循環(huán)遞進式探究法在初中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用

劉曉林 潘鎮(zhèn)高

摘 要：本文首先介紹了循環(huán)遞進式探究法的概念及其實施特點，并以滬科版物理教材“做功了嗎”一節(jié)為例，具體分析了在實際的初中物理課堂教學(xué)中如何應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：循環(huán)遞進探究; 物理課堂;教學(xué)應(yīng)用

文章編號：1008-4134（2019）16-0053 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

作者簡介：劉曉林（1981-），男，安徽南陵人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：課堂教學(xué)研究;

潘鎮(zhèn)高（1973-），男，安徽南陵人，本科，中學(xué)高級教師，蕪湖市物理學(xué)科帶頭人，研究方向：教材教法研究.

循環(huán)遞進式探究法是一種建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和行動導(dǎo)向教學(xué)基礎(chǔ)之上的以學(xué)生主動探究為主的教學(xué)模式.這一教學(xué)模式以問題解決為目標，以任務(wù)為主線，以學(xué)習(xí)活動為載體，循環(huán)深究，逐步深入，完成知識建構(gòu).“循環(huán)”體現(xiàn)在探究要素的不斷運用，“遞進”體現(xiàn)在對事物認識的上升（如圖1所示）.

在確定探究課題后，教師要引導(dǎo)學(xué)生明確探究的方向，并將問題分解成若干個相互關(guān)聯(lián)的小問題，也可以在教學(xué)過程中動態(tài)生成小問題，形成若干個環(huán)環(huán)相扣、層層深入的小型學(xué)習(xí)活動（如圖2所示）.每個學(xué)習(xí)活動約5分鐘左右，活動中靈活運用科學(xué)探究的若干要素，通過“情境創(chuàng)設(shè)”引出本活動學(xué)習(xí)情境、通過“合作探究”開展小型協(xié)作學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)，通過“知識建構(gòu)””實現(xiàn)問題解決，達成本次活動的學(xué)習(xí)目標，并進而生成新的問題，為下一個學(xué)習(xí)活動提供依據(jù)或指導(dǎo);若干個學(xué)習(xí)活動依此方式循環(huán)開展、逐步遞進.

在大量課堂實踐的基礎(chǔ)上，安徽省蕪湖市以新課改倡導(dǎo)的“立德樹人，以學(xué)生為中心”“自主、合作、探究”“多元評價”“面向全體，因材施教”“大教育觀”等基本理念為支撐，以讓“每一個孩子都養(yǎng)成良好的物理核心素養(yǎng)”為目標，結(jié)合學(xué)生的身心特點和個性發(fā)展的差異，經(jīng)過不斷的探索和實驗，確立了適合學(xué)生特點的循環(huán)遞進探究教學(xué)模式，在實際教學(xué)中也取得了比較理想的效果.筆者結(jié)合滬科版八年級物理課本第十章第三節(jié)“做功了嗎”一節(jié)的教學(xué)，具體談一談循環(huán)遞進探究教學(xué)模式的運用.

1 案例背景

“做功了嗎”這節(jié)課選自滬科版八年級物理課本第十章第三節(jié).本節(jié)內(nèi)容安排在學(xué)生學(xué)習(xí)了杠桿和滑輪兩種簡單機械的基礎(chǔ)上展開，同時也為以后學(xué)習(xí)功率、機械效率、機械能等知識奠定基礎(chǔ)，在教材中起到承上啟下的作用.

