基于“三重融合”的初中物理教學改革與創(chuàng)新

鄭成績 陳祖標

摘 要：在新時代不斷叩問中學物理之“難”過程中，福師大陳祖標團隊直擊問題形成的過程、緣由及機制，提出破解物理之“難”的方法和路徑，建構了物理思維“三重融合”模型.本文以“來自地球的力”為例，詮釋“三重模型”架構下的初中物理教學改革與創(chuàng)新，力求起到“畫像、導航、評價”的作用.

關鍵詞：物理思維;物理教學;學科素養(yǎng)

中圖分類號：G6337 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）08-0013-04

基金項目：福建省教育科學規(guī)劃課題“基于初高銜接的數(shù)理協(xié)同前置課程模塊的研究與實踐”（項目編號：FJJKCGZ19-290）.

作者簡介：鄭成績（1972-），男，福建晉江人，本科，中學高級教師，研究方向：教學行為研究;

陳祖標（1965-），男，福建南安人，本科，副研究員，研究方向：基礎教育與教師教育.

調研表明，對于大多數(shù)學不好物理的學生來說，學習物理的困難主要表現(xiàn)為三個“賭點”：一是學生看不懂題目;二是不懂畫圖建模;三是不懂得列式運算.在新時代不斷叩問中學物理之“難”過程中，福師大陳祖標團隊直擊問題形成的過程、緣由及機制，提出破解物理之“難”的方法和路徑，建構了物理思維“三重融合”模型（如圖1所示）.在心理學中，根據(jù)思維任務的性質、內容和解決問題的方法不同，一般將思維分為實踐思維（具物思維）、形象思維（具象思維）和邏輯思維（抽象思維）.實踐思維是指以實際動作為支柱的思維;形象思維是指以事物的具體形象和表象為支柱的思維;邏輯思維則是以概念、判斷、推理等形式進行的思維.將思維的三種形態(tài)，與學生遇到的三個“堵點”，交互分析比對時發(fā)現(xiàn)： 三種思維與“三個堵點”恰好一一對應起來了.第一個“堵點”對應實踐思維，第二個“堵點”對應形象思維，第三個“堵點”對應邏輯思維.第一個“堵點”呈現(xiàn)出來的情況，說明是學生的實踐思維出了問題，而實踐思維出問題的原因，則可以合理性地推斷是由于“以實際動作為支柱”的實踐性教學環(huán)節(jié)（主要是實驗）要么是缺失了，要么是學生還沒有從實驗教學和實驗操練中真正理解和掌握實驗的目的與要義;第二個“堵點”的情況，則說明是學生的形象思維出了問題，而形象思維出問題的原因，則要么是“以事物的具體形象和表象為支柱”的物理建模（主要是畫圖、作圖和圖示）出問題了，要么是不會畫圖建模，要么就是在圖示中沒能準確地表達出來;第三個“堵點”的情況，對應的是邏輯思維出了問題，而邏輯思維出問題的原因，往往是要么“以概念、判斷、推理等形式進行”的邏輯演算（主要是公式、定理及列式運算）出問題了，要么是學生列式運算不正確，很大可能性就是結果算錯了.

在發(fā)現(xiàn)“賭點”找出“原因”后，采取的“對策”是：精心創(chuàng)設對應的三個場景：現(xiàn)實場景、物理場景和數(shù)理場景.第一個場景是“現(xiàn)實場景”，即看題讀題，掌握問題的關鍵;第二個場景是“物理場景”，即畫圖建模，找到解決問題的方法和路徑;第三個場景是“數(shù)理場景”，即列式運算，求得問題的最終結果.

“三重融合”簡而言之，就是要求教師和學生必須結成“學習共同體”，將解決物理問題時需要穿越的“三個場景”以及由此可能生成的三道無形的“障礙”，在有可能形成有形的“路障”之前，要千方百計把它排除掉，讓“障礙”不再形成“路障”，而沒有了“路障”，當然也就沒有了“堵點”，沒有了“堵點”，學習也就不存在困難和問題了，“三個場景”不就因此“三重融合”成了單一的“大物理場景”了嗎？所謂的物理之“難”，相信已不再是難事了.

