梅增高

【摘要】物理教師應(yīng)學(xué)會利用教材中的材料提出預(yù)設(shè)問題，而不是生硬照搬教材，不加以加工、處理，應(yīng)從預(yù)設(shè)的情境中提出問題，解決問題，改進創(chuàng)新，以獲得體驗.就“探究二力平衡的條件”實驗中為例，教者可以預(yù)設(shè)多個學(xué)生可能出現(xiàn)的多個實驗方案，對方案進行不斷改進、修正，最終達到培養(yǎng)學(xué)生的各項能力（包括動手操作能力、思維能力、改進創(chuàng)新能力等），并且讓學(xué)生了解教材中方案設(shè)計的隱藏意圖，實驗探究中所涉及控制變量建立模型的思想方法等.

【關(guān)鍵詞】實驗教學(xué);情境創(chuàng)設(shè)；自制教具

本實驗教學(xué)活動前導(dǎo)：預(yù)設(shè)安排4個場景，這4個場景分別是靜止（花瓶和疊石平衡）和勻速直線運動（勻速行駛列車和勻速起吊貨物）兩種狀態(tài)，從而引出并建立平衡態(tài)以及平衡力概念，是學(xué)生在對日常生活現(xiàn)象進行觀察的基礎(chǔ)上，通過分析找出它們的共性，建立二力平衡概念^[1].從平衡力出發(fā)，不能找出判斷平衡力的方法與途徑-由物體的狀態(tài)去判斷是否受平衡力？即處于平衡狀態(tài)（靜止或勻速直線運動）的物體.則所受的力一定為平衡力（包括簡單二力平衡、三個力平衡、四個力平衡等多個力平衡）.當(dāng)然在四個場景的受力分析中，除了涉及重力以外，還涉及支持力或牽引力和阻力等^[2].

當(dāng)然這個僅僅是引入，不是本節(jié)課的重點、難點，重點、難點是如何進行“探究二力平衡的條件”的實驗教學(xué)，以及在實驗教學(xué)中如何運用“控制變量”？實驗方案等.

1 實驗方案的設(shè)計蘊藏學(xué)生各種能力的培養(yǎng)

由學(xué)生討論，兩個力在在怎樣的條件下才能平衡？就該課題引發(fā)多個猜想與假設(shè)，提出決定二力平衡的條件有多個，因此就其中一個條件變化是否影響二力平衡，采用控制變量法思想.讓學(xué)生明確研究方法.而教材中直接呈現(xiàn)給學(xué)生器材與方案：系于卡片兩個對角的線分別跨過支架的滑輪.而其中卡片的重力遠小于鉤碼對卡片的拉力.此時卡片的重力可忽略不計，對于這部分材料如何處理，是否能直接告知學(xué)生？作為教者需要認真思考.當(dāng)然答案是絕對不能直接機械地人云亦云，需要在此設(shè)計一個很有必要的問題：如何設(shè)計出“探究二力平衡的條件”的更佳實驗方案，進行探討^[3].

學(xué)生在探討實驗方案的過程中，會出現(xiàn)多種方案，對于這些方案，對于教者不急于做出正誤的判斷，而是將諸多方案留給學(xué)生進行評估、評價.可能出現(xiàn)如下幾種實驗裝置方案，如甲、乙、丙、丁圖.

實驗裝置方案設(shè)計是圖1如何逐步演變?yōu)榻滩闹械膶嶒灧桨?？帶著該問題，讓學(xué)生分小組展開討論，這不僅能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能提升學(xué)生的多種能力，包括動手能力、思維能力、創(chuàng)新精神等.

甲方案：可行性角度思考，存在的缺陷：（1）演示兩個力方向相反，不在同一條直線上，驗證試驗較為困難；（2）木塊與桌面之間的摩擦力給實驗結(jié)果帶來極大的影響，摩擦力不可忽視，在水平方向可能存在3個力平衡（其中在豎直方向受重力與支持力為二力平衡），這與課題探究二力平衡的條件不符.

