劉興

[摘? ?要]隨著《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新標(biāo)準(zhǔn)”）的正式頒布，新高考改革也在有序推進(jìn)，但新教材遲遲未審查通過。對(duì)江蘇省2018級(jí)高一學(xué)生的物理教學(xué)而言，如何使用老教材，貫徹新理念、新課標(biāo)，這對(duì)廣大教師的教學(xué)提出了更高的要求。文章結(jié)合《彈力》教學(xué)公開課的實(shí)踐與反思，探討基于問題導(dǎo)學(xué)的物理教學(xué)方案的設(shè)計(jì)，具體以“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)為例，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)彈力與形變關(guān)系的理解與掌握，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]問題導(dǎo)學(xué);核心素養(yǎng);彈力

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2018）35-0042-02

《彈力》是人民教育出版社出版的高中物理教材必修1第三章第2節(jié)，是老教材老內(nèi)容。而新課程標(biāo)準(zhǔn)有了較大的變化，新標(biāo)準(zhǔn)提出了以下四個(gè)方面的教學(xué)建議：

1.基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)確定教學(xué)的目標(biāo)和內(nèi)容

2.在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過程中重視情境創(chuàng)設(shè)

3.重視科學(xué)探究能力的培養(yǎng)和信息技術(shù)的應(yīng)用

4.通過問題解決促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成

在《彈力》教學(xué)設(shè)計(jì)中，筆者通過創(chuàng)設(shè)興趣盎然的情境，讓學(xué)生感受形變，圍繞形變和彈力的邏輯關(guān)系，通過問題導(dǎo)學(xué)，促使學(xué)生形成“彈力”這一物理概念，在“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生通過小組合作，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷科學(xué)探究過程。在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生個(gè)體的發(fā)展，注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

一、基于學(xué)生認(rèn)知，構(gòu)建物理觀念

按照新課標(biāo)要求，在教學(xué)過程中，應(yīng)該讓學(xué)生經(jīng)歷對(duì)彈力這一物理概念的建構(gòu)過程，為此，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生觀察、體驗(yàn)相關(guān)的物理現(xiàn)象，再引導(dǎo)學(xué)生概括和抽象其本質(zhì)，探尋概念的內(nèi)涵。

1.創(chuàng)設(shè)情境，喚起興趣

播放并讓學(xué)生觀察有趣的視頻：彎曲的樹葉把毛毛蟲彈飛 。提出問題：毛毛蟲有沒有受到力的作用？受到誰的力？以此激起學(xué)生的思維興趣。

2.學(xué)生動(dòng)手，感受形變

課桌上準(zhǔn)備了氣球和橡皮泥，讓學(xué)生想辦法使這兩個(gè)物體發(fā)生形變。

提出問題：氣球和橡皮泥為什么會(huì)發(fā)生形變？什么叫作形變？撤去外力后這兩個(gè)物體的形變還能保持嗎？

3.放大形變，突破難點(diǎn)

提出問題：一切物體在外力作用下都能發(fā)生形變嗎？當(dāng)我們用力擠壓堅(jiān)硬物體的時(shí)候，物體有沒有發(fā)生形變？

學(xué)生猜想：應(yīng)該都能，但是有的物體形變量太小，所以肉眼觀察不出來。

演示實(shí)驗(yàn)1：擠壓玻璃瓶（圖略）

用手壓扁平瓶子的不同部位，發(fā)現(xiàn)細(xì)管中的液面上升或下降，通過觀察液面的升降可以判斷瓶子發(fā)生形變。

演示實(shí)驗(yàn)2：按壓講臺(tái)（如右圖）

在講臺(tái)上放兩個(gè)平面鏡，用小型激光源發(fā)射激光照射平面鏡M，用力擠壓桌面。一束激光依次被兩面鏡子反射，通過反光鏡的放大可以使墻上的光點(diǎn)移動(dòng)很大的距離。通過放大，演示“微小形變”的過程，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到任何物體都可以發(fā)生形變。在課堂教學(xué)中，通過實(shí)驗(yàn)，滲透微觀放大的物理思想方法，讓學(xué)生在解決問題的過程中獲得對(duì)放大法的理性認(rèn)識(shí)。

