核心素養理念下探究性教學
—— “共點力作用下物體的平衡”教學設計案例

陶昌宏

(北京教科院基教研中心物理室 北京 100080)

作為北京市特級教師到西部進行支教活動，為當地高一(1)班學生上了一節現場課，學校教師進行觀摩．全班人數72．這是現場學生上課的照片．

圖1 現場學生及上課照片

按照本刊2018年第10期的文章“核心素養理念下物理教學設計的探索與實踐”中的教學設計體例，現將現場課所做的教學設計，呈現給讀者，僅供參考，若有不妥之處，敬請指正!

1 設計思想

(1)本節課是一節物理規律應用課．平衡狀態，平衡條件是牛頓運動定律的基礎性應用．

(2)本節課采用講授與探究性教學相結合的教學方式.

(3)讓學生用身邊物品體驗平衡狀態、感受平衡是有條件的．

2 指導思想與理論依據

恩格斯曾說: “在希臘人那里是天才的直覺的東西，在我們這里是嚴格科學的以實驗為依據的研究結果，因而也就具有確定得多和明白得多的形式” (馬克斯恩格斯選集第三卷P454)在恩格斯眼中，實驗多么重要．以實驗為依據的研究結果，能夠得到確定的形式，而且相信一定是簡潔的形式．

恩格斯曾說: “相互作用是事物的真正的終極原因．只有從這個普遍的相互作用出發，我們才能了解現實的因果關系．為了了解單個的現象，我們就必須把它們從普遍的聯系中抽出來，孤立地考察它們，而且在這里不斷更替的運動就顯現出來，一個為原因，另一個為結果．(馬克斯恩格斯選集第三卷P552)這段內容啟發我們，相互作用是普遍規律．尊重規律，才能掌握因果關系．解決某個具體問題，要確定好研究對象，將研究對象孤立出來，觀察其變化，方可找到變化的原因．

2017年版課程標準中提出科學探究的課程目標．其中的關鍵詞: 問題、證據、解釋和交流．

在課程標準中，對科學探究做了高度概括．指出了探究教學的目標．課程標準中提出的核心素養課程目標，是我們教學的依據和行動指南．

《物理教學的基本特征》教學理論模型，其核心內容:“物理教學要堅持以創設問題情境為切入點，以觀察實驗(事實)為基礎，以培養學生思維能力為核心，以提升學生探究能力為重點的基本特征．” 啟發我們在物理教學中，要將其中的 “情境 、實驗、思維、探究”關鍵詞所表達的內容，進行有機的聯系、進行有效的設計，提升探究能力．

(情況說明: 《物理教學的基本特征》教學理論模型在物理教學雜志上做過連載)

3 教學背景分析

3.1 主要教學內容分析

本節課學習共點力作用下物體的平衡．是在初中學習靜止和勻速直線運動狀態，同一直線上二力的合成，在二力平衡的基礎上，對初中學習內容的擴展和提升．將二力變為多個力，從二力平衡變為多個力的平衡，研究多個力作用下的平衡條件，對平衡條件進行科學、簡潔的表述，對平衡條件進行理論解釋，學會對一些生活現象、生產現象做出解釋．

共點力作用下物體的平衡是牛頓運動定律的基礎性應用，對形成力和運動的觀點有著潛移默化的作用．

3.2 學生在學習相關內容時一些基本情況

(情況說明:上課之前對當地高一新生做了一些了解．根據多年課堂教學實踐經驗，對學生可能出現的情況做了如下預判和預設．)

學生經歷近半個學期的物理課程的學習．對運動的描述、力及相互作用有一定的初步認識．學生樸實，有學習動力，學習效果在當地是比較好的．對彈簧測力計的使用有了一些經驗，但實驗能力薄弱．

