核心素養(yǎng)理念下探究性教學(xué)
—— “共點(diǎn)力作用下物體的平衡”教學(xué)設(shè)計(jì)案例

陶昌宏

(北京教科院基教研中心物理室 北京 100080)

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)馗咭?1)班學(xué)生上了一節(jié)現(xiàn)場(chǎng)課，學(xué)校教師進(jìn)行觀摩．全班人數(shù)72．這是現(xiàn)場(chǎng)學(xué)生上課的照片．

圖1 現(xiàn)場(chǎng)學(xué)生及上課照片

按照本刊2018年第10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”中的教學(xué)設(shè)計(jì)體例，現(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)課所做的教學(xué)設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)給讀者，僅供參考，若有不妥之處，敬請(qǐng)指正!

1 設(shè)計(jì)思想

(1)本節(jié)課是一節(jié)物理規(guī)律應(yīng)用課．平衡狀態(tài)，平衡條件是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的基礎(chǔ)性應(yīng)用．

(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)讓學(xué)生用身邊物品體驗(yàn)平衡狀態(tài)、感受平衡是有條件的．

2 指導(dǎo)思想與理論依據(jù)

恩格斯曾說: “在希臘人那里是天才的直覺的東西，在我們這里是嚴(yán)格科學(xué)的以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的研究結(jié)果，因而也就具有確定得多和明白得多的形式” (馬克斯恩格斯選集第三卷P454)在恩格斯眼中，實(shí)驗(yàn)多么重要．以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的研究結(jié)果，能夠得到確定的形式，而且相信一定是簡(jiǎn)潔的形式．

恩格斯曾說: “相互作用是事物的真正的終極原因．只有從這個(gè)普遍的相互作用出發(fā)，我們才能了解現(xiàn)實(shí)的因果關(guān)系．為了了解單個(gè)的現(xiàn)象，我們就必須把它們從普遍的聯(lián)系中抽出來，孤立地考察它們，而且在這里不斷更替的運(yùn)動(dòng)就顯現(xiàn)出來，一個(gè)為原因，另一個(gè)為結(jié)果．(馬克斯恩格斯選集第三卷P552)這段內(nèi)容啟發(fā)我們，相互作用是普遍規(guī)律．尊重規(guī)律，才能掌握因果關(guān)系．解決某個(gè)具體問題，要確定好研究對(duì)象，將研究對(duì)象孤立出來，觀察其變化，方可找到變化的原因．

2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)中提出科學(xué)探究的課程目標(biāo)．其中的關(guān)鍵詞: 問題、證據(jù)、解釋和交流．

在課程標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)科學(xué)探究做了高度概括．指出了探究教學(xué)的目標(biāo)．課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的核心素養(yǎng)課程目標(biāo)，是我們教學(xué)的依據(jù)和行動(dòng)指南．

《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．” 啟發(fā)我們?cè)谖锢斫虒W(xué)中，要將其中的 “情境 、實(shí)驗(yàn)、思維、探究”關(guān)鍵詞所表達(dá)的內(nèi)容，進(jìn)行有機(jī)的聯(lián)系、進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，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)雜志上做過連載)

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)共點(diǎn)力作用下物體的平衡．是在初中學(xué)習(xí)靜止和勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同一直線上二力的合成，在二力平衡的基礎(chǔ)上，對(duì)初中學(xué)習(xí)內(nèi)容的擴(kuò)展和提升．將二力變?yōu)槎鄠€(gè)力，從二力平衡變?yōu)槎鄠€(gè)力的平衡，研究多個(gè)力作用下的平衡條件，對(duì)平衡條件進(jìn)行科學(xué)、簡(jiǎn)潔的表述，對(duì)平衡條件進(jìn)行理論解釋，學(xué)會(huì)對(duì)一些生活現(xiàn)象、生產(chǎn)現(xiàn)象做出解釋．

共點(diǎn)力作用下物體的平衡是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的基礎(chǔ)性應(yīng)用，對(duì)形成力和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)有著潛移默化的作用．

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

(情況說明:上課之前對(duì)當(dāng)?shù)馗咭恍律隽艘恍┝私猓鶕?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)．)

學(xué)生經(jīng)歷近半個(gè)學(xué)期的物理課程的學(xué)習(xí)．對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述、力及相互作用有一定的初步認(rèn)識(shí)．學(xué)生樸實(shí)，有學(xué)習(xí)動(dòng)力，學(xué)習(xí)效果在當(dāng)?shù)厥潜容^好的．對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的使用有了一些經(jīng)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ρ∪酰?/p>

學(xué)生整體情況而言，對(duì)自然現(xiàn)象、生活現(xiàn)象關(guān)注的比較少，聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)和能力比較欠缺，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ写岣撸?/p>

學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案不會(huì)順暢，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究時(shí)會(huì)出現(xiàn)操作不規(guī)范、不熟練，完成探究時(shí)間會(huì)長一些．如果學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案確有困難，可采取其他方式．

3.3 本節(jié)課采用的主要教學(xué)方式及主要探究內(nèi)容

本節(jié)課主要采用講授與探究性教學(xué)相結(jié)合的方式，組織學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，探究共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件．