功是物理學(xué)中一個很重要的概念，是學(xué)習(xí)能量知識的基礎(chǔ);而機械功又是其它形式功的基礎(chǔ)，故學(xué)好功的知識對理解物理現(xiàn)象背后的本質(zhì)具有重要意義.教材首先從省力的機械不省距離、省距離的機械不省力這一事實出發(fā)，再從動滑輪提重物的具體實驗探究中發(fā)現(xiàn)：力與力的方向上移動距離的乘積是一個有意義的物理量，進而引出機械功的概念.接著又用圖示方法展現(xiàn)怎樣才算做功，讓學(xué)生從中歸納出做功的必備條件，最后自然地引出計算功的公式和方法以及單位，并通過信息窗介紹英國物理學(xué)家焦耳，同時說明為什么以他的名字來作為功和能的單位.教材按照什么是功，怎樣才算做功，如何計算功的邏輯順序，循序遞進，符合循環(huán)遞進探究法教學(xué).

2 學(xué)情分析

本節(jié)課的教學(xué)對象是八年級下學(xué)期的學(xué)生，由于普及了義務(wù)教育，學(xué)生素質(zhì)參差不齊.主要表現(xiàn)在以下幾個方面.

知識基礎(chǔ)方面：學(xué)生已學(xué)習(xí)了運動和力、力和簡單機械等知識，具備了學(xué)習(xí)功所需要的基礎(chǔ)，但也有部分學(xué)生不能正確分析受力，沒有搞清運動和力的關(guān)系，不能把握力與移動距離之間的內(nèi)在聯(lián)系，導(dǎo)致在判斷物體是否做功、進行功的計算時，把不對應(yīng)的力與距離聯(lián)系在一起，而引起錯誤;在前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了簡單機械中杠桿平衡條件、動滑輪的特點等知識，還學(xué)習(xí)了力和長度的測量，也具備了一定的實驗探究的能力.

認知能力方面：八年級學(xué)生思維比較活躍， 他們的思維主要以形象思維為主，喜歡動手動腦，對直觀內(nèi)容比較感興趣，但欠缺對問題的深入思考及理性化的思維過程.抽象思維能力正處于發(fā)展期，初步具備了一定的分析、概括和歸納能力.

學(xué)習(xí)動機方面：對新鮮事物有強烈的好奇心，具有較強的求知欲，具有比較典型的求趣、求動心理.

學(xué)習(xí)風(fēng)格方面：有了一定的自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)能力，喜愛合作學(xué)習(xí)，喜愛通過討論的方式解決學(xué)習(xí)中的問題，喜歡新媒體技術(shù)支持下的學(xué)習(xí)環(huán)境，較容易受外界評價與成就水平影響.

綜合以上學(xué)情分析，學(xué)生具備了循環(huán)遞進式探究法的教學(xué)基本條件.

3 教學(xué)策略

“循環(huán)遞進式探究”教學(xué)法：

以問題串層層遞進，通過實驗探究，啟發(fā)、引導(dǎo)、討論、得出結(jié)論，實現(xiàn)教學(xué)目標;

利用希沃授課助手軟件實時動態(tài)直播和拍照，及時對探究過程進行指導(dǎo)和診斷;利用新媒體技術(shù)Plickers軟件，實時反饋學(xué)情：充分發(fā)揮現(xiàn)代新媒體技術(shù)的作用，課堂現(xiàn)場迅速基于大數(shù)據(jù)反饋診斷教學(xué);

以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，綜合運用實驗探究、觀察分析、啟發(fā)對比、歸納演繹、講授法等多種教學(xué)方法，使學(xué)生在觀察、實驗、討論、歸納中學(xué)習(xí)知識、培養(yǎng)能力和核心素養(yǎng).

4 循環(huán)遞進探究流程（如圖3所示）

5 案例過程

5.1 第一環(huán)節(jié)：建立功的概念，什么是機械功

活動1：功的研究歷史回顧.

省力杠桿和費力杠桿的優(yōu)點和缺點是什么？設(shè)疑：作用在物體上的力與物體移動的距離是否存在一定的聯(lián)系？讓學(xué)生回顧、思考.然后播放蒸汽機視頻，展示人類早期使用蒸汽機的情形，啟發(fā)學(xué)生思考，當時的機械師們迫切需要尋找一種衡量蒸汽機等機械功效的辦法，但是很長一段時間內(nèi)沒有找到，下面我們一起用實驗來尋找方法.

