核心素養(yǎng)理念下探究性教學(xué)
——“來自地球的力”教學(xué)設(shè)計(jì)案例2(初中)

陶昌宏

(北京教科院基教研中心物理室 北京 100080)

本人作為北京市特級(jí)教師到西部進(jìn)行支教活動(dòng)，為當(dāng)?shù)爻醵?1)班學(xué)生上了一節(jié)現(xiàn)場(chǎng)課，當(dāng)?shù)夭糠纸處熯M(jìn)行觀摩.圖1，圖2是現(xiàn)場(chǎng)課的照片.

圖1 學(xué)生在聽講

圖2 上課照片

按照本刊第十期的文章《核心素養(yǎng)理念下物理教學(xué)設(shè)計(jì)的探索與實(shí)踐》中的體例，現(xiàn)將“來自地球的力”初中現(xiàn)場(chǎng)課所做的教學(xué)設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)給讀者，僅供參考，不妥之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正.

1 設(shè)計(jì)思想

(1)本節(jié)課是一節(jié)物理概念課.“來自地球的力”——滬科版教材.一般都稱為重力的一節(jié)課.重力是認(rèn)識(shí)力的基礎(chǔ)，認(rèn)識(shí)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基礎(chǔ)，認(rèn)識(shí)相互作用的基礎(chǔ).

(2)本節(jié)課采用講授與探究性教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式.

(3)確定重力的方向進(jìn)行新的嘗試.

2 指導(dǎo)思想與理論依據(jù)

(1)恩格斯曾說: “單憑觀察所得到的經(jīng)驗(yàn)，是絕不能充分證明必然性的.但是必然性的證明是在人類的活動(dòng)中，在實(shí)驗(yàn)中，在勞動(dòng)中” (馬克斯恩格斯選集第三卷P550)這段話告訴我們，單憑觀察不能證明必然性.如果教學(xué)中連組織學(xué)生進(jìn)行觀察都沒有，則很難建構(gòu)概念、認(rèn)識(shí)規(guī)律.活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)、勞動(dòng)是獲得知識(shí)的方法和源泉.

(2)恩格斯曾說: “我們大家都同意，不論在自然科學(xué)或歷史科學(xué)的領(lǐng)域中，都必須從既有的事實(shí)出發(fā)，因而在自然科學(xué)中必須從物質(zhì)的各種實(shí)在形式和運(yùn)動(dòng)形式出發(fā)；因此，在理論自然科學(xué)中也不能虛構(gòu)一些聯(lián)系放到事實(shí)中去，而是要從事實(shí)中發(fā)現(xiàn)這些聯(lián)系.并且在發(fā)現(xiàn)了之后，要盡可能地用經(jīng)驗(yàn)去證明”(見馬克思恩格斯選集P470).這段話告訴我們，研究問題，認(rèn)識(shí)規(guī)律，都必須從事實(shí)出發(fā)，在事實(shí)中發(fā)現(xiàn)聯(lián)系、找到因果關(guān)系，在實(shí)踐中應(yīng)用，并給予解釋和證明.

(3) 2011年版義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中提出,經(jīng)歷科學(xué)探究過程，具有初步的科學(xué)探究能力.保持探索科學(xué)的興趣與熱情，在認(rèn)識(shí)自然的過程中獲得成就感，能獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑、尊重事實(shí)、勇于創(chuàng)新.

課程標(biāo)注中， 要求我們?cè)诮虒W(xué)中要讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程.使學(xué)生逐步養(yǎng)成獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑、尊重事實(shí)的習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力.

(4) 《物理教學(xué)的基本特征》教學(xué)理論模型，其核心內(nèi)容:“物理教學(xué)要堅(jiān)持以創(chuàng)設(shè)問題情境為切入點(diǎn)，以觀察實(shí)驗(yàn)(事實(shí))為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生思維能力為核心，以提升學(xué)生探究能力為重點(diǎn)的基本特征.” 教學(xué)理論模型啟發(fā)我們?cè)谖锢斫虒W(xué)中，要將其中的 “情景、實(shí)驗(yàn)、思維、探究”等關(guān)鍵詞所表達(dá)的內(nèi)容，進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)、進(jìn)行有機(jī)的聯(lián)系，提升探究能力.

