黃佳雯

摘 ? 要：以發(fā)展學生物理核心素養(yǎng)為導向，巧用自制創(chuàng)新實驗教具，設計“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，激活科學思維，提升科學探究能力，促進學生科學態(tài)度和社會責任意識的形成。

關鍵詞：物理核心素養(yǎng)；牛頓第三定律；教學創(chuàng)新設計；自制實驗儀器

引言

物理核心素養(yǎng)的提出是對三維課程目標的深化和發(fā)展，是實現(xiàn)從“教書”向“育人”的轉(zhuǎn)變[ 1 ]。它指的是學生在接受物理教育的過程中，逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內(nèi)化的帶有物理學科特性的品質(zhì)[ 2 ]。而在高中階段，學生對物理學科產(chǎn)生厭學情緒的不在少數(shù)，教師過于重視知識的傳授是首要原因，其次是循規(guī)蹈矩地重現(xiàn)知識體系，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)學生的關鍵能力。而課堂是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的主要戰(zhàn)地，教學設計更應契合培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的要求，引導學生用科學研究方法去認識和理解自然，養(yǎng)成科學思維的習慣，形成良好的科學態(tài)度和價值觀，增強科學創(chuàng)新意識和實踐能力。

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)容進行合理分割，力圖將提升學生物理核心素養(yǎng)的教學思想有效地融入物理教學實踐中去。

1 ?激趣激疑 ?高效產(chǎn)生物理問題

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，未松開瓶口軟塞時，則無水從管口流出，松開軟塞時，引導學生思考為何在“沒有外力”的作用下，水瓶竟然“自動”旋轉(zhuǎn)起來（如圖2）。

設計意圖：教師利用自制教具，課堂演示生動有趣的物理現(xiàn)象，引領學生主動思考，激發(fā)學生的好奇心與求知欲，達到激趣激疑的教學目的，同時也為后續(xù)的教學埋下伏筆。

2 ?巧用自制教具 ?實驗探究物理知識

基于學生現(xiàn)有知識水平，設計三個學生分組實驗活動，通過體驗和討論“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，提升對相互作用力的相互性的認識，同時，實驗探究更有助于學生高效構(gòu)建物理概念，讓學生始終將自己置于探索者的位置，在獲取知識的同時，隨著問題的不斷深入，一次次地經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)的過程，達到感悟物理知識、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系

學生將氣球一端黏附在可自由滑動的細管上（如圖3），當松開鐵夾時，空氣就從氣球內(nèi)往外噴，氣球則沿反方向飛出。利用類比法，教師引導學生小組討論火箭“一飛沖天”的原因。即火箭發(fā)動機點火后，推進劑在發(fā)動機的燃燒室里燃燒，產(chǎn)生大量高壓燃氣，氣體從發(fā)動機噴管高速噴出。依據(jù)牛頓第三定律，所產(chǎn)生的噴氣對火箭有反作用力，就使得火箭沿燃氣噴射的反方向前進。

2.2 ?定量探究磁場間相互作用力的關系

教師向小組發(fā)放條形磁鐵，學生將同名磁極相對，釋放雙手后，兩小車立即朝相反的方向運動開來，說明磁體間有著明顯的相互作用（如圖4）。那么，如何定量探究磁場間相互作用力的大小和方向？教師引導學生利用圓盤測力計進行教具設計，首先，使兩圓盤測力計尾端粘附兩塊鐵片（如圖5a）；其次，進行表盤校零；爾后，放入硼化磁鐵（如圖5b），由于磁鐵間的相互作用力，可觀察到圓盤測力計的細桿被迅速拉動，指針立即發(fā)生偏轉(zhuǎn)（如圖5c），學生可直接讀出磁力的大小，同時根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向相反，得出作用力與反作用力的關系，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系