【設(shè)計意圖】通過設(shè)疑激發(fā)學(xué)生的好奇心，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，為初步探究做功做好準備.教育重演論指出，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)科學(xué)的過程是對人類研究科學(xué)過程認知的“重演”，教師有必要借助“歷史的力量”，為學(xué)生還原功概念建立的歷史場景，使學(xué)生對功的認識變得豐滿而鮮活.讓學(xué)生回顧物理學(xué)史，追溯概念的起源，學(xué)生對概念的理解更深刻，同時滲透功能關(guān)系，為后續(xù)探究能量做好鋪墊.

活動2：合作探究，建構(gòu)功的概念.

組織學(xué)生分組實驗，介紹實驗器材：滑輪組、彈簧秤、直尺、200g鉤碼若干、鐵架臺、細線.學(xué)生思考討論實驗步驟和注意點：

（1）組裝好滑輪組，固定在鐵架臺上，實驗時把直尺豎立緊貼鐵架臺;

（2）了解彈簧秤的量程、分度值，測鉤碼物重時，考慮量程，建議每一個單獨測量，然后相加.測掛1個或2個或3個或4個鉤碼時的數(shù)據(jù);

（3）緩慢勻速豎直提升鉤碼，待彈簧秤靜止穩(wěn)定時再讀數(shù)，鉤碼起始結(jié)束位置最好在直尺的整數(shù)值;

（4）記錄物重G、物體升高的高度h，彈簧秤示數(shù)F和繩子移動距離S（把實驗數(shù)據(jù)填入表1）.

教師利用希沃授課助手軟件及時跟蹤指導(dǎo)、診斷實驗過程，學(xué)生分組實驗、合作探究.

學(xué)生分組實驗、思考、討論、分析發(fā)現(xiàn)：如果把拉力F與上升距離S相乘， 近似等于物重G與物體上升高度h的乘積，即Fs=Gh，后來人們又發(fā)現(xiàn)使用其他機械也是如此.于是人們開始認識到，力與力的方向上移動距離的乘積是一個有意義的物理量，于是機械師們把力和物體在力的方向上移動距離的乘積這個物理量稱為機械功，簡稱功，用符號W表示.

【設(shè)計意圖】教師將先驅(qū)探索機械功的歷史境遇與學(xué)生當下的生活情境有機結(jié)合，極大地激發(fā)學(xué)生探求新知的欲望，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，收獲成功體驗;學(xué)生自行探究、建構(gòu)形成機械功的概念的過程，能夠提高學(xué)生核心素養(yǎng)中的物理觀念;也培養(yǎng)學(xué)生掌握乘積法定義物理量的科學(xué)研究方法.

5.2 第二環(huán)節(jié)：概念延伸，怎樣才算做功

活動1：做功條件.

物理學(xué)上的做功注重效率、貢獻，與生活中所說的做工不同.課件展示討論：人用力推打石頭而沒推動，有無做功？沒有做功（勞而無功）;冰壺在平滑的冰面上滑行，有無做功？

沒有做功（不勞無功）;小車載著物體水平行駛，有無做功？有力有距離但是垂直不做功（垂直無功）.通過學(xué)生討論分析各種做功和不做功的情況，讓學(xué)生歸納分析，物理學(xué)中所說的做功有什么共同特點？想一想做功的必備因素是什么？總結(jié)得出.

不做功的三種情況：

（1）物體受到力的作用，但沒有移動距離，即 （S=0 ，勞而無功）;

（2）物體沒有受到力的作用，由于慣性而通過一段距離，即（F=0，不勞無功）;

（3）物體受到某力的作用，但運動方向始終與該力方向垂直，即（F⊥S，垂直無功）.

從而總結(jié)出做功的兩個必要因素：有力作用在物體上 ，物體在該力的方向上移動了距離.

