凸顯科學(xué)探究　培養(yǎng)核心素養(yǎng)

鄭紅　雷迎春

摘? 要：科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)必須落實(shí)在課堂教學(xué)中，體現(xiàn)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容。科學(xué)探究是科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)主要內(nèi)容之一，文章結(jié)合“杠桿”這節(jié)課談?wù)勅绾瓮癸@科學(xué)探究，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué);核心素養(yǎng);科學(xué)探究

科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中形成的具有科學(xué)學(xué)科特點(diǎn)的品質(zhì)，是學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是學(xué)生適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，其內(nèi)容主要包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面。要落實(shí)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，就必須將核心素養(yǎng)培養(yǎng)與課堂教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行有效結(jié)合，在課堂教學(xué)中體現(xiàn)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容。文章以華師大版《義務(wù)教育教科書(shū)·科學(xué)》九年級(jí)上冊(cè)“杠桿”一課的教學(xué)為例，談?wù)勅绾瓮癸@科學(xué)探究，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、教材分析

“杠桿”是第五章“簡(jiǎn)單機(jī)械與功”第一節(jié)內(nèi)容。杠桿五要素知識(shí)的掌握對(duì)滑輪的理解非常重要，是后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，因此，該課程是本章教學(xué)的重點(diǎn)。力臂概念的建立、杠桿的五要素是“杠桿”一節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)，正確理解力臂、繪制力臂是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)。對(duì)杠桿知識(shí)的認(rèn)識(shí)建立在學(xué)生日常接觸的剪刀、指甲剪、羊角錘等物品的基礎(chǔ)上，通過(guò)深入分析、比較這些物品的特點(diǎn)，進(jìn)而建構(gòu)杠桿模型。本節(jié)課內(nèi)容從學(xué)生熟悉的物品入手，引導(dǎo)學(xué)生探究并認(rèn)識(shí)其中隱含的科學(xué)規(guī)律，將科學(xué)知識(shí)與日常生活、社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，充分體現(xiàn)“從生活走進(jìn)科學(xué)，從科學(xué)走向社會(huì)”的新課程理念。

二、教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是：認(rèn)識(shí)生活和生產(chǎn)中的各種杠桿，并了解人體的杠桿;認(rèn)識(shí)杠桿的支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂和阻力臂;培養(yǎng)學(xué)生從科學(xué)視角分析運(yùn)動(dòng)與相互作用的基本原理，并能用杠桿的知識(shí)解釋、解決在生活中遇到的問(wèn)題;培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)理想的杠桿模型的意識(shí)和能力，并對(duì)杠桿問(wèn)題進(jìn)行描述、解釋，能基于證據(jù)進(jìn)行大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問(wèn)題;培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究意識(shí)，提出合理的猜想與假設(shè)，具有設(shè)計(jì)探究方案、獲取證據(jù)的能力;培養(yǎng)學(xué)生的溝通與合作能力，能準(zhǔn)確地表述、評(píng)估和反思實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程與結(jié)果;培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究科學(xué)的好奇心和求知欲;培養(yǎng)學(xué)生準(zhǔn)確理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境四者之間的關(guān)系;培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的責(zé)任感和使命感等。

三、教學(xué)過(guò)程

1. 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師用PPT展示中國(guó)著名的橋梁照片，如港珠澳大橋、北盤(pán)江大橋等。

師：同學(xué)們看到以上照片有什么感想？

生：中國(guó)真?zhèn)ゴ?，能建造這么多舉世聞名的橋梁，作為中國(guó)人，我們感到很自豪。

師：我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的突飛猛進(jìn)。大家都知道，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中必然要用到塔吊和挖掘機(jī)（教師出示圖片），其實(shí)這兩種設(shè)備都用到了杠桿，那么什么是杠桿？杠桿又有什么特點(diǎn)？今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)一下杠桿。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)對(duì)中國(guó)著名橋梁的介紹，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際生活走進(jìn)科學(xué)學(xué)科，關(guān)注生活中的科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)問(wèn)題。

2. 注重體驗(yàn)，建構(gòu)模型

教師讓學(xué)生拔出木塊中的釘子。剛開(kāi)始學(xué)生徒手無(wú)法完成任務(wù)，然后教師提供羊角錘，讓學(xué)生慢慢拔出釘子，從而體驗(yàn)用羊角錘拔釘子的過(guò)程，并重點(diǎn)觀察羊角錘的位置變化。

師：大家觀察到了什么？

生：羊角錘在轉(zhuǎn)動(dòng)。

教師讓學(xué)生觀察撬棒、蹺蹺板和抽水搖把三個(gè)動(dòng)畫(huà)視頻。

師：從三個(gè)動(dòng)畫(huà)中你們發(fā)現(xiàn)它們有什么共同特點(diǎn)？

生1：撬棒、蹺蹺板、抽水搖把都與前面實(shí)驗(yàn)中的羊角錘一樣在轉(zhuǎn)動(dòng)，而且都在圍繞某個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