“三重融合”場景視目標、學情、內容靈活創(chuàng)設與應用，并非每節(jié)課都要面面俱到、平均用力.筆者以滬科版教材八年級“來自地球的力”為例，詮釋“三重模型”架構下的初中物理教學改革與創(chuàng)新，力求起到“畫像、導航、評價”的作用，案例中將“場景”表述為“情境”.

1 基于“三重融合”模型的教學案例：“來自地球的力”

1.1 教學目標

通過簡單的任務設計，培育學生物理觀念.通過提出問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)學生的科學思維.通過實驗體驗，培養(yǎng)學生的科學探究能力.

1.2 設計理念

知識問題化，問題情景化，在生成與互動中落實素養(yǎng)目標，培養(yǎng)學生獨立分析、綜合、評價的高階思維能力.

1.3 教學用具

測力計、電子秤、三角板、鐵架臺等.

1.4 教學過程

1.4.1 情境創(chuàng)設

師：“同學們，今天我們探討的課題是‘來自地球的力，首先請看屏幕.”隨即屏幕出現(xiàn)一個蘋果，接著又出現(xiàn)牛頓（如圖2所示），緊接著追問“你們聯(lián)想到什么？”

生： 很快進入牛頓與蘋果的故事情境，并且與同學分享.

師：在學生情緒得到調動時候，教師簡要介紹牛頓的輝煌成就：發(fā)明了微積分，寫出了《自然哲學的數(shù)學原理》這本巨著，奠定了經(jīng)典物理基礎.以此塑造牛頓的“牛人”形象，并暗示學生：本節(jié)課老師將帶領大家循著牛頓的思考路線去探究問題的本源，感受“牛人”的思考，努力使自己也能成為“牛人”.

該環(huán)節(jié)旨在用科普或故事的方式引入課題，激發(fā)學生學習興趣，調動學生參與課堂的積極性、主動性.

1.4.2 問題引領

師：牛頓思考蘋果為何不飛天上去，而落向地面？探究這個問題還得從“什么是力？”談起，什么是力？

生：“力是物體對物體的作用.”學生回答干脆利落，可是當老師追問“什么是作用”時，教室一片安靜.

師：其實，教材中對力的定義是很費解的，請看國外教材是如何定義力的（如圖3所示）.

師生：教師邀請英語科代表讀一下英文句子，讀不來.這時教師用流利的英語給學生做示范，學生欽佩之情溢于言表，接著教師用圖解的形式解釋什么是力，學生心領神會，紛紛“哦”表示已經(jīng)頓悟.教師趁熱打鐵，提醒學生注意觀察桌上的一瓶礦泉水處于靜止狀態(tài)，當用手拉它的時候，礦泉水運動起來.學生通過觀察思考，很快領悟到：礦泉水瓶運動狀態(tài)發(fā)生改變，是受到手的拉力，施力物體是手.請學生繼續(xù)觀察拿在手上的礦泉水瓶處于靜止狀態(tài)，當松手后瓶子落向地面.學生受前面啟發(fā)可以獨立分析原因：礦泉水瓶運動狀態(tài)發(fā)生變化，是地球把礦泉水瓶拉向地面，施力物體是地球.教師肯定學生的分析并引出課題：來自地球的力——重力.

該環(huán)節(jié)從學生的最近發(fā)展區(qū)出發(fā)，通過創(chuàng)設現(xiàn)實情境，啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)重力，同時進一步理解“什么是力”，培養(yǎng)學生用力的作用效果分析力的物理觀念.

師：重力也屬于力，力有影響作用效果的“三要素”，那么重力的“三要素”如何呢？

生：能正確回答力的三要素：力的大小、方向、作用點，但重力的方向有的回答“向下”，有的說是“垂直向下”.

師：針對學生存在的普遍的錯誤認知，教師設計實驗，師生共同探究重力方向.