(情況說明: 《物理教學(xué)的基本特征》教學(xué)理論模型在物理教學(xué)雜志已做過連載)

3 教學(xué)背景分析

3.1 主要教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)課學(xué)習(xí)“來自地球的力”是初中學(xué)生認(rèn)識(shí)“力”的概念的基礎(chǔ)，認(rèn)識(shí)力學(xué)中常見的3種力，重力、彈力和摩擦力的基礎(chǔ)，初步形成力的作用效果的基礎(chǔ)，初步形成力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基礎(chǔ).是聯(lián)系自然現(xiàn)象，聯(lián)系生活實(shí)際，聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際很好的內(nèi)容.嘗試對(duì)一些自然現(xiàn)象、生活現(xiàn)象、生產(chǎn)現(xiàn)象做出解釋.

3.2 學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容時(shí)的一些基本情況

(情況說明:上課之前向當(dāng)?shù)亟處熯M(jìn)行咨詢，了解初二學(xué)生的一些基本情況.根據(jù)多年課堂教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生可能出現(xiàn)的情況做了如下預(yù)判和預(yù)設(shè))

(1)學(xué)生剛剛經(jīng)歷幾個(gè)月物理課程的學(xué)習(xí),對(duì)物質(zhì)的形態(tài)、運(yùn)動(dòng)形式、聲現(xiàn)象、光現(xiàn)象等初步學(xué)習(xí)了一些科學(xué)描述方法.學(xué)生樸實(shí)、活躍、好動(dòng)、積極熱情，學(xué)習(xí)效果在當(dāng)?shù)厥潜容^好的.

學(xué)生對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的使用，有初步嘗試和實(shí)踐，對(duì)測(cè)量力的大小有了一些初步經(jīng)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力薄弱.

(2)學(xué)生對(duì)自然現(xiàn)象、生活現(xiàn)象關(guān)注的比較少，對(duì)自然現(xiàn)象的描述和解釋生活現(xiàn)象的能力較弱，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性有待于培養(yǎng).

(3)學(xué)生缺乏設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案的意識(shí)和能力，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究時(shí)會(huì)出現(xiàn)操作不規(guī)范，目的不明確，動(dòng)作不協(xié)調(diào)等情況.實(shí)驗(yàn)探究時(shí)比較難控制一些.如果學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究不順利，可按預(yù)案采取其他方式.

3．3 本節(jié)課采用的主要教學(xué)方式及主要探究?jī)?nèi)容

本節(jié)課主要采用講授與探究性教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式.組織學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，探究重力與物體質(zhì)量之間的關(guān)系.

4 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

(1)知道重力的產(chǎn)生，認(rèn)識(shí)重力就在身邊；掌握重力的大小、方向和作用點(diǎn)；嘗試用重力、重心概念解釋一些日常生活中的常見現(xiàn)象.

(2)通過具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，觀察力的作用效果；

通過具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為建立重力概念提供判斷依據(jù)；

通過實(shí)驗(yàn)探究得出重力與質(zhì)量成正比的結(jié)論，知道比值的大?。?/p>

通過重力方向的確定使學(xué)生體會(huì)研究方法，知道重力在生活中的應(yīng)用；

通過重心的學(xué)習(xí)，使學(xué)生看到重心概念是制定交通法規(guī)的科學(xué)依據(jù)；

體驗(yàn)身體的平衡，使學(xué)生覺得學(xué)物理有用、學(xué)物理有趣；

通過實(shí)驗(yàn)探究重力與質(zhì)量的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生探索的興趣.

(3)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：建立重力概念.

難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究重力與質(zhì)量的關(guān)系.

5 教學(xué)資源設(shè)計(jì)

(1)主要器材: 彈簧測(cè)力計(jì)、鉤碼、鐵架臺(tái)、細(xì)繩、小球、動(dòng)力小車、重錘、鋼叉等.

