學(xué)科核心素養(yǎng)視域下的高中物理情境教學(xué)實(shí)踐

羅明江 龍紅利

摘 要：從靜摩擦力的概念、產(chǎn)生的條件、方向和大小等環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)豐富的教學(xué)情境，達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，在情境的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知能的有效遷移，在情境問題解決過程中，提升學(xué)生的關(guān)鍵能力，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：情境教學(xué);靜摩擦力;核心素養(yǎng);高中物理

中圖分類號(hào)：G633.7 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ? ? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）11-0031-03

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：“創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用[1].”“情境”即“問題情境”，指的是真實(shí)的問題背景，是以問題或任務(wù)為中心構(gòu)成的活動(dòng)場(chǎng)域[2].在高中物理教學(xué)中探索情境教學(xué)有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂效率，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知與情感平衡發(fā)展，提升學(xué)生的關(guān)鍵能力，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面可持續(xù)發(fā)展.下面以“靜摩擦力”為例闡述新授課中的情境教學(xué)設(shè)計(jì).

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“靜摩擦力”是高中物理新人教版必修第一冊(cè)第三章第三節(jié)第二課時(shí)的內(nèi)容.由于靜摩擦力“若有若無，方向不定”，較難分析，教材將靜摩擦力安排在重力、彈力和滑動(dòng)摩擦力之后，在學(xué)生有一定的受力分析能力后再理解分析不同情境中的靜摩擦力，符合學(xué)生的一般認(rèn)知規(guī)律.靜摩擦力是本章教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，為受力分析、牛頓運(yùn)動(dòng)定律的運(yùn)用等奠定了基礎(chǔ)，是組成高中物理知識(shí)的一塊重要“基石”.

本節(jié)課通過創(chuàng)設(shè)豐富的教學(xué)情境（圖1），以情境為驅(qū)動(dòng)，從靜摩擦力的概念、產(chǎn)生的條件、方向和大小等環(huán)節(jié)展開課堂教學(xué)，各環(huán)節(jié)層層遞進(jìn)，突出發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）知道靜摩擦力現(xiàn)象，能說出靜摩擦力產(chǎn)生的條件，會(huì)區(qū)分靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力，會(huì)根據(jù)物體受力和運(yùn)動(dòng)情況，分析靜摩擦力的大小和方向，了解最大靜摩擦力.

（2）通過實(shí)例分析和實(shí)驗(yàn)探究，掌握假設(shè)法、控制變量法等科學(xué)研究方法.

（3）培養(yǎng)實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—實(shí)踐的思想，有將靜摩擦力應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的意識(shí).

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)生活情境 引出靜摩擦力的概念

教學(xué)片段一

情境創(chuàng)設(shè)：拉書游戲.準(zhǔn)備兩本逐頁交叉疊放的書，請(qǐng)兩名學(xué)生嘗試將書拉開.結(jié)果是學(xué)生用了很大的力都沒有將書拉開.

提出問題：要將兩本書拉開為什么這么費(fèi)力？這種（阻）力與上一節(jié)課學(xué)習(xí)的滑動(dòng)摩擦力有何不同？

設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)生參與游戲讓課堂迅速“升溫”，吸引學(xué)生的注意力，利用游戲現(xiàn)象的“出乎意料”引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的興趣，為教學(xué)內(nèi)容的深入做好鋪墊.

情境創(chuàng)設(shè)：師生舉例.先請(qǐng)學(xué)生舉出生活中存在靜摩擦力的例子，接著教師展示人走路、人爬樹、手握筆、傳送帶傳送包裹等情境圖片.

提出問題：產(chǎn)生靜摩擦力的兩物體處于什么狀態(tài)？靜摩擦力阻礙的是相對(duì)運(yùn)動(dòng)還是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)？

設(shè)計(jì)意圖： 在諸多客觀情境中概括事物的共同屬性，抽象事物的本質(zhì)特征，完成從經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)向物理概念的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念.理解兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，會(huì)在接觸面上產(chǎn)生一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，這就是靜摩擦力.

3.2 創(chuàng)設(shè)活動(dòng)情境 概括靜摩擦力產(chǎn)生的條件

教學(xué)片段二

情境創(chuàng)設(shè)：小組活動(dòng).活動(dòng)1為塑料筷子豎直夾光滑鐵球和小毛球;活動(dòng)2為用吹脹的氣球提玻璃杯;活動(dòng)3為手掌平放于桌面上用力下壓并往前推（不要推動(dòng)）.

提出問題：通過活動(dòng)體驗(yàn)，你能概括出靜摩擦力產(chǎn)生的條件嗎？

設(shè)計(jì)意圖： 增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，調(diào)動(dòng)其積極性，促進(jìn)學(xué)生的協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生基于觀察和實(shí)驗(yàn)獲取信息、得出結(jié)論并作出解釋的交流總結(jié)能力.學(xué)生概括出靜摩擦力產(chǎn)生的條件為兩物體接觸并擠壓、接觸面粗糙、兩接觸物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).

情境創(chuàng)設(shè)：再做拉書游戲.教師將書頁交叉疊放的兩本書輕拋至空中，兩學(xué)生通過繩索迅速拉書，結(jié)果兩本書被輕松拉開.

提出問題：此時(shí)為什么能夠輕松拉開兩本書？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生親手呈現(xiàn)第二個(gè)“出乎意料”，回扣開頭，調(diào)動(dòng)學(xué)生的智力及情感因素，激活學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)因，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思考，升華思維，促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)參與學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，進(jìn)而有效提升學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力.

