指向?qū)W生“物理觀念”形成與發(fā)展的教學(xué)實(shí)踐

楊金虎

與物理概念相比，物理觀念更具普遍性和綜合性。從高中物理教學(xué)的角度來(lái)看，物理觀念是解釋現(xiàn)實(shí)生活和自然現(xiàn)象的基礎(chǔ)，它涵蓋了物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀以及能量觀等方面。在物理教學(xué)中，教師需要正確區(qū)分物質(zhì)觀念和物質(zhì)知識(shí)。物質(zhì)知識(shí)是基于理性化的人類經(jīng)驗(yàn)，并且是人類理性認(rèn)識(shí)的產(chǎn)物，它具有一定的主觀性，是對(duì)事實(shí)和觀點(diǎn)的支撐。而物質(zhì)觀念則是對(duì)知識(shí)觀念的支持，它涉及我們對(duì)物質(zhì)本質(zhì)和特征的理解，其關(guān)系如圖1所示。

學(xué)生通過(guò)課堂教學(xué)媒介學(xué)習(xí)具體的物理知識(shí)，并將其沉淀下來(lái)形成個(gè)人的物理思維和物理觀念。學(xué)生學(xué)業(yè)能力的提升與思維能力的發(fā)展以及對(duì)學(xué)科的理解密切相關(guān)，這不僅僅是簡(jiǎn)單的學(xué)科知識(shí)積累。因此，筆者摒棄傳統(tǒng)的知識(shí)本位思想，以人教版高中物理必修1“彈力”為例，嘗試構(gòu)建學(xué)生物理觀念的具體路徑。

一、創(chuàng)設(shè)游戲情境，實(shí)現(xiàn)課程導(dǎo)入

師（演示操作）：同學(xué)們，老師手中有一根彈簧和一根電線，分別對(duì)其施加外力，你們觀察到什么現(xiàn)象？

生A：老師，彈簧的形狀發(fā)生了改變。

生B：老師，電線的體積有所改變。

師：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們分別對(duì)桌子上的彈簧、氣球、橡皮泥、尺子等施加外力，你們觀察到了什么？發(fā)現(xiàn)了哪些異同？

學(xué)生間進(jìn)行交流和分享。

生A：老師，我發(fā)現(xiàn)了橡皮泥、電線等物體在發(fā)生形變后無(wú)法恢復(fù)。

生B：老師，我發(fā)現(xiàn)物體的彈性形變有很多種，如壓縮、拉伸和彎曲等。

（設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合實(shí)際生活中的物體，讓學(xué)生的在體驗(yàn)中感受物理知識(shí)，強(qiáng)化同學(xué)間的合作與交流。）

教師借助多媒體設(shè)備向?qū)W生展示杭州第19屆亞運(yùn)會(huì)上的視頻集錦。

師：同學(xué)們，在這場(chǎng)運(yùn)動(dòng)會(huì)中有非常多的精彩瞬間值得我們回味，請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合剛才播放的視頻選段，思考一下，視頻中的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目有哪些共同點(diǎn)呢？

生A：跳板、撐竿跳和射箭項(xiàng)目都需要借助工具外出，在運(yùn)動(dòng)期間，物體會(huì)發(fā)生形變。

師：這位同學(xué)總結(jié)得非常好，接下來(lái)，我們將學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容——彈力。

（設(shè)計(jì)意圖：從剛才的動(dòng)手操作到觀看亞運(yùn)會(huì)視頻材料，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境的方式，幫助學(xué)生回憶，進(jìn)而引出本章節(jié)的內(nèi)容。）

師：同學(xué)們，你們還記得初中教材中對(duì)“力”的定義嗎？力有哪些作用呢？

生B：力是物體間的相互作用。

生C：力可以改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者使物體發(fā)生形變。

師：同學(xué)們，剛才我們利用身邊的物體施加外力，那如果是桌子、尺子以及彈簧秤呢？請(qǐng)結(jié)合我們的日常生活，回憶這些物體是如何發(fā)生形變的，在發(fā)生形變的時(shí)候有哪些異同？

生A：橡皮泥在發(fā)生形變后是無(wú)法恢復(fù)的，但是有些如彈簧等，發(fā)生形變后，將外力撤掉，還可以恢復(fù)。

教師總結(jié)：通過(guò)剛才的實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們進(jìn)行交流，并得出結(jié)論，物體在撤掉外力后可以恢復(fù)原有形狀的，稱為彈性形變，最常見的有氣球、彈簧等；反之，有些在撤掉外力后無(wú)法恢復(fù)原狀，如橡皮泥、電線等。

二、圍繞問(wèn)題，展開討論

師：同學(xué)們，當(dāng)用力拉彈簧時(shí)，彈簧一定會(huì)恢復(fù)原有狀態(tài)嗎？一定會(huì)發(fā)生彈性形變嗎？

教師借助一個(gè)小彈簧，向?qū)W生演示實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生通過(guò)仔細(xì)觀察、發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我使用不同力度拉彈簧時(shí)，彈簧的形變不同，甚至?xí)l(fā)生塑性形變，由此學(xué)生進(jìn)行討論，并總結(jié)。