4.分析類比，引出條件

提出問題：前面播放的視頻中，毛毛蟲為什么會(huì)飛出去？誰給的力？樹葉為什么對(duì)毛毛蟲有力的作用？

通過引導(dǎo)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)：“發(fā)生形變的物體，有恢復(fù)原狀的特性?！蔽矬w具有的這種本質(zhì)特性就叫作“彈性”。這種特性讓物體在發(fā)生形變的過程中，就會(huì)對(duì)與之接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫作彈力。從而讓學(xué)生歸納出彈力的概念，以及彈力產(chǎn)生的條件。

二、通過問題導(dǎo)學(xué)，培養(yǎng)科學(xué)思維能力

發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力是本節(jié)課重要的教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生基于事實(shí)和邏輯推理突破彈力方向這一教學(xué)難點(diǎn)，使感性認(rèn)識(shí)內(nèi)化為理性認(rèn)識(shí)，從而逐步提升分析問題和解決問題的能力。

1.引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，突破教學(xué)難點(diǎn)

讓學(xué)生用左右手的兩個(gè)手指，水平拉伸彈簧，并思考以下問題：我們?cè)谘芯繌椈蓪?duì)手的彈力方向過程中，施力物體是誰？施力物體往哪個(gè)方向發(fā)生形變？彈簧對(duì)手的彈力沿什么方向？彈力的方向與施力物體形變方向有什么關(guān)系？讓學(xué)生通過對(duì)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的討論得出結(jié)論：“彈力方向與施力物體發(fā)生形變的方向相反?！?/p>

2.小組合作探究，弄清幾種常見彈力方向

（1）壓力與支持力方向的特點(diǎn)

課本放在桌面上，討論桌面形變給課本的彈力方向。

課本放在桌面上，討論課本形變給桌面的彈力方向。

在教學(xué)過程中，筆者也考慮過用一些形變明顯的物體來讓學(xué)生判斷壓力和支持力的方向，考慮到高中生的認(rèn)知水平，終究要從感性認(rèn)識(shí)上升到理性思維。實(shí)際教學(xué)中，是讓學(xué)生結(jié)合前面演示的桌面微小形變，判斷水平桌面和課本的彈力方向。

（2）細(xì)繩掛鉤碼，討論細(xì)繩拉力方向的特點(diǎn)

細(xì)繩拉鉤碼時(shí)，細(xì)繩和鉤碼都發(fā)生的是微小形變，結(jié)合前面彈簧拉伸實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生完成思維和知識(shí)的遷移，加深學(xué)生對(duì)形變和彈力的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力。

三、科學(xué)探究，落實(shí)新標(biāo)準(zhǔn)要求

新標(biāo)準(zhǔn)中明確了21個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)（必修12個(gè)，選擇性必修9個(gè)），實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的增多、強(qiáng)化，是加強(qiáng)科學(xué)實(shí)踐，注重與生活實(shí)際聯(lián)系的具體反映。新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)明確把“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”列為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。

新課標(biāo)準(zhǔn)1.2.1對(duì)本實(shí)驗(yàn)的要求是“通過實(shí)驗(yàn)，了解胡克定律”。即通過實(shí)驗(yàn)，探究彈簧在發(fā)生形變時(shí)，其形變大小與彈力大小的定量關(guān)系，得到“彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力的大小跟彈簧伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度成正比”的結(jié)論。

1.層層設(shè)問，讓學(xué)生科學(xué)猜想

教學(xué)過程中，請(qǐng)學(xué)生思考以下問題：

（1）為什么有的彈簧用很小的力氣就能夠被拉伸或壓縮， 有的彈簧用很大的力氣還是不能被拉伸或壓縮？

（2）為什么自己做的彈簧，有時(shí)拉或壓的力氣太大， 它就不能恢復(fù)原來狀態(tài)？

（3）彈簧的彈力是與彈簧的長(zhǎng)度有關(guān)，還是與其拉伸或壓縮的長(zhǎng)度有關(guān)？

（4）彈簧的彈力到底跟哪些因素有關(guān)？

學(xué)生很容易猜想到彈簧彈力可能與彈簧的材料、粗細(xì)等因素有關(guān)。彈力的大小可能與彈簧的長(zhǎng)度有關(guān)， 也可能與拉伸或壓縮的長(zhǎng)度有關(guān)。根據(jù)學(xué)生的猜測(cè)，讓學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)， 探究彈簧的彈力到底跟哪些因素有關(guān)。