該階段學生已有一定的知識儲備，且具備良好的動手實踐、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，如何定量計算其大小？教師展示“摩擦相互作用演示儀”，其主要由小車、彈簧測力計（量程為1 N）、玻璃管、定滑輪和毛面木板等實驗器材組成（見圖6）。教師引導學生邊觀察邊分析：當小車勻速運動起來時，車輪與毛面木板發(fā)生摩擦，這對相互作用力的性質(zhì)實為摩擦力。對于小車而言，其所受細繩的拉力與木板給其的摩擦力（表示為F）是一對平衡力，二者大小相等，所以測力計B的示數(shù)大小便是F的大小。同理，對于木板而言，車輪給其的摩擦力（表示為F'）也可從測力計A側(cè)直接讀出。由于小車受到細繩牽制，會與木板持續(xù)摩擦，當指針較為穩(wěn)定之時，方可讀出A、B測力計的示數(shù)。啟動小車時，學生觀察到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，教師可組織學生進行小組討論，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輪給木板的摩擦力方向恰恰相反，A側(cè)示數(shù)實為二者合力，這導致A側(cè)示數(shù)偏小，存在0.1～0.15 N的差值。最后，教師引導學生進行歸納總結(jié)，即木板與玻璃管間絕對光滑時，兩側(cè)示數(shù)才相等。同時，無論是何種性質(zhì)的力，當物體發(fā)生相互作用時，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，其表達式為“F=F'”，它反映了物理世界普遍存在的對稱美，與運動狀態(tài)無關。

設計意圖：杜威曾言：“思維起源于直接經(jīng)驗的情境”，有意義的學習活動離不開教學情境，好的物理教師應盡可能地將知識完整、生動地展現(xiàn)開來，止步于教材只會讓教師的教學思想固化，無法讓學生的思維能力和知識水平有“臺階式”上升。所以，教學設計需要用發(fā)展、創(chuàng)新的眼光來看待，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用的、現(xiàn)象明顯的、取材方便的、能激發(fā)學習動機的教學用具，用創(chuàng)新精神去影響學生的創(chuàng)新潛能。同時，自制教具使學生在思考中達到優(yōu)化、發(fā)散和活躍思維的目的，突出了科學思維的有效滲透，提高物理課堂專注度，為學生充分理解后續(xù)內(nèi)容打下良好的基礎。雖然，在理解和掌握上略微提高難度，但同樣賦予學生新的挑戰(zhàn)，加強學生對相互作用力大小關系的理解，落實培養(yǎng)科學思維的理念，讓學生親身經(jīng)歷推理分析的認知過程，使實驗演示也成為培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。

3 ?學以致用 ?鞏固物理知識

3.1 ?課堂回顧，釋疑解難

首尾呼應，教師再次演示“神奇水瓶”，要求學生認真仔細地觀察其運動狀態(tài)，并將水瓶底部細節(jié)圖進行投影，學生根據(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對稱小孔，準備兩支等長且?guī)в行泵娴奈?，兩支吸管整體呈中心對稱，并傾斜插入小孔中。當打開軟塞時，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。

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，引導學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“安然無恙”？組織學生進行課堂討論，既進行了知識的遷移和延伸，又鍛煉了科學思維。

設計意圖：課前留有的懸念本已激發(fā)學生的學習興趣和思維，而此時讓學生再次經(jīng)歷“沖突”化解和發(fā)展的過程，給予了學生思維的啟迪，更鍛煉了未來探究學習的能力。回顧“神奇水瓶”，前后呼應的形式更好地加深學生對牛頓第三定律的理解，拋出的新問題也順利地激活學生“再發(fā)現(xiàn)”的學習欲望，充分利用學習經(jīng)驗去完善和優(yōu)化認知結(jié)構(gòu)，利于學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

4 ?結(jié)束語

基于物理核心素養(yǎng)下的教學，需要打破傳統(tǒng)教學設計的墨守成規(guī)，擯棄因循守舊的教學理念，以培養(yǎng)學生科學思維，授予學生科學方法，形成科學態(tài)度和建立良好的社會責任感為重要指標，重視對教學內(nèi)容的創(chuàng)新設計，力爭發(fā)展學生樂于觀察，勇于質(zhì)疑，勤于動手和敢于探索的優(yōu)良品質(zhì)與關鍵能力。同時，物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開創(chuàng)造性的教學，其不僅讓學生感悟深刻且收獲頗豐，更重要的是使學生的創(chuàng)新能力得以鍛煉，使創(chuàng)新精神得以培養(yǎng)，為學生終身發(fā)展奠定堅實的基礎。

參考文獻：

［1］ 周祎，馬如寶.以問題為導向構(gòu)建物理模型的過程：“自由落體運動”教學設計[J].物理教學，2018（7）：19-22.

［2］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準[S].北京：人民教育出版社，2017：4.