師生：教師將事先泡好的紅茶倒入空礦泉水瓶，蓋緊瓶蓋，再次讓學生觀察瓶子下落的過程，強調瓶子下落的方向即是重力的方向.因瓶子下落快，觀察有一定困難，特別是運動軌跡不明晰.這時教師用繩子綁住礦泉水瓶，請一位學生握住繩子一端，提著礦泉水瓶，引導學生觀察：瓶子現(xiàn)在的狀態(tài)就是它下落到這個位置的“定格”，繩子就是瓶子下落的軌跡，這樣重力的方向就“可視化”了，這樣的方向叫“豎直向下”.請學生提著礦泉水瓶緊貼黑板，用粉筆畫出水平面位置和繩子位置（如圖4所示）.豎直向下方向是垂直水平面向下，若是垂直于斜面向下（鐵架臺置于斜面上），就不是豎直向下（如圖5所示），所以“豎直向下”不能改成“垂直向下或向下”.

該環(huán)節(jié)由學生當場反饋的錯誤認知入手，創(chuàng)設現(xiàn)實情境，以具物化表征重力方向，讓重力方向“可視化”，并用對比方式直觀呈現(xiàn)“垂直向下”與“豎直向下”的區(qū)別和聯(lián)系，符合學生認知規(guī)律，習得效果較好.

師：利用重力方向總是“豎直向下”，可以設計“重錘線”和“水平儀”.剛才繩子綁上礦泉水瓶的裝置就是“重錘線”，若把繩子另一端固定在直角三角板的一頂點上（非直角頂點），就做成“水平儀”，那么它們在生活中有什么應用呢？

生：在教師講解展示的基礎上，學生聯(lián)系實際，聯(lián)系生活，都可以例舉出生活中的應用實例.

師：肯定學生的精彩表現(xiàn)，引出重力的作用點——重心，介紹物體重心位置，對于質量分布均勻并有規(guī)則幾何外形的物體，重心在物體的幾何中心，對于不規(guī)則物體可以用“懸掛法”或“支撐法”找重心.

師生：共同體驗找到不規(guī)則紙板的重心和圓珠筆的重心，用手指支撐在重心位置，物體處于穩(wěn)定狀態(tài).

師：體驗之后，請學生思考三個問題：（1）重心位置一定在物體上嗎？（2）重心位置會變化嗎？（3）如何提高穩(wěn)度？

生：以小組合作形式探討以上問題，小組代表發(fā)言.

師：在學生思考、表達的基礎上，創(chuàng)設情境解決問題.首先，徒手在黑板畫圓（學生很驚訝），并引導學生思考如果這圓代表實心球，那么重心在球上，如果這圓是籃球、排球、乒乓球呢？這時候球心是空心，重心不在物體上，所以重心不一定在物體上.其次，以跳高為例，跨越式（如圖6所示）跳高運動員必須讓重心高于橫桿才能跳過，而背躍式（如圖7所示）運動員的重心在橫桿之下就能跳過.跳同樣的高度，背躍式重心更低，可見重心是可以改變的.

師生：請一位學生站到講臺前，單腳站立時輕輕一推身體就會晃動，可雙腳站立時卻不容易推動.學生受到啟發(fā)：在重心位置不變時，穩(wěn)度與支撐面有關，增大支撐面可以提高穩(wěn)度.接著，請全體學生想辦法讓手中的圓珠筆立在指尖上，學生興趣很濃可是無人能做到，這時教師用小刀作配重，圓珠筆穩(wěn)站指尖（如圖8所示）.觀察現(xiàn)象后，學生既感興趣又茫然，處于“憤悱”狀態(tài)，教師及時啟發(fā)：把小刀和筆看成整體，重心降低，穩(wěn)度提高，從而得出結論：在支撐面不變時，降低重心可以提高穩(wěn)度.為了讓課堂氣氛輕松些，順便展示人的最穩(wěn)姿勢（如圖9所示），學生在笑聲中“悟道”，效果很好.

該環(huán)節(jié)除了落實“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念外，更重要的是通過現(xiàn)實情境中穩(wěn)度的探究，讓學生再次體會“控制變量法”的應用.