(2)利用上述器材完成學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)和教師的演示實(shí)驗(yàn).

6 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

6.1 教學(xué)流程圖

教學(xué)流程圖如圖3所示.

圖3 教學(xué)流程圖

6.2 主要的教學(xué)環(huán)節(jié)

環(huán)節(jié)一：演示現(xiàn)象 提供判斷依據(jù)

開始上課，與學(xué)生互動(dòng)，做3個(gè)活動(dòng).

活動(dòng)1：學(xué)生觀察繩拴小球所做的圓運(yùn)動(dòng)，如圖4所示，并演示松開手后，小球飛出去了.讓學(xué)生形成印象，做圓運(yùn)動(dòng)的小球，如果不拉著它，就飛出去了.

圖4 繩拴小球圓周運(yùn)動(dòng)示意圖

活動(dòng)2：學(xué)生觀察繩拴小車所做的圓運(yùn)動(dòng)，如圖5所示，并演示繩不拉著小車，小車跑出去了.讓學(xué)生形成印象，做圓運(yùn)動(dòng)的小車，如果不拉著它，就跑出去了.

圖5 繩拴小車做圓運(yùn)動(dòng)

活動(dòng)3：老師和學(xué)生手拉手做游戲，如圖6所示，讓學(xué)生談?dòng)H身感受，若不使勁拉著就摔倒了，讓學(xué)生形成體驗(yàn)，做圓運(yùn)動(dòng)的人，如果不拉著就會(huì)摔倒.

通過演示與活動(dòng)，使學(xué)生形成初步印象:

做圓運(yùn)動(dòng)的小球，如果繩不拉著它，就飛出去了；

做圓運(yùn)動(dòng)的小車，如果繩不拉著它，就跑出去了；

做圓運(yùn)動(dòng)的學(xué)生，若不使勁拉著，就摔倒了.

圖6 學(xué)生體驗(yàn)

展示圖片：天宮二號(hào)升空，如圖7所示.

圖7 天宮二號(hào)升空

模擬視頻播放:天宮二號(hào)在空中作圓運(yùn)動(dòng)，如圖8所示 .

圖8 視頻播放

提出問題：

看到這幅圖，你想到了什么？

讓學(xué)生產(chǎn)生聯(lián)想，天宮二號(hào)做圓運(yùn)動(dòng) 也得拉著它，如果不拉著它，它就會(huì)飛走了，什么力拉著它呢?

追問，做出這個(gè)判斷的依據(jù)是什么?

看到事實(shí)，根據(jù)事實(shí)做出邏輯推理，這是物理學(xué)的思考.希望同學(xué)們逐步學(xué)會(huì)這樣的思考.

若學(xué)生回答順利，一定要鼓勵(lì)學(xué)生：你們物理能夠?qū)W得非常好! 將來有可能成為物理學(xué)家呢!

上面的教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生以事實(shí)為依據(jù)的證據(jù)意識(shí).

環(huán)節(jié)二：美麗傳說 引出重力

展示圖片:如圖9所示.

圖9 牛頓傳說

17世紀(jì)，英國(guó)倫敦發(fā)生瘟疫，牛頓從劍橋大學(xué)回到家鄉(xiāng)，繼續(xù)他的研究.有一天，他在蘋果樹下思考問題，突然一個(gè)蘋果落下來，牛頓想，蘋果下落，是地球向下拉蘋果，那么，地球拉蘋果的力與地球拉月亮，以及太陽(yáng)拉地球的力是不是同一種力呢?為此，牛頓做了深入的研究，最后得出結(jié)論: 宇宙間的一切物體都是互相吸引的.

后來人們將牛頓家鄉(xiāng)的蘋果樹移植到劍橋大學(xué)三一學(xué)院的大門旁邊，牛頓當(dāng)年就住在這所房子里學(xué)習(xí)和研究，如圖10所示.

圖10 牛頓舊居

我們把地球?qū)Φ厍虮砻嫣幬矬w的引力叫重力.請(qǐng)同學(xué)們舉出物體受重力的實(shí)例.