【設(shè)計意圖】從生活出發(fā)，對學(xué)生大腦中觀念產(chǎn)生認知沖突，從而更新知識，體現(xiàn)物理學(xué)源于生活高于生活的理念.培養(yǎng)了學(xué)生分析問題，歸納演繹的能力，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣.

活動2：自制教具，做功判斷.

為了讓學(xué)生更加形象、直觀地判斷物體是否做功，利用不銹鋼、定滑輪、鉤碼、細線制作做功判斷演示儀（如圖4所示）.教師演示三種情況下，物體是否做功，即物體在拉力方向上移動距離，是否做功;提著物體水平移動，物體是否做功;力與距離同一方向但都與水平方向成一定夾角，是否做功.沿斜面向上拉物體，拉力是否做功.（如圖5所示）

【設(shè)計意圖】自制教具展示做功情況，由易至難，層層遞進，螺旋式上升，符合學(xué)生的認知規(guī)律，有效突破了教學(xué)難點;滲透克服重力做功為高中學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).

活動3：檢測鞏固：小活動——選一選.

課件展示：各種做功和不做功的情況，讓學(xué)生分類.

例題：下列說法正確的是（ ）

A.只要有力作用在物體上，力就對物體做功

B.物體只要移動距離就做功

C.有力作用在物體上，物體也移動了距離，力就一定做功

D.有力作用在物體上，物體沿力的方向移動了距離，力就一定做功

解析：有力作用不一定做功，無力作用肯定不做功.

【設(shè)計意圖】利用plickers軟件快速了解學(xué)情，學(xué)生知道答案后，舉起手中二維碼卡片，教師掃描二維碼，立即知道學(xué)生所選答案，及時調(diào)整循環(huán)遞進探究進度情況.

5.3 第三環(huán)節(jié)：概念深入，怎樣計算功

活動1：學(xué)生表演舉礦泉水瓶.

功有大小嗎？如何計算功的大小，先請學(xué)生表演舉礦泉水瓶實驗.

（1）相同的礦泉水瓶，舉不同高度，舉得越高的同學(xué)付出的越多、力的成效越顯著，做功越多.

（2）不同礦泉水瓶，舉相同的高度，舉的瓶數(shù)越多的同學(xué)付出越多、力的成效越顯著，做功越多.

學(xué)生通過觀察和定量分析得出做功的多少與力的大小和力的作用下移動的距離成正比（如圖6所示）.

結(jié)論1：力大小相等時，功與力方向上移動距離成正比.

結(jié)論2：力方向上移動距離相等時，功與力成正比.

在都做功的前提下，力和移動的距離都不同時，我們用兩者的乘積大小來比較做功的多少.當力與距離都是國際單位時，從而得出功的計算公式W=FS.力的單位牛頓，距離的單位米，功是合成單位?！っ?，物理學(xué)上為了紀念物理學(xué)家焦耳對功所做的貢獻，用焦耳名字命名功的單位，即：1 J=1 N · m.

【設(shè)計意圖】培養(yǎng)學(xué)生借助數(shù)學(xué)工具處理物理問題的方法.由淺入深，循環(huán)遞進探究，讓學(xué)生明白功是在力的作用下的累積，正是由于累積思想的存在，才使得力與距離以一種乘積的形式相結(jié)合.所謂累積是指隨著時間及空間位置的改變，事物會發(fā)生集聚性變化，最終完成由量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)化.累積是源泉，本質(zhì)在于物質(zhì)由量變到質(zhì)變過程中所存在的漸進性與持續(xù)性，滲透累積思想，為后續(xù)探究學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).

活動2：讀一讀，議一議：對功研究有杰出貢獻的物理學(xué)家.