生2：圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)是支點(diǎn)。

師：你對(duì)支點(diǎn)是怎樣理解的？

生2：支點(diǎn)支持了整個(gè)物體。

師：大家還有什么發(fā)現(xiàn)？

生3：羊角錘、撬棒、蹺蹺板和抽水搖把都不容易發(fā)生形變。

師：以上工具是否可以看作是棒狀結(jié)構(gòu)？

生：可以。

師：我們把具有上述特點(diǎn)的物體叫做杠桿。誰(shuí)能歸納出什么是杠桿？

生4：在力的作用下能繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒叫杠桿。

師：為什么是硬棒？

生4：硬棒不容易發(fā)生形變。

師：杠桿一定是直棒嗎？試舉例說(shuō)明。

生5：不是，如剛才說(shuō)的抽水搖把就不是直棒。

師：杠桿一定是棒狀結(jié)構(gòu)嗎？

生6：不一定，如滾上臺(tái)階的油桶也可以看成是杠桿，轉(zhuǎn)動(dòng)的木箱也可以看成是杠桿。

教師進(jìn)一步讓學(xué)生體驗(yàn)使用剪刀、鑷子、試管夾等工具，觀察使用這些工具的過(guò)程中有沒(méi)有利用杠桿，進(jìn)一步深化理解杠桿的特點(diǎn)。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)拔釘子活動(dòng)觀察羊角錘的轉(zhuǎn)動(dòng)，將撬棒、蹺蹺板、抽水搖把的轉(zhuǎn)動(dòng)與羊角錘的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行比較，從而歸納出它們的共同特點(diǎn)，抽象出杠桿模型，培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)杠桿模型的思維能力。通過(guò)增強(qiáng)學(xué)生的切身體驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過(guò)程，在認(rèn)知的曲折與碰撞中發(fā)現(xiàn)并建構(gòu)新的知識(shí)體系。這是順應(yīng)《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》的要求，實(shí)現(xiàn)初中科學(xué)有效教學(xué)的正確途徑。

3. 交流討論，理解支點(diǎn)

師：其實(shí)，古代勞動(dòng)人民就已經(jīng)學(xué)會(huì)了使用杠桿，如埃及金字塔的建造過(guò)程中搬動(dòng)巨石就使用了杠桿，古代汲水工具桔槔也運(yùn)用了杠桿原理。剛才生2說(shuō)到了支點(diǎn)，那什么是支點(diǎn)呢？

生：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的固定點(diǎn)就是支點(diǎn)，用字母O表示。

師：用開(kāi)瓶器開(kāi)啤酒瓶蓋時(shí)，杠桿的支點(diǎn)在哪里？（教師在黑板上畫(huà)出簡(jiǎn)圖。）

生7：瓶蓋邊緣的一點(diǎn)。

生8：瓶蓋上方與開(kāi)瓶器接觸的一點(diǎn)是支點(diǎn)。

師：兩名學(xué)生誰(shuí)的觀點(diǎn)正確？

生：生8的觀點(diǎn)正確，因?yàn)殚_(kāi)瓶器是繞著瓶蓋與開(kāi)瓶器接觸的一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

師：在杠桿中，使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫動(dòng)力，我們用F1來(lái)表示;阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫阻力，用F2來(lái)表示。

【設(shè)計(jì)意圖】教師引導(dǎo)學(xué)生觀察古代人們用到的杠桿，通過(guò)對(duì)常見(jiàn)杠桿的分析使學(xué)生理解杠桿的支點(diǎn)，并了解杠桿的動(dòng)力和阻力。

4. 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，突破難點(diǎn)

師：生活處處是科學(xué)，留心觀察皆學(xué)問(wèn)。同學(xué)們?cè)谏钪杏袥](méi)有見(jiàn)過(guò)這樣的工具？（教師出示圖片。）

生：桿秤。

師：桿秤也可以看成杠桿。老師為每個(gè)小組準(zhǔn)備了一個(gè)自制的桿秤，同學(xué)們嘗試迅速地調(diào)整，讓桿秤在水平位置靜止。

小組合作探究，動(dòng)手操作。

師：當(dāng)杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)就稱為杠桿平衡。剛才的桿秤都處于平衡狀態(tài)，但是我們是否知道螺母對(duì)杠桿的拉力大??？如何才能測(cè)出螺母對(duì)杠桿拉力的大小呢？