展示圖片: 如圖11和圖12所示.

圖11 飛流直下三千尺

圖12 奧運(yùn)舉重冠軍龍清泉

環(huán)節(jié)三：確定思路 實(shí)驗(yàn)探究

同學(xué)們，關(guān)于重力你想研究什么？

作為一個(gè)力，有3個(gè)要素需要了解:大小、方向和作用點(diǎn).

重力的大小,你想怎樣研究?

出示兩個(gè)物體:一支筆和一本書,質(zhì)量不一樣，請(qǐng)同學(xué)們感受一下它們受到的重力.質(zhì)量不同，所受重力不同.

生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們: 重力與質(zhì)量有關(guān)系.重力與質(zhì)量到底有什么關(guān)系呢?

實(shí)驗(yàn)探究重力與物體質(zhì)量的關(guān)系.

介紹實(shí)驗(yàn)器材，請(qǐng)同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.

分組實(shí)驗(yàn): 改變質(zhì)量m，測(cè)出重力G，將數(shù)據(jù)填入書中的表格.

演示實(shí)驗(yàn): 全班同學(xué)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

結(jié)論：重力與質(zhì)量的比值是一個(gè)常數(shù).

物體所受的重力與物體的質(zhì)量成正比.G=mg,g=9.8 N/kg常數(shù)的意義：質(zhì)量是1 kg的物體受到的重力為9.8 N.

這個(gè)常數(shù)你一輩子都忘不了了，它很有意義.

環(huán)節(jié)四：?jiǎn)l(fā)思維 確定重力方向

你想怎樣確定重力的方向?組織學(xué)生討論如何確定重力方向.

學(xué)生會(huì)想到用不同的方法，如利用自由下落物體的方法等.

如何記錄物體的運(yùn)動(dòng)方向呢?

演示重垂線.沿著繩向下的方向，就是重力的方向.這個(gè)方向叫“豎直向下”(與水平方向垂直).

重力的方向:豎直向下.

展示圖片：如圖13所示， 工人師傅用這個(gè)重垂線檢查墻是否豎直.

圖13 重垂線檢查

演示實(shí)驗(yàn)，如圖14所示，體會(huì)重力方向，強(qiáng)化認(rèn)知：重力方向是豎直向下的.

圖14 演示實(shí)驗(yàn)

環(huán)節(jié)五：重心概念及應(yīng)用

重心：重力的作用點(diǎn).

形象的說明: 我們的頭部受重力，腳部受重力， 人體各部分均受重力.

尺子各部分均受重力， 畫出尺子受的重力怎么畫?尺子作為一個(gè)整體，為研究問題方便，將尺子各部分所受的重力集中在一個(gè)點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)叫重心.

質(zhì)量分布均勻，外型規(guī)則的物體重心在幾何中心處.重心可以在物體之外，如圖15(d)所示.

圖15 物體重心位置示意圖

畫受力圖時(shí)，重力就畫在重心處.

同學(xué)們：我站久了，就想坐一會(huì)兒，坐下重心降低了；坐累了，就想躺一兒會(huì)，躺下重心更低了.

重心越低越舒服，重心越低越穩(wěn)定.

演示：鋼叉的平衡，如圖16所示，這個(gè)結(jié)構(gòu)重心就比較低了，重心低，穩(wěn)定性就好.請(qǐng)一名學(xué)生將鋼叉翻過來放在支架上，結(jié)果很不穩(wěn)定，很難實(shí)現(xiàn)平衡.

圖16 鋼叉的平衡

學(xué)生活動(dòng)：體驗(yàn)增大穩(wěn)定程度的方法，如圖17所示.

圖17 學(xué)生活動(dòng)

全體起立，學(xué)生兩腳分開站立，左右搖晃身體，比較穩(wěn)定；一只腳站立，穩(wěn)定程度大大降低.

請(qǐng)同學(xué)們思考: 載貨汽車所裝的貨物高度有限制，為什么？

中華人民共和國(guó)道路安全法規(guī)定:重型、中型載貨汽車，半掛車載物，高度從地面起不得超過4 m，載運(yùn)集裝箱的車輛不得超過4.2 m.