乙方案：在甲方案基礎(chǔ)上稍作改進，變?yōu)橐曳桨?，為減小水平方向木塊所受摩擦力，進行適當(dāng)改進.利用學(xué)生已學(xué)摩擦力的知識，不難想到在木塊下面加車輪，變?yōu)闈L動摩擦，減小摩擦力.但乙方案中摩擦力仍然存在，只要木塊對桌面有壓力，即摩擦力就可能存在，難以消除，對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響.

為徹底消除摩擦力f的存在，則必須消除木塊對桌面的壓力F，問題自然就演變到：如何徹底消除木塊對桌面的壓力F？此時學(xué)生不難想到：必須減小物體的重力G，可以達到減小壓力的目的，以至于木塊下表面騰空，不與桌面接觸，壓力F為O，從而徹底消除摩擦力的存在.

丙方案：在乙方案基礎(chǔ)上再進行，在減小木塊重力，以便減小木塊對桌面的壓力F，最終演變?yōu)檫_到徹底消除壓力（壓力F=ON），即木塊下表面騰空，與桌面不接觸，就是如圖丙方案所示.此時木塊的重力依然存在，當(dāng)然木塊重力與兩邊繩子的拉力相比，要小得多，但是木塊的重力大小還是不能忽略不計.

丁方案：在丙方案的基礎(chǔ)上再做進一步改進，讓丙方案中的木塊重力進一步減小，便想到用質(zhì)量較輕的硬卡片來替代原先的木塊，丙方案便演變?nèi)鐖D1中，其中硬卡片的重力遠遠小于兩側(cè)繩子的拉力，可忽略不計，認為硬卡片只受到兩個力的作用，符合“探究二力平衡的條件”課題的需要^[4].

感想：丁方案正是教材中所呈現(xiàn)的直接方案，教師需要通過對實驗方案不斷改進創(chuàng)新，讓學(xué)生在探討中不斷修正，評估，最終得出滿意的方案過程.必須要讓學(xué)生親身經(jīng)歷、體驗，使學(xué)生明白教材為什么這樣安排實驗方案與器材，提升學(xué)生的各項能力，促成核心素養(yǎng)的形成.然而其中為什么小卡片的重力遠遠小于兩側(cè)的拉力，以至于忽略不計，可作為：“探究二力平衡的條件”課題研究的方案設(shè)計，設(shè)計也符合物理學(xué)中忽略次要因素，突出主要因素建立理想模型的思想.

2 實驗的探究過程滲透“控制變量”的思維方式

控制變量的思維方式：必須控制其他影響因素不變，只改變研究的某個因素，被考察的物理量如何變化？“探究二力平衡的條件”實驗教學(xué)中，學(xué)生猜想出：（1）兩個力大小相等；（2）方向相反；（3）作用在同一條直線上；（4）作用在同一個物體上.這4個條件可能都會影響物體的平衡.這么多因素同時影響物體的平衡狀態(tài)，應(yīng)采用什么方法研究呢？又具體如何操作探究？如圖2：甲、乙、丙、丁學(xué)生分小組完成探究任務(wù)：

學(xué)生分小組完成探究任務(wù)

甲圖：探究“兩個力的大小是否相同”，必須控制其他影響因素相同.也就是只改變兩個力大小相同與不同，而其他影響因素不變，硬卡片是否能夠平衡？

乙圖：探究“兩個力的方向相反與相同”，必須控制其他影響因素相同.也就是只改變兩個力方向相同或相反，而其他影響因素不變，硬卡片是否能夠平衡？

丙圖：將硬卡片旋轉(zhuǎn)，圖乙讓硬卡片兩側(cè)繩子的拉力方向不在同一條直線上.探究“兩個力的作用不在同一條直線上”，必須控制其他影響因素相同.也就是只改變兩個力的作用是否同一條直線，而其他影響因素不變，硬卡片是否能夠平衡？