師：下面探究重力的大小與物體質量的關系，請兩個學生幫忙測量物體的質量和重力并記錄數(shù)據(jù).為了提高實驗的精確度，使用數(shù)顯測力計測重力，電子秤測質量.

師生：教師收集學生隨機提供的小物件，有鑰匙鏈、小剪刀、文具袋、運動手環(huán)等.一位同學測量質量和重力，另一同學現(xiàn)場將數(shù)據(jù)錄入電腦Excel表格，其他學生觀摩過程并記錄數(shù)據(jù)（如圖10所示）.

師：請學生認真觀察數(shù)據(jù)，找出規(guī)律.

生：因為所獲取的數(shù)據(jù)是隨機的，學生雖然認真觀察，但還是找不到規(guī)律.

師：適時點撥數(shù)據(jù)分析的方法：可以用物理量相乘或相除的方法試試.

師生：用電腦Excel表格處理數(shù)據(jù)，通過對處理數(shù)據(jù)的分析，很快得出結果（如圖11所示）.發(fā)現(xiàn)：G與m的比值是個定值98N/kg.

師：這是個重大發(fā)現(xiàn)，物理中把G與m的比值叫重力加速度，記為g，則G/m=g=9.8N/kg，可以寫成G=mg，說明：物體所受的重力跟它的質量成正比.

師生：共同回顧之前學過的比值定義法定義的物理量：v=st .

師：其實，對于數(shù)據(jù)的處理還有一種方法“圖像法”，請用描點法畫出“G-m”圖像.

師生：教師巡視、指導.學生完成作圖后，教師用插入圖像的辦法得到圖像（如圖12所示）.

師：圖像呈現(xiàn)是直線并且通過原點，表明G與m成正比.

該環(huán)節(jié)主要創(chuàng)設“物理情境”介紹“比值定義法”和物理思維——具象思維的數(shù)形化，通過數(shù)形結合，有效處理數(shù)據(jù)，直觀呈現(xiàn)物理規(guī)律，這些方法的掌握和能力的培養(yǎng)為今后高中的物理學習奠定了基礎，體現(xiàn)了初高銜接，落實了“物理觀念、科學探究、科學思維、科學態(tài)度與責任”的學科素養(yǎng).

1.4.3 目標檢測

師：組織觀看微視頻“高空走鋼絲”，并要求學生思考回答“為什么表演者要拿一根長棒”？

生：感受驚險一幕的同時能明白：這是降低重心，提高穩(wěn)度.

師：給學生點贊的同時播放第二個視頻“宇航員在月球上行走”，要求學生觀察后完成以下題目：

月球對一個物體的吸引力只有地球對該物體的吸引的六分之一.在地球上用彈簧測力計稱得一個物體的物重是9.8 N，問：

（1）這個物體在月球上的物重是多少？

（2）它在月球上的質量是多大？

該環(huán)節(jié)旨在創(chuàng)設數(shù)理情境，檢測教學目標的達成情況.發(fā)現(xiàn)三分之二左右學生能學以致用，部分學生認為月球上吸引力變小是因為質量變小.教師針對學生的錯誤認知，強調質量不隨位置變化的屬性，并根據(jù)公式G=mg分析出原因是g月=g地/6.

1.4.4 課后延伸

依托福建省教育資源公共服務平臺應用APP向學生推送作業(yè)：（1）根據(jù)自己的體重估算受到的重力，畫出重力示意圖;（2）端坐時，身體不前傾，小腿與大腿保持垂直，能站起來嗎？如何能站起來？為什么？

2 教學反思

教育部2017年印發(fā)《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出：學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力.物理學科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”四個方面.“三重融合”與物理學科核心素養(yǎng)是相契合的，可以說，物理課的教與學，其實就是在教師的指導下，學生經(jīng)歷科學探究，掌握學習方法，鍛造科學思維，形成物理觀念，養(yǎng)成科學態(tài)度，并為日后擔當作為或科學發(fā)現(xiàn)奠基鋪路的基礎.

參考文獻：

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[3]葉樹英.基于新課改下初中物理教學創(chuàng)新思路[J].新課程（中學），2019（12）：182.

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[5]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2020-12-01）