學生整體情況而言，對自然現象、生活現象關注的比較少，聯系實際的意識和能力比較欠缺，學生的動手實驗能力有待提高．

學生設計探究方案不會順暢，進行實驗探究時會出現操作不規范、不熟練，完成探究時間會長一些．如果學生設計實驗方案確有困難，可采取其他方式．

3.3 本節課采用的主要教學方式及主要探究內容

本節課主要采用講授與探究性教學相結合的方式，組織學生進行分組實驗，探究共點力作用下物體的平衡條件．

4 教學目標設計

(1)建立共點力的概念，知道共點力作用下物體的平衡狀態，掌握共點力作用下物體的平衡條件，運用平衡條件能夠解釋一些實際問題．

(2)通過具體的平衡現象，滲透物質及相互作用觀念；

通過具體的平衡現象，培養建構物理模型的意識和能力；

通過體驗物體的平衡，使學生覺得物理就在身邊，物理有用，物理有趣；

通過實驗探究平衡條件，培養學生使用彈簧測力計進行測量、記錄、畫圖分析等能力，培養學生交流、合作的意識和能力；

通過解決平衡現象中的實際問題，培養學生科學推理能力．

(3)教學重點、難點

重點：獲得共點力作用下物體的平衡條件.

難點：實驗探究平衡條件.

5 教學資源設計

(1)主要器材: 彈簧測力計、刻度尺、鋼環、細繩，拉桿箱等．其中事先準備好的鋼環和細繩如圖2所示．

圖2 鋼環和細繩

(2)利用上述器材探究共點力作用下物體的平衡條件.

6 教學過程設計

6.1 教學流程圖

圖3 教學流程圖

6.2 主要的教學環節

環節一：創設情境形成問題

開始上課，找一名男生將課前放在教室后面的行李箱(圖4)，拿到講臺前．目的是，學生按照習以為常的方式，拉著行李箱，從容地走到講臺前．從而引出問題，為什么人們都習慣性地手拉著行李箱，而不是推著行李箱?

圖4 行李箱

(情況說明:圖4中行李箱是自己帶去的．上課時，出現的情況與預先設計的出入很大，事與愿違．這名男生用雙手直接將行李箱搬過來了．筆者的原話:“請你幫助我將后面的行李箱搬到前面來”，請注意這里用的是“搬”沒想到學生真用搬的方式．接著筆者又找了一名女生將行李箱拿到講臺前( 此時行李箱已放到教室后面) 還是希望同學能將行李箱拉過來．結果這名女生仍是搬過來的．箱子里筆者有意識地放了一些書和較多物品，所以箱子較重，由于用了較大力氣，這名女生臉色漲紅．

筆者當即表揚了這兩位同學，但是，僅從學生質樸的角度進行了表揚．課后才知道，這兩名學生是尊重我，怕將箱子中的物品弄亂、弄壞，才小心翼翼地將箱子用雙手搬過來．

教師演示拉箱子和推箱子的兩種方式.

教師展示照片如圖5所示，指出選擇拉箱子一定符合物理原理．

圖5 拉箱子

教師創設情境，形成問題，讓學生嘗試從物理學的角度進行解釋．

教師演示平衡現象如圖6和圖7所示.

圖6 “燕子”的平衡

圖7 “鋼叉”的平衡范

展示圖8，展示體操運動員的平衡姿態．

圖8 平衡木

教師指出:平衡是萬事的基礎，自然界中的平衡現象隨處可見，并請同學舉出實例．

環節二:學生活動 體驗平衡

現場發給每名學生一支2B鉛筆，作為支教活動送給同學們的小禮品．

組織學生用一個指頭使鉛筆處于平衡狀態．讓學生體驗二力平衡是有條件的．如圖9所示．

圖9 用鉛筆體驗平衡

(情況說明：這是當時上課時同學們體驗平衡時的照片．課后放在教學設計當中了)

環節三:實際情境 建構模型

展示圖片10，圖片11，圖片12.

圖10 學生熟悉的情境

圖11 建構模型的過程

這個環節目的在于，讓學生感受建構物理模型的過程，看到物理問題源于實際．

教師組織學生對模型中的球體進行受力分析，認識共點力．啟發學生達成共識，共點力作用下物體的平衡是有條件的．

環節四:實驗探究平衡條件

請學生設計實驗探究方案，給學生一定的時間．

(情況說明:學生在自主設計實驗探究方案時，全班同學基本上沒有明確的思路．與預先設計的情況差不多，在這種情況下組織學生看教材．教師說明實驗器材，明確研究對象是圖2中的小鋼環．)

學生分組實驗探究，得出共點力作用下物體的平衡條件，即合力為零．

環節五:理論解釋平衡條件

教師組織學生對平衡條件進行理論解釋．在教師的啟發下，學生運用牛頓第二定律做了合理的解釋．

環節六:應用結論解決問題

仍從實際開始．從學生熟悉的生活情境開始，展現建構物理模型的過程，模型如圖13所示．

(a)

(b)

( 情況說明：為了從實際生活中找到素材，從而方便建構模型，上課之前到超市，拍下這組照片，學生一看照片里的我，都笑了．)

【例1】如圖14所示，重力為G的物體與水平面間的動摩擦因數為μ．一個人用與水平方向成α角的拉力F拉物體，使物體沿水平面做勻速直線運動，請確定此拉力的大小?

圖14 例1題圖

【例2】如圖15所示，重力為G的物體與水平面間的動摩擦因數為μ．一個人用與水平方向成α角的力F推物體，使物體沿水平面做勻速運動，請確定此推力的大??？

圖15 例2題圖

請同學解釋為什么人們選擇拉行李箱?

環節7:課堂小結感悟方法

組織學生完成如下的小結內容.

(1)請同學們思考，這節課你的最大收獲是什么?

(2)教師指出:采用實驗探究的方式得到共點力作用下物體的平衡條件，我們尊重實驗結果．

(3)教師指出:平衡條件不僅能夠解決模型化的題目，還要學會解決實際問題．解決問題時的基本思路:確定研究對象—建構物理模型—進行受力分析—根據平衡條件列方程.

7 板書設計

第七節(二)共點力作用下物體的平衡

一、體驗平衡

二、探究共點力作用下物體的平衡條件

(1)共點力

(2) 平衡狀態:勻速直線運動、靜止

(3) 探究平衡條件

實驗結論:合力為零

理論解釋:根據牛頓第二定律

三、解決問題

例1，例2.

四、小結

(1)體驗方法

(2)解決問題的思路

( 情況說明：圖16是課后拍下來的板書照片，為教學反思之用)

圖16 板書

8 學習效果評價設計

課內評價: 課上完成對手拉行李箱而不是手推行李箱的物理解釋.

課外評價：(1)請同學們思考并解決.

如圖17所示，一個固定的斜面．傾角為θ，一個質量為M的物體在沿著平行斜面方向向上的拉力F的作用下沿斜面勻速上滑，已知物體與斜面間的動摩擦因數為μ，求拉力F的大小(重力加速度為g).

圖17 斜面上物體受力分析

(2)完成本節書中的練習與評價的內容.

9 課后反思

(1)本節課基本完成預定的教學目標．這一節課上得比較簡潔，層次分明．

物理學具有大氣、基礎、普適、實用、親切、簡潔之美! 我盡力做了，心中略有得意之感!

做課堂小結時，3名學生分別表達了他們在本節課中的最大收獲．

學生甲: 我學會了用實驗解決共點力平衡條件的方法；

學生乙：我學會了用實驗和理論推導的方法；

學生丙: 我學會了共點力作用下物體的平衡條件，并能夠應用解決一些問題．

筆者聽后心里挺高興! 這是對教師的付出給予的最好回報．

(2)學生對搬行李箱作為課的引入，感興趣；對展示的平衡現象感興趣，在體驗平衡、探究平衡條件等教學環節中，學生情緒一直很飽滿．說明學生對實際問題、動手實驗等有興趣．今后仍繼續追求讓學生覺得物理有用、物理有趣的教學境界．

(3)學生設計實驗方案的能力、動手實驗的能力比預想的還要欠缺一些，這個環節用時多了，導致課堂小結比較匆忙．

(4)本節課的板書設計比較好，但對現場書寫不太滿意，仍需練習和改進；教學語言還比較親切，但不夠精練，重復的話顯得多了．

以上是“共點力作用下物體的平衡”一節的教學設計.