鄭紅　雷迎春

摘? 要：科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)必須落實在課堂教學(xué)中，體現(xiàn)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容?？茖W(xué)探究是科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)主要內(nèi)容之一，文章結(jié)合“杠桿”這節(jié)課談?wù)勅绾瓮癸@科學(xué)探究，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué);核心素養(yǎng);科學(xué)探究

科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過程中形成的具有科學(xué)學(xué)科特點的品質(zhì)，是學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是學(xué)生適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，其內(nèi)容主要包括科學(xué)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。要落實科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，就必須將核心素養(yǎng)培養(yǎng)與課堂教學(xué)設(shè)計進行有效結(jié)合，在課堂教學(xué)中體現(xiàn)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容。文章以華師大版《義務(wù)教育教科書·科學(xué)》九年級上冊“杠桿”一課的教學(xué)為例，談?wù)勅绾瓮癸@科學(xué)探究，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、教材分析

“杠桿”是第五章“簡單機械與功”第一節(jié)內(nèi)容。杠桿五要素知識的掌握對滑輪的理解非常重要，是后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，因此，該課程是本章教學(xué)的重點。力臂概念的建立、杠桿的五要素是“杠桿”一節(jié)課的教學(xué)重點，正確理解力臂、繪制力臂是本節(jié)課的教學(xué)難點。對杠桿知識的認(rèn)識建立在學(xué)生日常接觸的剪刀、指甲剪、羊角錘等物品的基礎(chǔ)上，通過深入分析、比較這些物品的特點，進而建構(gòu)杠桿模型。本節(jié)課內(nèi)容從學(xué)生熟悉的物品入手，引導(dǎo)學(xué)生探究并認(rèn)識其中隱含的科學(xué)規(guī)律，將科學(xué)知識與日常生活、社會實踐相結(jié)合，充分體現(xiàn)“從生活走進科學(xué)，從科學(xué)走向社會”的新課程理念。

二、教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是：認(rèn)識生活和生產(chǎn)中的各種杠桿，并了解人體的杠桿;認(rèn)識杠桿的支點、動力、阻力、動力臂和阻力臂;培養(yǎng)學(xué)生從科學(xué)視角分析運動與相互作用的基本原理，并能用杠桿的知識解釋、解決在生活中遇到的問題;培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)理想的杠桿模型的意識和能力，并對杠桿問題進行描述、解釋，能基于證據(jù)進行大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問題;培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究意識，提出合理的猜想與假設(shè)，具有設(shè)計探究方案、獲取證據(jù)的能力;培養(yǎng)學(xué)生的溝通與合作能力，能準(zhǔn)確地表述、評估和反思實驗探究的過程與結(jié)果;培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究科學(xué)的好奇心和求知欲;培養(yǎng)學(xué)生準(zhǔn)確理解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境四者之間的關(guān)系;培養(yǎng)學(xué)生保護環(huán)境、節(jié)約資源的責(zé)任感和使命感等。

三、教學(xué)過程

1. 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師用PPT展示中國著名的橋梁照片，如港珠澳大橋、北盤江大橋等。

師：同學(xué)們看到以上照片有什么感想？

生：中國真?zhèn)ゴ螅芙ㄔ爝@么多舉世聞名的橋梁，作為中國人，我們感到很自豪。

師：我國在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的突飛猛進。大家都知道，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中必然要用到塔吊和挖掘機（教師出示圖片），其實這兩種設(shè)備都用到了杠桿，那么什么是杠桿？杠桿又有什么特點？今天我們就來學(xué)習(xí)一下杠桿。

【設(shè)計意圖】通過對中國著名橋梁的介紹，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注國家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增強學(xué)生的民族自豪感，同時引導(dǎo)學(xué)生從實際生活走進科學(xué)學(xué)科，關(guān)注生活中的科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)問題。

2. 注重體驗，建構(gòu)模型

教師讓學(xué)生拔出木塊中的釘子。剛開始學(xué)生徒手無法完成任務(wù)，然后教師提供羊角錘，讓學(xué)生慢慢拔出釘子，從而體驗用羊角錘拔釘子的過程，并重點觀察羊角錘的位置變化。

