“二力平衡”教學設計與反思①

(江蘇省常州西藏民族中學,江蘇 常州 213000)

1 引言

學生的認知經(jīng)驗是學生在實踐活動與生活體驗中建構(gòu)和生成的關(guān)于自己生活世界的價值觀念、思維方式、知識與技能、情感體驗及反思行為等構(gòu)成的綜合體。[1]物理是一門與學生的生活密切聯(lián)系的學科,學生認知經(jīng)驗是教學的起點,初中物理課堂教學應基于此進行設計。筆者結(jié)合自身的教學實踐,對蘇科版八年級物理教材“二力平衡”一節(jié)內(nèi)容進行教學設計。

2 創(chuàng)設真實情境，讓學生感受力與運動的聯(lián)系

人們的生活離不開力與運動,學生在生活中已獲得大量有關(guān)力與運動的體驗,但是他們還沒有建構(gòu)起有關(guān)力與運動的科學觀念。為了喚起學生關(guān)于力與運動的經(jīng)驗,可以在引入環(huán)節(jié)播放生活中物體運動的視頻，從貼近學生的實際生活經(jīng)驗的現(xiàn)象入手,讓學生通過真實的運動感受到力與運動之間的密切關(guān)系,為進一步學習本節(jié)內(nèi)容創(chuàng)設良好的情境。

3 列舉生活實例，讓學生了解二力平衡的相關(guān)概念

二力平衡知識是學生研究力與運動問題的關(guān)鍵,也是分析力與運動的基礎。由于學生已有的知識與技能、情感體驗等已經(jīng)對“平衡”概念有一定的了解,對于平衡狀態(tài)、平衡力與二力平衡的概念并不需要過多的講解和分析。[2]因此,教師需要基于學生認知經(jīng)驗設計觀察生活實例的活動,通過實例引導他們自主分析在平衡狀態(tài)下物體的受力和運動情況。我們可以從生活中選取靜止的物體和做勻速直線運動的物體,引導學生分析這些物體的運動狀態(tài)和受力情況。這樣的設計比較貼近學生經(jīng)驗,從靜到動,從簡單的平衡狀態(tài)到多力的平衡狀態(tài),學生很容易從這些熟悉的事例中理解平衡狀態(tài)和二力平衡的概念,繼而為本節(jié)探究二力平衡條件的實驗打下基礎。

4 制造認知沖突，設計二力平衡條件的實驗

探究二力平衡的條件不僅是本節(jié)的重、難點,也是提升學生思維品質(zhì)和探究能力的重要環(huán)節(jié)。教科書上直接把實驗器材和實驗方案呈現(xiàn)給學生,從某種程度上說,降低了學生探究實驗的難度,但是,通過分析學生的學情，我們發(fā)現(xiàn)：利用實驗改進過程中出現(xiàn)的問題制造與學生直覺經(jīng)驗的認知沖突,可以激發(fā)學生探究的欲望,提升學生的思維品質(zhì)。在設計探究二力平衡條件的實驗時,可以將實驗過程改進為以下三步。

(1) 從研究豎直方向的兩個力到研究水平方向的兩個力。在這一環(huán)節(jié)的設計中,首先呈現(xiàn)給學生一個靜止在桌面上的木塊,學生通過受力分析后不難發(fā)現(xiàn),研究豎直方向重力和支持力時,支持力的測量比較困難,進而想到研究水平方向的兩個力。在教師引導下,同學們認為在木塊兩端的細繩上掛鉤碼,可以對木塊施加兩個水平方向的拉力,這樣改進后的實驗裝置操作起來較為方便。

(2) 從水平木板裝置到豎直鐵架臺裝置。將兩端系有細線的木塊放在水平木板上,木塊兩端各掛一個相同的鉤碼時,木塊確實處于平衡狀態(tài),但是,當兩邊所掛鉤碼個數(shù)不相等時木塊仍然平衡。此處教師通過演示實驗設疑,目的在于打破學生常規(guī)思維,讓學生產(chǎn)生認知沖突,促使他們進一步發(fā)現(xiàn)木塊與木板之間的摩擦阻礙了實驗的進行,于是,學生紛紛想辦法減小摩擦,最后一致認為利用豎直鐵架臺把木塊懸空可以最大限度減小摩擦。