4 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

(1)建立共點(diǎn)力的概念，知道共點(diǎn)力作用下物體的平衡狀態(tài)，掌握共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件，運(yùn)用平衡條件能夠解釋一些實(shí)際問題．

(2)通過具體的平衡現(xiàn)象，滲透物質(zhì)及相互作用觀念；

通過具體的平衡現(xiàn)象，培養(yǎng)建構(gòu)物理模型的意識(shí)和能力；

通過體驗(yàn)物體的平衡，使學(xué)生覺得物理就在身邊，物理有用，物理有趣；

通過實(shí)驗(yàn)探究平衡條件，培養(yǎng)學(xué)生使用彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行測(cè)量、記錄、畫圖分析等能力，培養(yǎng)學(xué)生交流、合作的意識(shí)和能力；

通過解決平衡現(xiàn)象中的實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力．

(3)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：獲得共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件.

難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究平衡條件.

5 教學(xué)資源設(shè)計(jì)

(1)主要器材: 彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、鋼環(huán)、細(xì)繩，拉桿箱等．其中事先準(zhǔn)備好的鋼環(huán)和細(xì)繩如圖2所示．

圖2 鋼環(huán)和細(xì)繩

(2)利用上述器材探究共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件.

6 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

6.1 教學(xué)流程圖

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：創(chuàng)設(shè)情境形成問題

開始上課，找一名男生將課前放在教室后面的行李箱(圖4)，拿到講臺(tái)前．目的是，學(xué)生按照習(xí)以為常的方式，拉著行李箱，從容地走到講臺(tái)前．從而引出問題，為什么人們都習(xí)慣性地手拉著行李箱，而不是推著行李箱?

圖4 行李箱

(情況說明:圖4中行李箱是自己帶去的．上課時(shí)，出現(xiàn)的情況與預(yù)先設(shè)計(jì)的出入很大，事與愿違．這名男生用雙手直接將行李箱搬過來了．筆者的原話:“請(qǐng)你幫助我將后面的行李箱搬到前面來”，請(qǐng)注意這里用的是“搬”沒想到學(xué)生真用搬的方式．接著筆者又找了一名女生將行李箱拿到講臺(tái)前( 此時(shí)行李箱已放到教室后面) 還是希望同學(xué)能將行李箱拉過來．結(jié)果這名女生仍是搬過來的．箱子里筆者有意識(shí)地放了一些書和較多物品，所以箱子較重，由于用了較大力氣，這名女生臉色漲紅．

筆者當(dāng)即表揚(yáng)了這兩位同學(xué)，但是，僅從學(xué)生質(zhì)樸的角度進(jìn)行了表揚(yáng)．課后才知道，這兩名學(xué)生是尊重我，怕將箱子中的物品弄亂、弄壞，才小心翼翼地將箱子用雙手搬過來．

教師演示拉箱子和推箱子的兩種方式.

教師展示照片如圖5所示，指出選擇拉箱子一定符合物理原理．

圖5 拉箱子

教師創(chuàng)設(shè)情境，形成問題，讓學(xué)生嘗試從物理學(xué)的角度進(jìn)行解釋．

教師演示平衡現(xiàn)象如圖6和圖7所示.

圖6 “燕子”的平衡

圖7 “鋼叉”的平衡范

展示圖8，展示體操運(yùn)動(dòng)員的平衡姿態(tài)．

圖8 平衡木

教師指出:平衡是萬事的基礎(chǔ)，自然界中的平衡現(xiàn)象隨處可見，并請(qǐng)同學(xué)舉出實(shí)例．

環(huán)節(jié)二:學(xué)生活動(dòng) 體驗(yàn)平衡

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)給每名學(xué)生一支2B鉛筆，作為支教活動(dòng)送給同學(xué)們的小禮品．

組織學(xué)生用一個(gè)指頭使鉛筆處于平衡狀態(tài)．讓學(xué)生體驗(yàn)二力平衡是有條件的．如圖9所示．

圖9 用鉛筆體驗(yàn)平衡

(情況說明：這是當(dāng)時(shí)上課時(shí)同學(xué)們體驗(yàn)平衡時(shí)的照片．課后放在教學(xué)設(shè)計(jì)當(dāng)中了)

環(huán)節(jié)三:實(shí)際情境 建構(gòu)模型

展示圖片10，圖片11，圖片12.

