優(yōu)化物理實驗探究 培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)
——以“力的合成”教學設計與實施過程為例

羅松平 田 杰 王文波

(1. 重慶市萬州上海中學，重慶 630000； 2. 重慶市萬州區(qū)教科所，重慶 630000)

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優(yōu)化物理實驗探究 培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)
——以“力的合成”教學設計與實施過程為例

羅松平1田 杰1王文波2

(1. 重慶市萬州上海中學，重慶 630000； 2. 重慶市萬州區(qū)教科所，重慶 630000)

本文以“力的合成”教學設計與實施過程為例,從生活實例引入,設置問題創(chuàng)設情景,引導學生圍繞問題設計實驗方案,進行實驗與收集記錄,在分析實驗基礎上,提出假設并驗證,最終形成結論．力求在科學探究過程中,優(yōu)化實驗探究,啟發(fā)學生科學思維,培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)．

探究式教學； 力的合成； 實驗探究； 核心素養(yǎng)

2016年9月教育部發(fā)布了《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》的研究成果,明確了中國學生發(fā)展的六大核心素養(yǎng),其中關于物理學科核心素養(yǎng)方面指出:物理核心素養(yǎng)是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需求的必備品格和關鍵能力,是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質,是學生物理學科素養(yǎng)的關鍵成分,由“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”“科學態(tài)度與責任”等4個方面的要素構成．新一輪國家基礎教育課程改革的一個重要而具體的目標,就是要倡導以“學生為主體、教師為主導”的探究式學習,立足物理實驗探究,關注學科核心素養(yǎng),實現(xiàn)從三維目標到核心素養(yǎng)的整合．

基于對目前新課程理念和物理學科核心素養(yǎng)的理解,筆者結合參加2016年重慶市高中物理青年教師優(yōu)質課大賽的親身經(jīng)歷與實踐,以參賽課題“力的合成”一節(jié)的探究式課堂教學設計與實施過程為依托,具體從新課引入、實驗設計、課堂探究、教具改進、課堂延伸這幾個方面例談如何在物理教學中落實科學探究,培養(yǎng)學生科學思維和實驗探究精神,切實貫徹核心素養(yǎng)教育,把核心素養(yǎng)教育真正落到實際教學中．

本節(jié)課的整體教學設計流程圖如圖1:

圖1 “力的合成”教學設計流程圖

1 新課引入,激趣設疑

本節(jié)“力的合成”教材上從生活提水的例子引入,起初我們設計也是以兩位學生提水或者拉拉力器作為引入,但考慮到想新穎吸引學生,又想讓實驗結果更具視覺沖擊力,于是想到“單指斷鋼絲”的實驗,去五金店挑選實驗器材,試驗中發(fā)現(xiàn)鋼絲在實際操作中容易傷人,而鐵絲又具有良好的延展性不易拉斷,于是換用銅絲,對不同粗細的銅絲進行調試,最后發(fā)現(xiàn)直徑約1mm粗細的銅絲效果最好．但在試講過程中,發(fā)現(xiàn)這個實驗的觀賞性不強,而且難以保證實驗的成功率,后來將這個改拍視頻,放在最后作為問題實驗結尾．于是引入還是選取舊方案,考慮實驗的安全性,把“提水桶”改為了“提包”,讓學生體驗兩根繩子提包很“費力”,引發(fā)疑問,創(chuàng)設問題情景,激發(fā)學生學習探究的興趣,從而引入課題．

筆者感悟到:精彩的課題引入作為一堂課的開端,對于新課的展開以及整堂課的結構完整性具有重要的意義和價值．那么在新課引入環(huán)節(jié),如何做到切合實際生活,使課堂引入實驗具有良好的操作性、觀察性,有效地調動學生的探究熱情,是課題引入的關鍵．