生：使用彈簧測(cè)力計(jì)。

學(xué)生活動(dòng)：用彈簧秤豎直向下拉點(diǎn)A，使桿秤在水平位置平衡，記下拉力的大小;用彈簧秤豎直向下拉點(diǎn)B，使桿秤在水平位置平衡，記下拉力的大小;用彈簧秤斜向下拉點(diǎn)B，使桿秤在水平位置平衡，記下拉力的大?。ˋ，B兩點(diǎn)為事先標(biāo)注的與支點(diǎn)遠(yuǎn)近不同的兩點(diǎn)）。

學(xué)生分組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

師：在A，B兩點(diǎn)豎直向下拉，使杠桿在水平位置平衡時(shí)，A，B兩點(diǎn)用力的大小一樣嗎？說(shuō)明了什么？

生9：不一樣。說(shuō)明要使杠桿平衡在不同的點(diǎn)所用的力的大小是不一樣的。

師：在杠桿的同一點(diǎn)豎直向下和斜向下拉使杠桿平衡時(shí)，力的大小一樣嗎？說(shuō)明了什么？

生10：不一樣，說(shuō)明力的大小與力的方向有關(guān)。

師：剛才的探究活動(dòng)說(shuō)明使杠桿平衡所施加的力的大小不僅與力的作用點(diǎn)有關(guān)，還與力的方向有關(guān)。那么，我們能否把力的大小和方向用一個(gè)科學(xué)量表示？老師帶來(lái)了一件自制的新儀器。

教師展示自制力臂演示裝置。在科學(xué)支架上固定一個(gè)質(zhì)地均勻、畫(huà)有數(shù)個(gè)同心圓且刻畫(huà)有部分圓的切線的圓盤(pán)。

師：這個(gè)圓盤(pán)能繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，它是否可以看作是杠桿？

生：可以。

教師演示：在圓盤(pán)杠桿的一邊掛上鉤碼，在距離支點(diǎn)距離相同的點(diǎn)A處用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為1.4 N。然后，用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉距離轉(zhuǎn)軸為兩倍點(diǎn)A距離的點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變?yōu)?.7 N。改變拉力的方向，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變?yōu)?.4 N時(shí)讓學(xué)生觀察，發(fā)現(xiàn)在A，B兩點(diǎn)拉杠桿使其在水平位置平衡，當(dāng)拉力相等時(shí)，支點(diǎn)到拉力所在直線的距離相等。進(jìn)而引入力臂的概念：動(dòng)力臂是支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的垂直距離;阻力臂是支點(diǎn)到阻力作用線的垂直距離。

【設(shè)計(jì)意圖】力臂的認(rèn)識(shí)與理解是本節(jié)課的難點(diǎn)，通過(guò)自制桿秤，讓學(xué)生探究如何使桿秤在水平位置平衡;在桿秤上不同的點(diǎn)豎直向下拉，使其在水平位置平衡，發(fā)現(xiàn)拉力大小不同;在桿秤上同一點(diǎn)豎直向下和斜向下拉，發(fā)現(xiàn)拉力的大小不同，從而得出使杠桿平衡的力的大小與力的作用點(diǎn)和力的方向有關(guān)。然后，通過(guò)自制杠桿力臂演示裝置，使學(xué)生進(jìn)一步理解要用相同的力使杠桿平衡，就要使支點(diǎn)到力所在的直線距離相等，從而引入力臂的概念。在上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師運(yùn)用了等效替代法，等效替代可以運(yùn)用到科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，是科學(xué)研究中的一種重要思維方法。其主要包括兩種形式：一是材料的替代，即換用效果相同的材料;二是方案的替代，即從不同的角度去獲取證據(jù)。這種讓學(xué)生有充足線索思考和解決問(wèn)題的教學(xué)，才能真正幫助學(xué)生提升思維能力。

5. 方法指導(dǎo)，力臂作圖

師：力臂是支點(diǎn)到力的作用線的距離，可以簡(jiǎn)稱為“點(diǎn)到線”的距離，點(diǎn)就是支點(diǎn)，線就是力的作用線。力的作用線是指通過(guò)力的作用點(diǎn)沿力的方向所引的直線，數(shù)學(xué)中所說(shuō)的直線是沒(méi)有端點(diǎn)的，因此可以順向和反向延長(zhǎng)。

教師示范力臂的畫(huà)法，作力臂的過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)成“找點(diǎn)、畫(huà)線、作垂”。

【設(shè)計(jì)意圖】會(huì)分析杠桿的力臂對(duì)杠桿平衡條件、杠桿動(dòng)態(tài)平衡分析都非常重要。規(guī)范學(xué)生正確做力臂也是教學(xué)難點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，教師用更簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言讓學(xué)生明確作力臂的幾個(gè)步驟，這樣有利于學(xué)生深刻理解力臂作法。