圖10 學(xué)生熟悉的情境

圖11 建構(gòu)模型的過程

這個(gè)環(huán)節(jié)目的在于，讓學(xué)生感受建構(gòu)物理模型的過程，看到物理問題源于實(shí)際．

教師組織學(xué)生對(duì)模型中的球體進(jìn)行受力分析，認(rèn)識(shí)共點(diǎn)力．啟發(fā)學(xué)生達(dá)成共識(shí)，共點(diǎn)力作用下物體的平衡是有條件的．

環(huán)節(jié)四:實(shí)驗(yàn)探究平衡條件

請(qǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案，給學(xué)生一定的時(shí)間．

(情況說明:學(xué)生在自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案時(shí)，全班同學(xué)基本上沒有明確的思路．與預(yù)先設(shè)計(jì)的情況差不多，在這種情況下組織學(xué)生看教材．教師說明實(shí)驗(yàn)器材，明確研究對(duì)象是圖2中的小鋼環(huán)．)

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究，得出共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件，即合力為零．

環(huán)節(jié)五:理論解釋平衡條件

教師組織學(xué)生對(duì)平衡條件進(jìn)行理論解釋．在教師的啟發(fā)下，學(xué)生運(yùn)用牛頓第二定律做了合理的解釋．

環(huán)節(jié)六:應(yīng)用結(jié)論解決問題

仍從實(shí)際開始．從學(xué)生熟悉的生活情境開始，展現(xiàn)建構(gòu)物理模型的過程，模型如圖13所示．

(a)

(b)

( 情況說明：為了從實(shí)際生活中找到素材，從而方便建構(gòu)模型，上課之前到超市，拍下這組照片，學(xué)生一看照片里的我，都笑了．)

【例1】如圖14所示，重力為G的物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ．一個(gè)人用與水平方向成α角的拉力F拉物體，使物體沿水平面做勻速直線運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)確定此拉力的大小?

圖14 例1題圖

【例2】如圖15所示，重力為G的物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ．一個(gè)人用與水平方向成α角的力F推物體，使物體沿水平面做勻速運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)確定此推力的大?。?/p>

圖15 例2題圖

請(qǐng)同學(xué)解釋為什么人們選擇拉行李箱?

環(huán)節(jié)7:課堂小結(jié)感悟方法

組織學(xué)生完成如下的小結(jié)內(nèi)容.

(1)請(qǐng)同學(xué)們思考，這節(jié)課你的最大收獲是什么?

(2)教師指出:采用實(shí)驗(yàn)探究的方式得到共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件，我們尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果．

(3)教師指出:平衡條件不僅能夠解決模型化的題目，還要學(xué)會(huì)解決實(shí)際問題．解決問題時(shí)的基本思路:確定研究對(duì)象—建構(gòu)物理模型—進(jìn)行受力分析—根據(jù)平衡條件列方程.

7 板書設(shè)計(jì)

第七節(jié)(二)共點(diǎn)力作用下物體的平衡

一、體驗(yàn)平衡

二、探究共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件

(1)共點(diǎn)力

(2) 平衡狀態(tài):勻速直線運(yùn)動(dòng)、靜止

(3) 探究平衡條件

實(shí)驗(yàn)結(jié)論:合力為零

理論解釋:根據(jù)牛頓第二定律

三、解決問題

例1，例2.

四、小結(jié)

(1)體驗(yàn)方法

(2)解決問題的思路

( 情況說明：圖16是課后拍下來的板書照片，為教學(xué)反思之用)

圖16 板書

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

課內(nèi)評(píng)價(jià): 課上完成對(duì)手拉行李箱而不是手推行李箱的物理解釋.

課外評(píng)價(jià)：(1)請(qǐng)同學(xué)們思考并解決.

如圖17所示，一個(gè)固定的斜面．傾角為θ，一個(gè)質(zhì)量為M的物體在沿著平行斜面方向向上的拉力F的作用下沿斜面勻速上滑，已知物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求拉力F的大小(重力加速度為g).

圖17 斜面上物體受力分析

(2)完成本節(jié)書中的練習(xí)與評(píng)價(jià)的內(nèi)容.

9 課后反思

(1)本節(jié)課基本完成預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)．這一節(jié)課上得比較簡(jiǎn)潔，層次分明．

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，心中略有得意之感!

做課堂小結(jié)時(shí)，3名學(xué)生分別表達(dá)了他們?cè)诒竟?jié)課中的最大收獲．

學(xué)生甲: 我學(xué)會(huì)了用實(shí)驗(yàn)解決共點(diǎn)力平衡條件的方法；

學(xué)生乙：我學(xué)會(huì)了用實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)的方法；

學(xué)生丙: 我學(xué)會(huì)了共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件，并能夠應(yīng)用解決一些問題．

筆者聽后心里挺高興! 這是對(duì)教師的付出給予的最好回報(bào)．

(2)學(xué)生對(duì)搬行李箱作為課的引入，感興趣；對(duì)展示的平衡現(xiàn)象感興趣，在體驗(yàn)平衡、探究平衡條件等教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生情緒一直很飽滿．說明學(xué)生對(duì)實(shí)際問題、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)等有興趣．今后仍繼續(xù)追求讓學(xué)生覺得物理有用、物理有趣的教學(xué)境界．

(3)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力比預(yù)想的還要欠缺一些，這個(gè)環(huán)節(jié)用時(shí)多了，導(dǎo)致課堂小結(jié)比較匆忙．

(4)本節(jié)課的板書設(shè)計(jì)比較好，但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)書寫不太滿意，仍需練習(xí)和改進(jìn)；教學(xué)語言還比較親切，但不夠精練，重復(fù)的話顯得多了．

以上是“共點(diǎn)力作用下物體的平衡”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì).