巧用探究式教學(xué)助力中學(xué)生自主構(gòu)建物理模型

甄偉亮

【摘要】以“牛頓第三定律”的教學(xué)為例，探討如何創(chuàng)設(shè)真實的教學(xué)情景，讓學(xué)生在探究過程中形成物理觀念，自主構(gòu)建物理模型，從而促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】探究;物理模型;模型分析;核心素養(yǎng)

一、引言

基于建構(gòu)主義的“模型教學(xué)”對教和學(xué)提出了一些新的要求，一是要求學(xué)生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、知識意義的主動建構(gòu)者;二是要求教師要由知識的傳授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動建構(gòu)意義的幫助者、促進(jìn)者;三是要求教學(xué)過程使用全新的教育思想、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)計等。為了發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性，相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計主要圍繞“學(xué)習(xí)策略”和“學(xué)習(xí)環(huán)境”兩個方面進(jìn)行，前者是整個教學(xué)設(shè)計的核心——通過各種學(xué)習(xí)策略激發(fā)學(xué)生去主動建構(gòu)物理模型;后者則是注重模型建立的過程，強(qiáng)調(diào)模型的立體面，旨在提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，掌握物理學(xué)主要思想方法，為學(xué)生終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

“探究式教學(xué)”通過為學(xué)生提供充分的探究式學(xué)習(xí)機(jī)會，逐步培養(yǎng)學(xué)生收集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力、分析問題和解決問題的能力，以及交流和合作的能力等。

可見，“探究式教學(xué)”與“建模能力”的培養(yǎng)是完美搭配的，筆者以“牛頓第三定律”為例，探討如何利用“探究”的模式培養(yǎng)學(xué)生建模能力。

二、教學(xué)設(shè)計

（一）體驗性活動——引沖突、激興趣

教學(xué)情景1：課前小游戲（拔河）：讓一男一女兩個學(xué)生上講臺進(jìn)行手拉手拔河比賽，結(jié)果男生贏了。

教師提問：為什么男生會贏？假如讓你坐到滑板上再拔河，你覺得你還會贏嗎？你拉她的時候有沒有感覺到她也在拉著你？

學(xué)生活動：思考贏得比賽的原因，并產(chǎn)生認(rèn)知沖突，激發(fā)求知欲。通過老師的引導(dǎo)，明確課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)以及內(nèi)容。

教學(xué)情景2：認(rèn)識作用力與反作用力

材料用具：圓珠筆筆芯、滑塊、木板、彈簧測力計、玻璃管。

學(xué)生活動1 ?讓學(xué)生將圓珠筆筆芯豎立，手指輕壓筆尖，筆芯怎樣？手指有什么感覺？說明了什么？

學(xué)生：筆芯被壓彎，手指感到疼痛，說明手指對筆芯有力的同時筆芯對手指也有力的作用。

學(xué)生活動2 ?如圖1所示，讓學(xué)生用彈簧測力計拉放在木板上的滑塊（沒拉動），為什么滑塊不動？滑塊是否對木板也有作用力？怎樣證明？

學(xué)生討論后回答：在木板下放兩根玻璃管，通過觀察到的木板運(yùn)動說明木板對滑塊有摩擦力的同時，滑塊對木板也有摩擦力，并且兩個摩擦力的方向是相反的。

設(shè)計意圖：通過學(xué)生活動，讓學(xué)生直觀感知物體間力的作用（不管是彈力還是摩擦力）都是相互的，然后引導(dǎo)學(xué)生對信息進(jìn)行初步加工，得出“作用力和反作用力”的概念。在教學(xué)中讓學(xué)生討論研究“怎樣證明滑塊對木板也有摩擦力”可以豐富學(xué)生經(jīng)歷物理概念形成的學(xué)習(xí)過程，強(qiáng)化物理模型構(gòu)建的過程與方法，加深對物理概念的深度理解。