6. 課堂練習(xí)，及時(shí)鞏固

讓學(xué)生練習(xí)力臂的作圖，在作圖過(guò)程中強(qiáng)調(diào)動(dòng)力、阻力必須是作用在杠桿上的，力臂必須過(guò)支點(diǎn)。其中一個(gè)練習(xí)是用已知?jiǎng)恿Ρ圩鲃?dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。

四、教學(xué)反思

“杠桿”是初中科學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要概念，它與壓強(qiáng)、密度、浮力等知識(shí)點(diǎn)均有十分密切的聯(lián)系。教師在處理教材、組織教學(xué)的過(guò)程中有很多亮點(diǎn)，體現(xiàn)了學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。

“核心素養(yǎng)”不是直接由教師教出來(lái)的，而是在問(wèn)題情境中借助問(wèn)題解決的實(shí)踐培養(yǎng)起來(lái)的。本節(jié)課中，教師從基礎(chǔ)建設(shè)中用到的塔吊、挖掘機(jī)引入杠桿課題，注意由“抽象知識(shí)”轉(zhuǎn)向“具體情境”，注重營(yíng)造學(xué)習(xí)情境的真實(shí)性。另外，教師還講到桿秤、開(kāi)瓶器、蹺蹺板等，通過(guò)自制桿秤探究杠桿的要素，注重科學(xué)與實(shí)際生活的聯(lián)系。

教師給予學(xué)生更多的小組合作機(jī)會(huì)，通過(guò)小組討論得出優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案，通過(guò)小組合作完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，交流形成探究結(jié)論。讓學(xué)生在探究過(guò)程中經(jīng)歷精彩的信息處理過(guò)程：?jiǎn)栴}的設(shè)定、假設(shè)的建立、驗(yàn)證計(jì)劃、驗(yàn)證過(guò)程、結(jié)論的琢磨等。通過(guò)這樣的探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

教師還通過(guò)自制教具，將力臂的理解轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)的觀察、分析，加深學(xué)生對(duì)力臂的理解。科學(xué)教學(xué)不能只重視學(xué)生對(duì)概念規(guī)律的記憶，還要注重科學(xué)本質(zhì)的呈現(xiàn)，以免學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解產(chǎn)生偏差。教師在教學(xué)中歸納“力臂是支點(diǎn)到力的作用線的距離，可以簡(jiǎn)稱為“點(diǎn)到線”的距離，點(diǎn)就是支點(diǎn)，線就是力的作用線。力的作用線是指通過(guò)力的作用點(diǎn)沿力的方向所引的直線，數(shù)學(xué)中所說(shuō)的直線是沒(méi)有端點(diǎn)的，因此可以順向和反向延長(zhǎng)”。然后引導(dǎo)學(xué)生作好力臂后檢查畫(huà)出的力臂有沒(méi)有過(guò)支點(diǎn)、有沒(méi)有和動(dòng)力或阻力所在的直線垂直，達(dá)到自我診斷的目的，從而突破“作力臂”這一教學(xué)難點(diǎn)。

在大力倡導(dǎo)以學(xué)科核心素養(yǎng)指導(dǎo)教學(xué)的理念下，要求教師在日常教學(xué)過(guò)程中要做到：盡可能讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo);盡可能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科知識(shí);盡可能讓學(xué)生先提教學(xué)問(wèn)題;盡可能讓學(xué)生領(lǐng)悟?qū)W習(xí)方法;盡可能讓學(xué)生探究疑難問(wèn)題;盡可能讓學(xué)生評(píng)價(jià)教學(xué)得失，這些都是科學(xué)探究的精神體現(xiàn)。而科學(xué)教學(xué)的本質(zhì)就是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)真諦的崇高信仰和對(duì)科學(xué)之謎的無(wú)限遐想，其關(guān)鍵在于在教學(xué)過(guò)程中使學(xué)生常懷好奇之心、常備探究之意和常有感悟之樂(lè)，其目的是不僅要讓學(xué)生掌握豐富的理論知識(shí)，更重要的是要培養(yǎng)他們敢于探索、勇于創(chuàng)新的精神，不僅要把學(xué)生培養(yǎng)成為新現(xiàn)象、新問(wèn)題、新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)者，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生成為一個(gè)敢于嘗試、勇于挑戰(zhàn)失敗的實(shí)踐者和樂(lè)于思考、善于總結(jié)的探究者。

在上述“杠桿”的教學(xué)案例中，教師很好地運(yùn)用了以核心素養(yǎng)指導(dǎo)教學(xué)的理念，并在教學(xué)過(guò)程中時(shí)刻凸顯出科學(xué)探究，以科學(xué)探究為支點(diǎn)，以巧妙的課堂設(shè)計(jì)為杠桿，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)做了一次十分有意義的探索和嘗試。

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