焦耳是英國物理學(xué)家.1818年12月24日生于索爾福.他父親是釀酒廠的廠主.焦耳從小體弱不能上學(xué)，在家跟父親學(xué)釀酒，并利用空閑時間自學(xué)化學(xué)、物理.他很喜歡電學(xué)和磁學(xué)，對實驗特別感興趣.后來成為英國曼徹斯特的一位釀酒師和業(yè)余科學(xué)家.可以說焦耳是一位靠自學(xué)成才的杰出科學(xué)家.焦耳最早的工作是電學(xué)和磁學(xué)方面的研究，后轉(zhuǎn)向?qū)εc熱相互轉(zhuǎn)化的實驗研究.1866年由于他在熱學(xué)、電學(xué)和熱力學(xué)等方面的貢獻，被授予英國皇家學(xué)會柯普萊金質(zhì)獎?wù)? 焦耳病危前曾說過：“我一生中也只是做了兩三件事而已，沒有什么值得炫耀的.”

宋應(yīng)星（1587年—約1666年），字長庚，漢族，江西人，明朝著名科學(xué)家.一生致力于對農(nóng)業(yè)和手工業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)考察和研究，最杰出的作品《天工開物》被譽為“中國17世紀的工藝百科全書”.

萊布尼茲，生于1646年，德國哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家，歷史上少見的通才，多才多藝，被譽為十七世紀的亞里士多德.

艾薩克·牛頓（1643年1月4日—1727年3月31日）爵士，英國皇家學(xué)會會長，英國著名的物理學(xué)家，百科全書式的“全才”，著有《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》《光學(xué)》.牛頓與戈特弗里德·威廉·萊布尼茨分享了創(chuàng)立微積分學(xué)的榮譽.

【設(shè)計意圖】介紹焦耳，自學(xué)成才，謙虛的優(yōu)良品質(zhì)，對學(xué)生進行情感熏陶，對引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀起到積極的作用，達到了培養(yǎng)學(xué)生情感態(tài)度和價值觀目標. 引入對做功研究有杰出貢獻的物理學(xué)家成長史，培養(yǎng)學(xué)生不畏艱難、曲折，永攀高峰尋求科學(xué)真理的精神.

活動3：實踐應(yīng)用，例題解析.

感受做功的大小，將兩個雞蛋舉高一米所做的功， W=Fs=1N×1m=1J

例：一個人用50N的力沿水平方向勻速推一輛重200N的車前進2m，求這個人對車做功多少？重力對車做功多少？

【設(shè)計意圖】體驗1J的大小，培養(yǎng)學(xué)生的估算能力，同時培養(yǎng)學(xué)生正確規(guī)范的習(xí)題解答過程，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識分析解決問題的能力.

本節(jié)課教學(xué)中采用循環(huán)遞進式探究，所設(shè)計的三個環(huán)節(jié)循環(huán)遞進，每個環(huán)節(jié)所設(shè)計的活動由淺入深，螺旋上升，符合學(xué)生的認知規(guī)律和認知特點.循環(huán)遞進探究法教學(xué)模式也是眾多教學(xué)模式中的一種，在物理教學(xué)中的實用性已被大量實踐結(jié)果證明.當前，我國課程改革提倡科學(xué)探究，但很多一線教師尤其是年輕教師往往不知該如何組織科學(xué)探究教學(xué)，或是教師提前預(yù)設(shè)好，使得探究表面化，或是限于個人經(jīng)驗而缺乏理論指導(dǎo)，一味放手讓學(xué)生無方向發(fā)揮，這些都不利于探究教學(xué)的大規(guī)模開展.循環(huán)遞進式探究法正是為廣大一線教師在具體操作層面上提供了一種可供借鑒的較成熟模式，但如何更好地切合自己的教學(xué)，還需要教師在教學(xué)中根據(jù)不同的教學(xué)課題具體探索.只有不斷的探索——總結(jié)——應(yīng)用，才能更好地發(fā)展物理教學(xué)的藝術(shù).

參考文獻：

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（收稿日期：2019-05-09）