外增加學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)的前提下，教師布置適量的課后作業(yè)對于學(xué)生鞏固所學(xué)知識、檢測學(xué)習(xí)效果、內(nèi)化知識和增強(qiáng)知識的應(yīng)用能力具有重要價值。教材中的習(xí)題具有典型性，能夠有效地幫助學(xué)生掌握本課必備知識、形成關(guān)鍵能力。通過布置課本習(xí)題，教師可以增加學(xué)生做題練習(xí)的實踐機(jī)會，幫助學(xué)生克服在實際操作中遇到的困難。此外，布置一道綜合性的探究題，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，并對本節(jié)課的重點內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步總結(jié)。

5 結(jié)語

在深化教育評價改革，持續(xù)推進(jìn)新課程、新教材、新高考的改革和素質(zhì)教育的背景下，學(xué)科核心素養(yǎng)的培育受到了空前的重視。以素養(yǎng)為導(dǎo)向的“三環(huán)四步”教學(xué)模式在我校及省市學(xué)校的課堂教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。實踐證明，這是一種行之有效的教學(xué)模式。在今后的教學(xué)實踐中，我們將進(jìn)一步推廣和完善該教學(xué)模式，繼續(xù)優(yōu)化操作條件和流程，并基于教學(xué)反饋和評價進(jìn)行深入研究。

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