2.自選方案，合作探究

每個(gè)小組根據(jù)自己的猜測(cè)， 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行探究。為每個(gè)小組準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)器材有：帶橫桿的鐵架臺(tái)、三個(gè)不同的彈簧、鉤碼 5 個(gè)（每個(gè) 50 g）、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、坐標(biāo)紙。各個(gè)小組自行設(shè)計(jì)表格，記錄數(shù)據(jù)，研究彈力大小到底跟哪些因素有關(guān)。學(xué)生在小組討論中根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：把彈簧上端固定在鐵架臺(tái)的橫桿上，在彈簧下端懸掛不同質(zhì)量的砝碼，以獲得給彈簧施加不同大小力F的數(shù)據(jù)，用刻度尺測(cè)量彈簧下端在不同受力時(shí)伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度x，把它們記錄在小組設(shè)計(jì)的表格中，分析這些數(shù)據(jù)的規(guī)律。

其中一個(gè)小組設(shè)計(jì)的表格及數(shù)據(jù)記錄如下：

[彈簧自然下垂時(shí)指針?biāo)傅目潭龋╟m） 8.0 鉤碼數(shù) 1 2 3 4 掛上鉤碼時(shí)指針?biāo)缚潭龋╟m） 10.0 11.9 14.0 16.0 彈簧伸長(zhǎng)量x（cm） 2.0 3.9 6.0 8.0 彈簧彈力F（N） 0.5 1.0 1.5 2.5 ]

3.運(yùn)用圖像，探索規(guī)律

很多學(xué)生已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)圖像學(xué)習(xí)中，掌握了處理數(shù)據(jù)的直觀方法——圖像法。因此，依據(jù)實(shí)驗(yàn)中所得的數(shù)據(jù)，部分學(xué)生也能通過畫出F -x 圖像，探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，讓這部分學(xué)生代表上臺(tái)展示，發(fā)現(xiàn)F -x 圖像是一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線，討論后得出結(jié)論：彈力跟彈簧伸長(zhǎng)量成正比關(guān)系。另一部分學(xué)生探究了彈力跟彈簧長(zhǎng)度的關(guān)系， 依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出 F -x 圖像，他們得出的結(jié)論是：彈力跟彈簧長(zhǎng)度的關(guān)系圖線是一條不經(jīng)過原點(diǎn)的直線，得出：彈力跟彈簧長(zhǎng)度之間是一次函數(shù)關(guān)系。

筆者在公開課上，到此只剩一分鐘，在總結(jié)的過程中，教師對(duì)這兩種結(jié)果都給予了肯定、表?yè)P(yáng)。雖然傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師偏向于學(xué)生探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系，通過彈力跟彈簧伸長(zhǎng)量的正比關(guān)系，得到胡克定律的雛形。實(shí)際上，教學(xué)中必須充分考慮個(gè)體差異，有很多學(xué)生從理性認(rèn)識(shí)上知道彈力和彈簧伸長(zhǎng)有關(guān)，內(nèi)心還是很好奇，很想探索彈力跟彈簧長(zhǎng)度之間有沒有什么關(guān)系，這時(shí)候教師應(yīng)鼓勵(lì)他，給他探索的機(jī)會(huì)。對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的保護(hù)和鍛煉非常有必要。

教育部《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》中強(qiáng)調(diào)“要根據(jù)核心素養(yǎng)體系，明確學(xué)生完成不同學(xué)段、不同年級(jí)、不同學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容后應(yīng)該達(dá)到的程度要求，指導(dǎo)教師準(zhǔn)確把握教學(xué)的深度和廣度”。落實(shí)立德樹人，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵在教學(xué)，教學(xué)中要明確新標(biāo)準(zhǔn)要求，依據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行精心預(yù)設(shè)，并使課堂教學(xué)精彩紛呈。本節(jié)課在問題導(dǎo)學(xué)中學(xué)習(xí)彈力這一新的物理概念，通過研究彈力和形變的聯(lián)系，學(xué)習(xí)了彈力的產(chǎn)生、方向以及大小，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，讓學(xué)生能準(zhǔn)確把握這一新的性質(zhì)力的深刻內(nèi)涵，形成物理觀念，通過研究形變與彈力的邏輯關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)體系的形成，在科學(xué)探究中關(guān)注個(gè)體發(fā)展，發(fā)展學(xué)生對(duì)科學(xué)的好奇心和求知欲，幫助學(xué)生獲得對(duì)自身終身發(fā)展有用的本領(lǐng)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

廖伯琴.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解紛呈讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

（責(zé)任編輯? ?易志毅）