（設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上，結(jié)合初中所學(xué)物理知識(shí)，給出彈性形變的概念，讓學(xué)生直觀地感受“量變到質(zhì)變”的過(guò)程。）

師：同學(xué)們，剛才我們還給桌子、椅子施加了外力，你們觀察到桌子和椅子發(fā)生形變了嗎？

生A：發(fā)生了，只是我們看不到。

生B：沒有，我沒有感受到桌子的變化。

為此學(xué)生又展開了新一輪的交流。

為了讓學(xué)生理解物體的微小形變，我提出問(wèn)題：同學(xué)們，像彈簧、氣球等在受到外力作用的時(shí)候，會(huì)發(fā)生較為明顯的形變，那說(shuō)明物體只要受到外力作用就一定會(huì)發(fā)生形變嗎？

借助教學(xué)器材，邀請(qǐng)兩名學(xué)生上講臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示（如圖2），學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，思考這一現(xiàn)象發(fā)生的原因。

A同學(xué)沿著圖中F的方向，向桌子施加了一個(gè)向下的壓力，此時(shí)光點(diǎn)向下移動(dòng)，放手后，光點(diǎn)開始向上移動(dòng)。

（設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的方式，利用光點(diǎn)移動(dòng)來(lái)判斷桌子在受到外力后發(fā)生了形變，只是這種形變比較微小。）

接著，我拿起提前準(zhǔn)備好的塑料水瓶用力一捏，“同學(xué)們，你們看到了什么？”

學(xué)生一起說(shuō)塑料水瓶發(fā)生了明顯的形變，被捏癟了。

緊接著，我問(wèn)：“如果我換成玻璃杯呢？”（此時(shí)拿起手中的玻璃杯，用力捏，臉上出現(xiàn)痛苦的表情）。

師：老師剛才已經(jīng)用了很大的力氣捏玻璃杯，但是我們用眼睛無(wú)法看到玻璃杯的變化，那玻璃杯是否發(fā)生形變呢？請(qǐng)同學(xué)們以小組的形式展開討論。

A組代表：我們可以在玻璃杯中裝滿帶有顏色的水，插上帶有細(xì)管的瓶塞，觀察玻璃杯液面變化的情況，相較于自來(lái)水，帶有顏色的水更易于觀察。

我將自己準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)器材拿出來(lái)，展示給學(xué)生看，說(shuō)：“剛才A組同學(xué)說(shuō)得非常好，老師已經(jīng)提前準(zhǔn)備了一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備，現(xiàn)在請(qǐng)一位同學(xué)上臺(tái)演示，同學(xué)們看一下水杯發(fā)生了怎么樣的變化。”

此時(shí)學(xué)生從玻璃瓶的中間用力，玻璃瓶中細(xì)管的液面緩慢上升。

師：那如果我們從玻璃杯的兩側(cè)用力，猜測(cè)一下，細(xì)管液面會(huì)發(fā)生變化嗎？

生A：對(duì)玻璃杯兩側(cè)用力，細(xì)管液面會(huì)下降。

師：剛才幾組實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了一個(gè)什么問(wèn)題呢？

生B：生活中有些物體形變過(guò)程是我們?nèi)庋劭床坏降?，但的的確確是存在的，這屬于微小形變。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)分解的方式，讓學(xué)生觀察微小形變發(fā)生的過(guò)程，同時(shí)又利用實(shí)驗(yàn)放大微小形變，如借助細(xì)管，讓學(xué)生觀察細(xì)管液面的變化程度等，因而得出一切物體在受到外力作用的時(shí)候會(huì)發(fā)生形變，只是形變程度不同。）

三、探索彈力本質(zhì)，形成物理觀念

教師向?qū)W生展示撐竿跳運(yùn)動(dòng)視頻，并引導(dǎo)學(xué)生觀察視頻，思考撐竿跳的原因。

生A：運(yùn)動(dòng)員在撐竿的過(guò)程中，撐桿會(huì)發(fā)生形變，這個(gè)形變?cè)诨謴?fù)的過(guò)程中給運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生了一個(gè)外力，促使運(yùn)動(dòng)員往高處跳。

師：這到底是一個(gè)怎么樣的過(guò)程呢？教師將準(zhǔn)備好的小車、彈簧、鉤碼拿出來(lái)，組裝成實(shí)驗(yàn)器材，并展開演示實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一：拉動(dòng)彈簧，在彈簧恢復(fù)過(guò)程中，小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否發(fā)生改變呢？

實(shí)驗(yàn)二：拉動(dòng)彈簧，使其發(fā)生塑性形變，此時(shí)再拉動(dòng)彈簧，彈簧是否恢復(fù)，與其接觸的小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否發(fā)生改變呢？

生A：實(shí)驗(yàn)一中的小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，這是因?yàn)槭艿綇椈傻淖饔谩?/p>

生B：實(shí)驗(yàn)二中的小車未發(fā)生運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)閺椈梢呀?jīng)發(fā)生了塑性形變，無(wú)法給到小車外力。

師：若是我們將實(shí)驗(yàn)中的彈簧換成木塊，讓其與小車接觸，小車是否會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)？為什么呢？