師：大家觀察到了什么？

生：羊角錘在轉(zhuǎn)動。

教師讓學(xué)生觀察撬棒、蹺蹺板和抽水搖把三個動畫視頻。

師：從三個動畫中你們發(fā)現(xiàn)它們有什么共同特點？

生1：撬棒、蹺蹺板、抽水搖把都與前面實驗中的羊角錘一樣在轉(zhuǎn)動，而且都在圍繞某個點轉(zhuǎn)動。

生2：圍繞轉(zhuǎn)動的點是支點。

師：你對支點是怎樣理解的？

生2：支點支持了整個物體。

師：大家還有什么發(fā)現(xiàn)？

生3：羊角錘、撬棒、蹺蹺板和抽水搖把都不容易發(fā)生形變。

師：以上工具是否可以看作是棒狀結(jié)構(gòu)？

生：可以。

師：我們把具有上述特點的物體叫做杠桿。誰能歸納出什么是杠桿？

生4：在力的作用下能繞固定點轉(zhuǎn)動的硬棒叫杠桿。

師：為什么是硬棒？

生4：硬棒不容易發(fā)生形變。

師：杠桿一定是直棒嗎？試舉例說明。

生5：不是，如剛才說的抽水搖把就不是直棒。

師：杠桿一定是棒狀結(jié)構(gòu)嗎？

生6：不一定，如滾上臺階的油桶也可以看成是杠桿，轉(zhuǎn)動的木箱也可以看成是杠桿。

教師進一步讓學(xué)生體驗使用剪刀、鑷子、試管夾等工具，觀察使用這些工具的過程中有沒有利用杠桿，進一步深化理解杠桿的特點。

【設(shè)計意圖】通過拔釘子活動觀察羊角錘的轉(zhuǎn)動，將撬棒、蹺蹺板、抽水搖把的轉(zhuǎn)動與羊角錘的轉(zhuǎn)動進行比較，從而歸納出它們的共同特點，抽象出杠桿模型，培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)杠桿模型的思維能力。通過增強學(xué)生的切身體驗，鼓勵學(xué)生體驗發(fā)現(xiàn)知識的過程，在認(rèn)知的曲折與碰撞中發(fā)現(xiàn)并建構(gòu)新的知識體系。這是順應(yīng)《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》的要求，實現(xiàn)初中科學(xué)有效教學(xué)的正確途徑。

3. 交流討論，理解支點

師：其實，古代勞動人民就已經(jīng)學(xué)會了使用杠桿，如埃及金字塔的建造過程中搬動巨石就使用了杠桿，古代汲水工具桔槔也運用了杠桿原理。剛才生2說到了支點，那什么是支點呢？

生：杠桿繞著轉(zhuǎn)動的固定點就是支點，用字母O表示。

師：用開瓶器開啤酒瓶蓋時，杠桿的支點在哪里？（教師在黑板上畫出簡圖。）

生7：瓶蓋邊緣的一點。

生8：瓶蓋上方與開瓶器接觸的一點是支點。

師：兩名學(xué)生誰的觀點正確？

生：生8的觀點正確，因為開瓶器是繞著瓶蓋與開瓶器接觸的一點轉(zhuǎn)動。

師：在杠桿中，使杠桿轉(zhuǎn)動的力叫動力，我們用F1來表示;阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力叫阻力，用F2來表示。

【設(shè)計意圖】教師引導(dǎo)學(xué)生觀察古代人們用到的杠桿，通過對常見杠桿的分析使學(xué)生理解杠桿的支點，并了解杠桿的動力和阻力。

4. 實驗創(chuàng)新，突破難點

師：生活處處是科學(xué)，留心觀察皆學(xué)問。同學(xué)們在生活中有沒有見過這樣的工具？（教師出示圖片。）

生：桿秤。

師：桿秤也可以看成杠桿。老師為每個小組準(zhǔn)備了一個自制的桿秤，同學(xué)們嘗試迅速地調(diào)整，讓桿秤在水平位置靜止。

小組合作探究，動手操作。

師：當(dāng)杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)時就稱為杠桿平衡。剛才的桿秤都處于平衡狀態(tài)，但是我們是否知道螺母對杠桿的拉力大??？如何才能測出螺母對杠桿拉力的大小呢？

生：使用彈簧測力計。

學(xué)生活動：用彈簧秤豎直向下拉點A，使桿秤在水平位置平衡，記下拉力的大小;用彈簧秤豎直向下拉點B，使桿秤在水平位置平衡，記下拉力的大小;用彈簧秤斜向下拉點B，使桿秤在水平位置平衡，記下拉力的大?。ˋ，B兩點為事先標(biāo)注的與支點遠近不同的兩點）。