2 實驗設計,層層遞進

本節(jié)的實驗探究目的是尋找求合力的方法．由于學生已經(jīng)在初中學過有關同一直線上二力合成的知識,所以前概念里認為合力就等于兩個分力相加,這也是本實驗探究的切入點．學生很容易猜想合力就等于兩個分力相加,然后用簡單實驗驗證互成角度的兩個力,其合力與分力不是簡單的代數(shù)加減關系,即初步實驗探究推翻學生的前概念,繼而進一步提出新問題,到底互成角度的兩個力,合力與分力是什么關系,過渡到進一步實驗探究,實驗逐步遞進,層層深入．

關于這兩次實驗設計有3套實驗方案,方案1是提鉤碼，實驗器材如圖2所示,方案2是拉橡皮筋，實驗器材如圖3所示,方案3是先提鉤碼找合力與分力大小關系,再拉橡皮筋精確描述每個力,尋求合力與分力的關系．在這3套方案的實施過程中,如果采用提鉤碼涉及到如何方便學生作圖,這就需要保證實驗裝置在豎直面內保持穩(wěn)定,曾嘗試著用鐵架臺固定豎直木板,試驗發(fā)現(xiàn)不便于操作;后來又采用先提鉤碼驗證大小關系,再拉橡皮筋畫圖．這個方案涉及到兩套實驗器材,不利于學生解決問題的思維連貫性;最后選取教材原實驗拉橡皮筋的方案．以3次拉橡皮筋的實驗貫穿整堂課:第1次是教師演示實驗尋找分力與合力,同時強化對等效替代思想的理解;第2次是師生合作實驗記錄合力與分力大小驗證猜想;第3次是學生分組實驗,在白紙上精確描述每個力,進一步尋找合力與分力關系．拉橡皮筋實驗與教材實驗緊密結合,思路清晰連貫,便于教師引導啟發(fā),也便于學生思考和動手．

圖2 實驗器材

在新課改背景下,教師往往過于注重實驗方案的創(chuàng)新與再開發(fā),而常常忽略教材實驗． 但事實上教材中提供的實驗設計,如果我們能認真體會并落實,同樣可以達到很好的教學效果．由此筆者認為教師在追求創(chuàng)新課堂的同時,不能忽略對傳統(tǒng)的典型的實驗的挖掘和利用,只有基于傳統(tǒng)的創(chuàng)新才是具有生命力的創(chuàng)新．

3 課堂探究,學生為主

本節(jié)課的教學難點是平行四邊形定則的得出過程,當學生把合力和分力用力的圖示法在白紙上表示出來以后,如何引導學生從合力與分力的圖示中尋找它們之間的關系,得出平行四邊形定則．這里筆者采用了開放式的問題探究,啟發(fā)學生從多個角度去觀察分析,從大小、位置、角度、圖形、幾何關系多維度去分析,要相信學生可以自己去發(fā)現(xiàn)一些結論,而不是直奔平行四邊形．高一學生已經(jīng)具備了較強的觀察和分析能力,學生可以很快得出合力與分力的大小關系,也可以利用數(shù)學幾何中作輔助線的方法得到一些新發(fā)現(xiàn),大多數(shù)小組的學生都能夠把合力和分力的箭頭連在一起,教師再通過投影儀把學生的成果加以展示,適時的引導:“這個圖形像什么”,再經(jīng)過驗證從而得出力的平行四邊形定則．這樣,這個實驗的結論基本上是由學生自己共同合作探究出來的,而且在實驗中還可以發(fā)現(xiàn)更多有趣的結論,學生的這些發(fā)現(xiàn)都是建立在實驗的基礎上,都是正確的結論,學生從中獲得成功的喜悅,積極性得以調動．

筆者認為:實驗探究活動本身具有一定的趣味性和結論的隱蔽性,教師要為學生的實驗探究活動提供真實的學習環(huán)境,讓學生動手體驗,參與其中,即充分體現(xiàn)“教師為主導,學生為主體”的雙主互動式的新課程教學理念．所以課堂探究的真正意義,也就在于讓學生經(jīng)歷曲折艱辛的科學探究過程,體會科學探究精神．