這個(gè)規(guī)定的依據(jù)是物理學(xué)原理，根據(jù)重心的概念做出的.

如圖18和圖19所示的超高的載貨汽車，行駛是非常危險(xiǎn)的.

圖18 超高載貨汽車(一)

圖19 超高載貨汽車(二)

增大物體穩(wěn)定程度的方法:

(1)降低重心;(2)增大支撐面.

環(huán)節(jié)六：應(yīng)用結(jié)論解決問題

練習(xí)1:如圖20所示,分別畫出木塊所受重力的示意圖.學(xué)生做完后，進(jìn)行展示，然后做出示范.若有時(shí)間做練習(xí)2.

圖20 練習(xí)1題圖

環(huán)節(jié)七：課堂小結(jié)

(1)想一想，這節(jié)課，你的最大收獲是什么?

(2)如何得到重力與物體質(zhì)量的關(guān)系?

(3)請(qǐng)同學(xué)想一想、說一說，比值g=9.8 N/kg的含義.

7 板書設(shè)計(jì)

這節(jié)課的板書設(shè)計(jì)如圖21所示.

一、觀察現(xiàn)象

美麗的傳說： 宇宙間的一切物體都是互相吸引的——牛頓

圖21 板書設(shè)計(jì)

二、重力

由于地球的吸引而使物體受到的力.

關(guān)于重力：你想研究什么？怎樣研究?

1．重力的大小:探究重力與質(zhì)量的關(guān)系

重力與質(zhì)量成正比.

2．重力的方向:豎直向下.

3．重心: 重力的作用點(diǎn).

三、練習(xí)

練習(xí):1,2

四、課堂小結(jié)

8 學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

(1)課內(nèi)評(píng)價(jià): 課上完成練習(xí)1、練習(xí)2.

(2)課外評(píng)價(jià)：

1)請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)利用重力知識(shí)解決家庭生活問題的實(shí)例.

2)完成本節(jié)書中的練習(xí).

9 課后反思

(1)本節(jié)課比較順利地完成預(yù)定的教學(xué)目標(biāo).課上學(xué)生始終處于良好的學(xué)習(xí)狀態(tài).

物理學(xué)具有大氣、基礎(chǔ)、普適、實(shí)用、親切、簡(jiǎn)潔之美! 我盡力做了.心里挺高興，挺舒服的!

(2)課后的研討活動(dòng)中，當(dāng)?shù)亟萄惺业慕處熀凸歉山處熃o予本節(jié)課很高的評(píng)價(jià).

諸如，陶老師在課堂上的笑容我一輩子也忘不了；陶老師的提問很有藝術(shù)性；

不僅獲取知識(shí)，體驗(yàn)方法，而且重理、重證據(jù)，物理課不枯燥了；陶老師的課從有限到無限，從天上到地上，非常經(jīng)典，開局就顯得氣勢(shì)如宏!

(3)由于組織學(xué)生討論確定重力方向的環(huán)節(jié)，用的時(shí)間長(zhǎng)了，做課堂小結(jié)時(shí)，沒有時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行表達(dá).

(4)3個(gè)活動(dòng)作為課的引入，感覺比較好，一方面，學(xué)生感興趣，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí).“實(shí)驗(yàn)( 事實(shí))與邏輯推理相結(jié)合”是物理學(xué)重要的方法，在今后的課上，仍堅(jiān)定這個(gè)做法.

(5)課堂上，學(xué)生對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行描述的能力比較薄弱，很多同學(xué)對(duì)于頭腦中想象出來的情境很難用語(yǔ)言表達(dá)清楚，因此，在加強(qiáng)聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)中，要從學(xué)會(huì)描述現(xiàn)象開始進(jìn)行培養(yǎng).

(6)本節(jié)課的板書設(shè)計(jì)比較好，但重點(diǎn)的內(nèi)容沒能夠采用不同顏色的筆.教學(xué)語(yǔ)言還比較親切，學(xué)生一直都很高興.

教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)束.