學(xué)生分組匯報實驗結(jié)果。

師：在A，B兩點豎直向下拉，使杠桿在水平位置平衡時，A，B兩點用力的大小一樣嗎？說明了什么？

生9：不一樣。說明要使杠桿平衡在不同的點所用的力的大小是不一樣的。

師：在杠桿的同一點豎直向下和斜向下拉使杠桿平衡時，力的大小一樣嗎？說明了什么？

生10：不一樣，說明力的大小與力的方向有關(guān)。

師：剛才的探究活動說明使杠桿平衡所施加的力的大小不僅與力的作用點有關(guān)，還與力的方向有關(guān)。那么，我們能否把力的大小和方向用一個科學(xué)量表示？老師帶來了一件自制的新儀器。

教師展示自制力臂演示裝置。在科學(xué)支架上固定一個質(zhì)地均勻、畫有數(shù)個同心圓且刻畫有部分圓的切線的圓盤。

師：這個圓盤能繞軸轉(zhuǎn)動，它是否可以看作是杠桿？

生：可以。

教師演示：在圓盤杠桿的一邊掛上鉤碼，在距離支點距離相同的點A處用彈簧測力計豎直向下拉，記下彈簧測力計的讀數(shù)為1.4 N。然后，用彈簧測力計豎直向下拉距離轉(zhuǎn)軸為兩倍點A距離的點，發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的讀數(shù)變?yōu)?.7 N。改變拉力的方向，當(dāng)彈簧測力計示數(shù)變?yōu)?.4 N時讓學(xué)生觀察，發(fā)現(xiàn)在A，B兩點拉杠桿使其在水平位置平衡，當(dāng)拉力相等時，支點到拉力所在直線的距離相等。進而引入力臂的概念：動力臂是支點到動力作用線的垂直距離;阻力臂是支點到阻力作用線的垂直距離。

【設(shè)計意圖】力臂的認(rèn)識與理解是本節(jié)課的難點，通過自制桿秤，讓學(xué)生探究如何使桿秤在水平位置平衡;在桿秤上不同的點豎直向下拉，使其在水平位置平衡，發(fā)現(xiàn)拉力大小不同;在桿秤上同一點豎直向下和斜向下拉，發(fā)現(xiàn)拉力的大小不同，從而得出使杠桿平衡的力的大小與力的作用點和力的方向有關(guān)。然后，通過自制杠桿力臂演示裝置，使學(xué)生進一步理解要用相同的力使杠桿平衡，就要使支點到力所在的直線距離相等，從而引入力臂的概念。在上述實驗過程中，教師運用了等效替代法，等效替代可以運用到科學(xué)實驗中，是科學(xué)研究中的一種重要思維方法。其主要包括兩種形式：一是材料的替代，即換用效果相同的材料;二是方案的替代，即從不同的角度去獲取證據(jù)。這種讓學(xué)生有充足線索思考和解決問題的教學(xué)，才能真正幫助學(xué)生提升思維能力。

5. 方法指導(dǎo)，力臂作圖

師：力臂是支點到力的作用線的距離，可以簡稱為“點到線”的距離，點就是支點，線就是力的作用線。力的作用線是指通過力的作用點沿力的方向所引的直線，數(shù)學(xué)中所說的直線是沒有端點的，因此可以順向和反向延長。

教師示范力臂的畫法，作力臂的過程可以簡單的說成“找點、畫線、作垂”。

【設(shè)計意圖】會分析杠桿的力臂對杠桿平衡條件、杠桿動態(tài)平衡分析都非常重要。規(guī)范學(xué)生正確做力臂也是教學(xué)難點。在教學(xué)過程中，教師用更簡潔的語言讓學(xué)生明確作力臂的幾個步驟，這樣有利于學(xué)生深刻理解力臂作法。

6. 課堂練習(xí)，及時鞏固

讓學(xué)生練習(xí)力臂的作圖，在作圖過程中強調(diào)動力、阻力必須是作用在杠桿上的，力臂必須過支點。其中一個練習(xí)是用已知動力臂作動力，培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。

四、教學(xué)反思

“杠桿”是初中科學(xué)教學(xué)中的一個重要概念，它與壓強、密度、浮力等知識點均有十分密切的聯(lián)系。教師在處理教材、組織教學(xué)的過程中有很多亮點，體現(xiàn)了學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。