4 教具改進,直觀簡潔

本節(jié)課的主要實驗器材是橡皮筋和彈簧秤,為了更好地呈現(xiàn)演示效果,將橡皮筋與彈簧秤固定在黑板上,既便于教師操作,也便于學生觀察．橡皮筋一端用普通大磁鐵固定,另一端通過細繩套連接兩個5N的演示式彈簧秤．兩個彈簧秤的4個底腳分別粘貼一個硬幣大小的強磁鐵,確保能緊貼黑板,定格實驗現(xiàn)象．后來得知賽課現(xiàn)場采用的是白板,發(fā)現(xiàn)白板相對黑板的磁性弱得多,而且不夠粗糙,隨即又對實驗器材進行改進,在彈簧秤4個底腳的強磁鐵表面再粘上一層薄海綿,以增大摩擦．經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn),改進后的彈簧秤在白板上基本可以保證拉力達到最大量程,演示效果非常好．

平行四邊形定則得出后再進一步思考合力與分力的大小關系,正是與學生實驗發(fā)現(xiàn)的多種大小結論相照應．為了讓學生更直觀簡潔的認識合力與分力的大小關系,制作了一個簡單的平行四邊形模型,每小組一個,學生在親身動手體驗中總結規(guī)律．

由此可見,復雜的物理規(guī)律輔以簡單的教具演示,直觀簡潔,既能夠有效突破教學難點,提高課堂效率,使學生學得輕松,教師教得高效,同時也體現(xiàn)了物理之美——簡潔美、和諧美、統(tǒng)一美．

5 釋疑生疑,延伸思考

結尾引導學生思考課前“提包”實驗,試著運用實驗結論解釋“費力”的原因,釋疑解惑．與此同時遷移生活,啟發(fā)學生學會利用物理知識解決更多生活實際問題,比如斜拉橋的橋墩建得比較高,日光燈的兩根懸線豎直等等,體現(xiàn)物理源于生活又應用于生活的學科特點．最后以視頻“雙手斷銅絲”實驗結尾,如圖4，圖5所示.再次設疑,需要準確解釋視頻中銅絲為什么會斷的問題,還需要學生們進一步的學習,延伸思考,激勵學生課后繼續(xù)探究．

圖4 “斷銅絲”裝置設計效果圖

圖5 “斷銅絲”裝置設計實物圖

本節(jié)課的教學環(huán)節(jié)圍繞課前設疑——課后釋疑——再生新疑的思路展開,首尾呼應,體現(xiàn)了本堂課解決問題的完整性,同時又延伸課堂,設置新問題為下一節(jié)“力的分解”承接過渡,銅絲斷了,但我們探究知識的腳步卻從未中斷．

總而言之,物理課堂教學作為一種再現(xiàn)科學發(fā)展歷程的特殊形式,應該注重讓學生經(jīng)歷科學探究的全過程．在課堂探究過程中,學生參與體驗和認知,學會從物理學視角去認識物理概念規(guī)律的建立過程,形成基本的物質、運動、相互作用等物理觀念;親身實驗經(jīng)歷科學探究過程,討論交流感受科學探究精神,培養(yǎng)包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素的科學思維;學生在認識科學本質的基礎上,理解科學·技術·社會·環(huán)境的關系,形成對科學技術正確的態(tài)度和責任感．所以能夠在物理課堂教育中落實科學探究,激發(fā)學生科學思維,培養(yǎng)科學探究精神,引導學生掌握科學方法,為其終身學習和發(fā)展奠定基礎,以適應社會需求與發(fā)展,這是科學探究的真正價值所在,也是把核心素養(yǎng)教育融入學科教學中的關鍵．

1 彭前程.積極探索基于核心素養(yǎng)理念下的物理教學[J].中學物理，2016(02):1-2.

2 王小慶.真正優(yōu)化物理實驗 實現(xiàn)高效物理課堂——以力的合成創(chuàng)新實驗為例[J].實驗教學與儀器，2015(6)：11-12.

3 步國平，李錦云.學生主體教師主導的雙主互動探究式教學[J].物理通報，2009(1)：33-35.

4 李彥.親身體驗 動手實踐——生本理念下《力的合成》一課的教學設計[J].湖南中學物理，2015(6)：60-62.

2016-12-26)