3.3 創(chuàng)設(shè)實(shí)例情境 探尋靜摩擦力的方向

教學(xué)片段三

情境創(chuàng)設(shè)：自主探究.如圖2，情境1為杯子被手握住沒有滑落;情境2為磁性黑板擦吸在黑板上靜止不動(dòng);情境3為毛刷置于斜面上保持靜止.

提出問題：請(qǐng)判斷杯子、磁性黑板擦、毛刷的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向及所受靜摩擦力方向，并探究物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向和靜摩擦力方向有什么特點(diǎn)？

設(shè)計(jì)意圖： 創(chuàng)設(shè)實(shí)例情境是為了貼近學(xué)生的“認(rèn)知發(fā)展區(qū)”，幫助學(xué)生快速在頭腦中建立“學(xué)習(xí)場(chǎng)景”，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，利用“假設(shè)光滑法”探究相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向，利用“狀態(tài)法”判斷靜摩擦力的方向，通過比較歸納，得到靜摩擦力方向在接觸面內(nèi)，與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)方向相反.

情境創(chuàng)設(shè)：觀看視頻.播放教師在電動(dòng)扶梯上隨扶梯勻速上行的視頻（圖3），第一個(gè)鏡頭站在電動(dòng)扶梯上拍攝的，第二個(gè)鏡頭站在地面上拍攝的.

提出問題：人隨扶梯勻速上行時(shí)，人的運(yùn)動(dòng)方向如何？人相對(duì)扶梯運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向如何？人受靜摩擦力方向如何？人隨扶梯下行時(shí)，情況又怎樣？

設(shè)計(jì)意圖： 注重以“問題鏈”形式呈現(xiàn)問題，為學(xué)生步步搭階，引導(dǎo)學(xué)生抓實(shí)質(zhì)求本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察和思維能力.強(qiáng)調(diào)“相對(duì)”的含義，指出相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向與運(yùn)動(dòng)方向并無必然關(guān)系，故靜摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向無必然關(guān)系.教師出鏡錄制視頻，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)素材的親切感，培養(yǎng)學(xué)生觀察現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題和推理論證的科學(xué)思維素養(yǎng).

3.4 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境 探究靜摩擦力的大小

教學(xué)片段四

情境創(chuàng)設(shè)：分組實(shí)驗(yàn).如圖4，實(shí)驗(yàn)中緩慢拉動(dòng)長(zhǎng)木板，在滑塊和木板未發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)出不同拉力下靜摩擦力的大小，滑塊和長(zhǎng)木板恰好發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可測(cè)出一個(gè)靜摩擦力的極值，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，描點(diǎn)連線，做出Ff-F的圖像.

設(shè)計(jì)意圖：通過分組實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生探究靜摩擦力大小的特點(diǎn).靜摩擦力的大小是可變的，靜摩擦力的大小隨著拉力大小的增大而增大.通過探究，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作器材、獲取和處理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論的科學(xué)探究素養(yǎng).

教學(xué)片段五

情境創(chuàng)設(shè)：教師演示實(shí)驗(yàn).如圖5，摩擦塊通過細(xì)線連接力傳感器，線轂上的細(xì)線連接摩擦臺(tái)，打開開關(guān)，軌道上的內(nèi)置電機(jī)帶動(dòng)線轂勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦塊和摩擦臺(tái)由相對(duì)靜止到相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們間的靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力可通過力傳感器測(cè)出.摩擦塊為金屬材質(zhì)，摩擦臺(tái)為塑料材質(zhì)，第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)接觸面為金屬—塑料，測(cè)出的摩擦力變化圖像如圖6;第二次實(shí)驗(yàn)在摩擦臺(tái)上加上絨布面，即接觸面為金屬—絨布，增大接觸面粗糙程度，測(cè)出的摩擦力變化圖像如圖7;第三次實(shí)驗(yàn)在摩擦塊上面再加一塊金屬塊，增大接觸面的正壓力，測(cè)出的摩擦力變化圖像如圖8.

設(shè)計(jì)意圖：利用傳感器進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，探索方式得到創(chuàng)新，融合信息技術(shù)手段，形象深刻地揭示出兩物體由相對(duì)靜止到相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中摩擦力的變化圖像，并凸顯恰好發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)這一臨界狀態(tài)下的最大靜摩擦力.實(shí)驗(yàn)滲透了科學(xué)探究方法，利用控制變量法探究了最大靜摩擦力的影響因素，從而建構(gòu)起最大靜摩擦力的公式Ffm=μFN.

3.5 創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境 落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

教學(xué)片段六

情境創(chuàng)設(shè)：拔河比賽.布置學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)查詢民間拔河和競(jìng)技拔河的相關(guān)技巧，課余時(shí)間組織學(xué)生進(jìn)行拔河比賽.

設(shè)計(jì)意圖：物理知識(shí)源于生活又服務(wù)于生活，在拔河比賽中培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)以致用的意識(shí)和團(tuán)結(jié)協(xié)作品格.

4 教學(xué)反思

本教學(xué)設(shè)計(jì)中，積極創(chuàng)設(shè)情境，倡導(dǎo)活動(dòng)體驗(yàn)、自主學(xué)習(xí)、合作探究，關(guān)注信息技術(shù)與課堂教學(xué)的有效融合，培養(yǎng)學(xué)生形成物理觀念，掌握科學(xué)探究方法，讓學(xué)生在開放而富有創(chuàng)新活力的氛圍中學(xué)習(xí)，從而落實(shí)學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的課堂地位，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)自主學(xué)習(xí)，形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.當(dāng)然，教學(xué)中情況千變?nèi)f化，要根據(jù)學(xué)生的需要和課堂實(shí)際及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)活動(dòng)，不斷地反思和總結(jié).

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2021-03-10）