“核心素養(yǎng)”不是直接由教師教出來的，而是在問題情境中借助問題解決的實踐培養(yǎng)起來的。本節(jié)課中，教師從基礎(chǔ)建設(shè)中用到的塔吊、挖掘機引入杠桿課題，注意由“抽象知識”轉(zhuǎn)向“具體情境”，注重營造學(xué)習(xí)情境的真實性。另外，教師還講到桿秤、開瓶器、蹺蹺板等，通過自制桿秤探究杠桿的要素，注重科學(xué)與實際生活的聯(lián)系。

教師給予學(xué)生更多的小組合作機會，通過小組討論得出優(yōu)化實驗設(shè)計的方案，通過小組合作完成實驗數(shù)據(jù)采集，交流形成探究結(jié)論。讓學(xué)生在探究過程中經(jīng)歷精彩的信息處理過程：問題的設(shè)定、假設(shè)的建立、驗證計劃、驗證過程、結(jié)論的琢磨等。通過這樣的探究過程，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

教師還通過自制教具，將力臂的理解轉(zhuǎn)化為實驗的觀察、分析，加深學(xué)生對力臂的理解?？茖W(xué)教學(xué)不能只重視學(xué)生對概念規(guī)律的記憶，還要注重科學(xué)本質(zhì)的呈現(xiàn)，以免學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解產(chǎn)生偏差。教師在教學(xué)中歸納“力臂是支點到力的作用線的距離，可以簡稱為“點到線”的距離，點就是支點，線就是力的作用線。力的作用線是指通過力的作用點沿力的方向所引的直線，數(shù)學(xué)中所說的直線是沒有端點的，因此可以順向和反向延長”。然后引導(dǎo)學(xué)生作好力臂后檢查畫出的力臂有沒有過支點、有沒有和動力或阻力所在的直線垂直，達到自我診斷的目的，從而突破“作力臂”這一教學(xué)難點。

在大力倡導(dǎo)以學(xué)科核心素養(yǎng)指導(dǎo)教學(xué)的理念下，要求教師在日常教學(xué)過程中要做到：盡可能讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo);盡可能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科知識;盡可能讓學(xué)生先提教學(xué)問題;盡可能讓學(xué)生領(lǐng)悟?qū)W習(xí)方法;盡可能讓學(xué)生探究疑難問題;盡可能讓學(xué)生評價教學(xué)得失，這些都是科學(xué)探究的精神體現(xiàn)。而科學(xué)教學(xué)的本質(zhì)就是培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)真諦的崇高信仰和對科學(xué)之謎的無限遐想，其關(guān)鍵在于在教學(xué)過程中使學(xué)生常懷好奇之心、常備探究之意和常有感悟之樂，其目的是不僅要讓學(xué)生掌握豐富的理論知識，更重要的是要培養(yǎng)他們敢于探索、勇于創(chuàng)新的精神，不僅要把學(xué)生培養(yǎng)成為新現(xiàn)象、新問題、新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)者，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生成為一個敢于嘗試、勇于挑戰(zhàn)失敗的實踐者和樂于思考、善于總結(jié)的探究者。

在上述“杠桿”的教學(xué)案例中，教師很好地運用了以核心素養(yǎng)指導(dǎo)教學(xué)的理念，并在教學(xué)過程中時刻凸顯出科學(xué)探究，以科學(xué)探究為支點，以巧妙的課堂設(shè)計為杠桿，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)做了一次十分有意義的探索和嘗試。

參考文獻：

[1]張正太. “杠桿”一課的教學(xué)設(shè)計[J]. 物理通報，2013（6）.

[2]楊潔如. 蘇科版《杠桿》學(xué)情現(xiàn)狀分析及相應(yīng)教學(xué)策略[J]. 中學(xué)物理（初中版），2014，32（2）.

[3]徐建剛，趙力紅. 初中科學(xué)課堂實驗創(chuàng)新設(shè)計策略的研究[J]. 物理教學(xué)，2018（2）.

[4]符東生. 利用實驗幫助學(xué)生建構(gòu)概念：以“杠桿”教學(xué)為例[J]. 中小學(xué)教材教學(xué)，2015（10）.

[5]鐘啟泉. 基于核心素養(yǎng)的課程發(fā)展：挑戰(zhàn)與課題[J]. 全球教育展望，2016（1）.

[6]鄭珊，陳清梅，邢紅軍. 杠桿教學(xué)的高端備課[J]. 物理通報，2014（9）.

[7]雷迎春. 指向核心素養(yǎng)的“電磁感應(yīng)”教學(xué)設(shè)計[J]. 物理教師，2019（4）.