(3) 從木塊作為研究對象到選擇紙牌代替木塊。教師演示將木塊用細線懸吊在兩個鐵架臺之間時,解決了木塊與木板之間的摩擦問題,卻又出現(xiàn)了新的問題,此時木塊受三個力作用,而我們實驗探究的是兩個力的平衡。如何將三個力演變成只研究兩個力的平衡呢?這里主要是排除重力對實驗的影響,學生很容易想到換一個較輕的物體,而他們在生活中常見的輕質(zhì)物體就是紙牌。我們知道物體所受重力是無法消除的,對于本實驗只能最大限度減小重力對實驗的影響,教師需要在這里向?qū)W生滲透一種重要的物理思想,即物理實驗中經(jīng)常會忽略次要因素對實驗的影響。

在設計探究二力平衡條件的實驗方案這一環(huán)節(jié),我們可以將實驗的改進過程作為一種教學資源滲透到教學中。教師通過設計問題串引導學生積極思考,使學生在原有經(jīng)驗的基礎上產(chǎn)生思維沖突,學生在參與實驗改進的過程中學會思考、學會質(zhì)疑,從而使他們的思維得到延伸。當學生看到共同改進的實驗裝置更完善時,他們不僅能深刻理解探究的問題,而且對實驗生成了新的認識,這就是學生創(chuàng)新思維的萌芽。[3]

5 組織小組合作，探究二力平衡的條件

探究二力平衡條件的實驗不是實驗的簡單展示,而是學生共同合作、交流討論的探究活動,實驗的目的不僅是得出實驗的結(jié)論,還要讓學生從小組合作中體驗思維碰撞。本環(huán)節(jié)要注重向?qū)W生滲透科學方法的教育,關(guān)于控制變量法,只要教師稍加點撥,學生便可想到。[4]大部分學生猜想到二力平衡的條件有：大小相等、方向相反、作用在同一直線上。在實踐教學中,學生比較容易通過實驗得出“大小相等”和“方向相反”的條件,對于“作用在同一直線上”這個條件的探究較為困難,學生自主探究活動的重點就是探究這個條件。

在學生實驗過程中,教師要巡視指導,注意尋找學生實驗的典型案例。例如,在探究“作用在同一直線上”的條件時學生可能出現(xiàn)向上拉紙片或向下拉紙片的情況,也可能出現(xiàn)將紙片的兩端細線調(diào)節(jié)到高度不一樣的情況,教師找?guī)讉€典型的小組，在大家面前展示他們的實驗情況,小組之間相互評價,集思廣益,在教師的引導下共同改進自己的實驗過程,得出實驗結(jié)論。在學生總結(jié)出二力平衡的三個條件后,可以讓學生嘗試將紙片從中間剪開,觀察紙片是否保持平衡,引導學生發(fā)現(xiàn)二力平衡其實還有一個隱含的條件——作用在同一物體上。

6 結(jié)語

課堂教學設計的目標就是引導學生運用已有的知識經(jīng)驗去解釋新現(xiàn)象、解決新問題,讓他們經(jīng)歷認知沖突,從而引起心理上的不平衡,產(chǎn)生獲得平衡的認知需要。同時,課堂教學還要兼顧學生認知過程中的最近發(fā)展區(qū),這也是我們教學設計中的著眼點。[5]初中階段的學生仍然停留在“經(jīng)驗性”思維階段,中學物理課堂的教學應基于學生經(jīng)驗進行設計,使物理教學的過程更符合學生的認知特點和知識經(jīng)驗,這樣才能促使學生在課堂中更好地建構(gòu)物理知識、學習物理思維方法、培養(yǎng)探究精神。