（二）探究性活動——探新知，建模型

實驗?zāi)康模憾刻骄孔饔昧εc反作用力的大小關(guān)系。

實驗方案一 ?用A、B兩個彈簧測力計探究作用力和反作用力的大小關(guān)系，學(xué)生分組實驗并完成導(dǎo)學(xué)案上的表格。

學(xué)生質(zhì)疑：彈簧測力計在運(yùn)動的時候很難讀數(shù)。

實驗方案二 ?用力傳感器探究作用力和反作用力的大小關(guān)系，教師介紹力傳感器的原理，然后邀請學(xué)生上講臺演示（引導(dǎo)學(xué)生在靜止、勻速、加速、減速等情景中做實驗），學(xué)生得出的作用力與反作用力之間的關(guān)系如圖2所示。

學(xué)生總結(jié)：不管是靜止?fàn)顟B(tài)還是勻速、加速、減速運(yùn)動狀態(tài)，兩物體之間的作用力和反作用力都是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。這就是牛頓第三定理。

設(shè)計意圖：通過以上的探究實驗，使學(xué)生逐步深入問題情景，知道如何定理描述“物體間相互作用力”的關(guān)系，并且讓學(xué)生經(jīng)歷從定性到定量、感性到理性的科學(xué)探究過程。

（三）進(jìn)階性活動——挖內(nèi)涵，分析模型

教學(xué)情景3：邀請學(xué)生上講臺重做課前小游戲，其中男生坐在滑板上，結(jié)果女生贏了。（如圖3所示）

學(xué)生活動：分組討論輸贏的原因到底是什么？

學(xué)生討論后回答：①第一次男生贏是因為男生拉女生的力大于地面對女生的摩擦力。②第二次女生贏是因為女生拉男生的力大于地面對男生的摩擦力。③兩次比賽里，男生拉女生的力與女生拉男生的力大小都是相等的。④輸贏跟力氣大小沒有關(guān)系，跟所受的摩擦力有關(guān)。

設(shè)計意圖：當(dāng)物理模型被構(gòu)建后，就需對其進(jìn)行分析，以了解模型的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，做出以模型為基礎(chǔ)的推論。通過讓學(xué)生經(jīng)歷“認(rèn)為力氣大拔河贏”——“原來拔河輸贏力氣一樣大”——“輸贏與物體受到的摩擦力有關(guān)”這樣的探究過程，引導(dǎo)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，分析物理模型，歸納本質(zhì)屬性，總結(jié)其內(nèi)涵，體驗其適用范圍，形成其外延，以促使學(xué)生進(jìn)一步對物理概念、規(guī)律的理解。

（四）遷移性活動——學(xué)致用，拓展模型

教學(xué)情景4：播放視頻——長征2號運(yùn)載火箭發(fā)射。

學(xué)生活動：分組討論火箭升空的原理，并動手嘗試用氣球模擬火箭發(fā)射。（如圖4、圖5所示）

設(shè)計意圖：通過小組討論的形式，讓學(xué)生學(xué)會用課堂上剛剛構(gòu)建的物理模型解釋物理新情景，甚至在已構(gòu)建物理模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸，再構(gòu)建一個新的物理模型。以應(yīng)用知識型小實驗為載體，教師設(shè)計與生產(chǎn)，生活緊密聯(lián)系的物理模型，讓學(xué)生自主探究，同時解釋其疑問，有利于提升學(xué)生的遷移應(yīng)用能力。

三、教學(xué)反思

在“牛頓第三定律”教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，探究式課堂有助于學(xué)生在模型建立、模型分析和模型拓展階段自主建構(gòu)物理模型，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生形成清晰的物理概念，有利學(xué)生對物理規(guī)律的正確理解，有利于學(xué)生解決實際問題，落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]程柱建.物理模型的建構(gòu)與教學(xué)[J].教學(xué)與管理：中學(xué)版，2017（10）：76-78.

[2]曹會，郁建石.指向核心素養(yǎng)的“四主”教學(xué)模式的構(gòu)建與實踐研究[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019（11）：1-4.

[3]劉大明，江秀梅.“多方建?！蓖黄莆锢砟Ｐ退季S障礙[J].教學(xué)月刊，2018（1/2）：22-26.