生C：小車不會(huì)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槟緣K未能給小車一個(gè)力的作用。

師：那現(xiàn)在有哪位同學(xué)結(jié)合剛才的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)一下什么是彈力？

生A：物體發(fā)生彈性形變后，因?yàn)槠湟謴?fù)原來(lái)的狀態(tài)，會(huì)對(duì)與它接觸的物體之間產(chǎn)生作用，這個(gè)力就稱為“彈力”。

師：A同學(xué)概括得非常好，彈力是指兩個(gè)相互接觸的物體之間，由于相互擠壓發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生力的作用。

師：現(xiàn)在，我們請(qǐng)同學(xué)們利用身邊的物體感受一下彈力，相互交流，嘗試說(shuō)出在這個(gè)場(chǎng)景下什么是施力物體，什么是受力物體，判斷一下彈力產(chǎn)生的原因。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)彈力是什么，并分析彈力是如何產(chǎn)生的，彈力產(chǎn)生的三要素，這是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)。）

A同學(xué)拿著一本書放在水平桌面上。

A同學(xué)的同桌說(shuō)道：將一本書放在書桌上，此時(shí)桌面對(duì)書有一個(gè)向上的支持力，說(shuō)明書對(duì)書桌是一個(gè)向下的壓力。

回顧剛才的視頻，運(yùn)動(dòng)員撐竿跳的時(shí)候，我們可以明顯地看到撐桿被運(yùn)動(dòng)員壓彎，撐桿發(fā)生彈性形變；運(yùn)動(dòng)員在跳板時(shí)，跳板同樣被壓彎，此時(shí)跳板發(fā)生了彈性形變，撐桿、跳板都有彈力產(chǎn)生。

生A：兩個(gè)物體相互接觸就產(chǎn)生了彈力。

師：那如果是兩個(gè)靜止的木塊呢？雖然它們相互接觸，但是沒有擠壓，是不是沒有彈力產(chǎn)生呢？

生B：應(yīng)該是兩個(gè)物體相互接觸，且發(fā)生擠壓。

師：那我們將水氣球放在泡沫板上，分別觀察水氣球和泡沫板的變化。

生A：泡沫板發(fā)生了向下的形變，若是要恢復(fù)，則是方向向上，因而對(duì)水氣球的支持力是向上的。

生B：水氣球的形變方向是向上的，恢復(fù)原有形狀的過(guò)程方向是向下的，因而給泡沫板一個(gè)向下的力。

師：泡沫板對(duì)水氣球的支持力是垂直于接觸面的，且指向水氣球；水氣球?qū)ψ烂娴膲毫κ桥c施力物體恢復(fù)狀態(tài)的方向相同，因而是垂直于接觸面且指向被壓物體。

師：同學(xué)們，那我們觀察一下教室的吊燈，教室的吊燈是用一根繩子懸掛一個(gè)白熾燈，處于靜止?fàn)顟B(tài)，哪位同學(xué)分析一下白熾燈的受力情況？

四、聯(lián)系例題，學(xué)以致用

問(wèn)題1：用力擠壓教室內(nèi)的地板，教室地板未發(fā)生形變，因此有學(xué)生認(rèn)為，當(dāng)物體足夠堅(jiān)硬，物體在受到外力時(shí)不會(huì)發(fā)生形變，你覺得這種說(shuō)法正確嗎？

生A：這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。任何物體在受到外力作用后都會(huì)發(fā)生形變，沒有物體能夠在受力時(shí)完全不發(fā)生形變。實(shí)際上，所有的物體都具有一定的彈性，無(wú)論是堅(jiān)硬的金屬、巖石，還是柔軟的橡膠，它們都會(huì)在受到外力作用下發(fā)生形變。

問(wèn)題2：關(guān)于形變，下列說(shuō)法正確的是（? ）

A．物體形狀的改變叫彈性形變

B．物體受到外力作用后發(fā)生的形狀改變叫非彈性形變

C．只有發(fā)生彈性形變的物體才可以產(chǎn)生彈力

D．任何物體在外力的作用下都能發(fā)生形變，受力后不發(fā)生形變的物體是不存在的

（設(shè)計(jì)意圖：理解彈性形變和非彈性形變的區(qū)別有助于學(xué)生更好地掌握彈力的概念，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念。）

五、教學(xué)反思

物理學(xué)科中的知識(shí)往往是零散的，即使學(xué)生掌握了大量具體知識(shí)與技能，也不能從物理學(xué)的角度去認(rèn)識(shí)自然、理解自然、改造自然，也就無(wú)法培養(yǎng)出物理核心素養(yǎng)。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師需要采取恰當(dāng)、生動(dòng)的方法引導(dǎo)學(xué)生將物理知識(shí)與生產(chǎn)、生活密切聯(lián)系起來(lái)。教師應(yīng)該重視物理情境的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生置身于真實(shí)的物理場(chǎng)景中，還原物理概念和物理規(guī)律的建構(gòu)過(guò)程。

（作者單位：東營(yíng)市勝利第二中學(xué)）

編輯：溫雪蓮