丁圖：用剪刀將硬卡片從中間線處剪開，讓硬卡片分為兩個不同的物體.當(dāng)兩側(cè)繩子的拉力作用在兩個不同的物體上時，觀察硬卡片是否能平衡？探究“兩個力的作用不在同一個物體上”，必須控制其他影響因素不變.也就是只改變兩個力的作用不在同一個物體上，而其他影響因素不變，硬卡片是否能夠平衡？

3 實驗教學(xué)中善于不斷俘獲現(xiàn)場情境問題，加以拓展思維

在學(xué)生探究中，發(fā)現(xiàn)有些小組裝置支架如圖3所示.支架上的兩個定滑輪不在同一高度，對實驗結(jié)果是否產(chǎn)生影響？該問題是俘獲現(xiàn)場的實驗情境問題，可以讓學(xué)生操作后進行討論.

作為物理教師，要讓學(xué)生在活動中得到體會、能力得到提升，在“做中學(xué)”，學(xué)會解決問題，掌握知識，各種能力的提升都可滲透于實驗教學(xué)的活動.當(dāng)然，物理教師善于創(chuàng)設(shè)現(xiàn)場的真實情境，善于就實驗操作中的問題激發(fā)學(xué)生的興趣、求知欲，從而提出解決問題的策略和途徑，利用問題情境，培養(yǎng)和提升學(xué)生的各種能力^[5].

當(dāng)然，教材中像“探究二力平衡的條件”這樣的探究課題很多，利用這些課題讓學(xué)生提出更多的假設(shè)和預(yù)想，從中提出問題、分析問題、解決問題，滲透科學(xué)方法與思想，培養(yǎng)學(xué)生的各種能力，內(nèi)驅(qū)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成.所以探究實驗活動是驅(qū)使學(xué)生核心素養(yǎng)形成最有效的方式與途徑.物理教師不僅需要高尚的師德修養(yǎng)、刻苦敬業(yè)的精神，更需要教學(xué)在實踐中有隨機應(yīng)變，善于創(chuàng)設(shè)情境.

4 “自制教具”更適合學(xué)生課外實踐活動開展，為實驗教學(xué)作有益補充

初中物理實驗教學(xué)中，無論學(xué)生還是教師都喜歡用身邊的物品或生活中易找的廢棄物來自制教具，說明某個物理規(guī)律.在課外實踐中，要讓學(xué)生容易找到自制教具的原始器材，就地取材，通過預(yù)先設(shè)想與構(gòu)思，初步解決教具基本雛形搭建.后期還需要在基本雛形的教具基礎(chǔ)上，通過實踐試驗，不斷改進、優(yōu)化、創(chuàng)新，將學(xué)生教具逐步完善.在自制教具過程中，經(jīng)歷“師生互動”“生生互動”“組組互動”的交流評價，其實質(zhì)目的就是：不斷提出問題-分析問題-解決問題，內(nèi)驅(qū)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成與提升.

自制教具的原材料不僅容易獲得，而且課外具有較為寬廣的自由活動時間和發(fā)揮空間.以自制教具活動為平臺，相互交流、切磋，即自制教具更適合學(xué)生課外實踐的開展.

以上為筆者對“探究二力平衡條件”實驗教學(xué)后的基本認識與反思，可能存在膚淺與不足，敬請指導(dǎo)與修正.

參考文獻：

［1］劉炳昇、李容.蘇科版物理八年級下冊教師教學(xué)用書[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社.2013：66

［2］于雯.二力平衡考點突破[J].初中生學(xué)習(xí)指導(dǎo)，2023，（08）：54-55.

［3］劉永樹，李家銀.自制二力平衡演示器[J].發(fā)明與創(chuàng)新（初中生），2023，（02）：34-37.

［4］歐燕秋.寓核心素養(yǎng)于物理教學(xué)的實踐應(yīng)用——以“二力平衡”教學(xué)為例[J].中學(xué)課程資源，2022，18（07）：33-35.

［5］呂曉雨.以“問”設(shè)境，探究“二力平衡”[J].教書育人，2020，（14）：71.