基于物理核心素养导向的教学设计

包慧军

摘 要：本文以“摩擦力”教学设计为例，基于物理核心素养导向，阐述了在物理教学中如何培养和提升学生的物理核心素养：物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任。

关键词：教学设计；摩擦力；物理核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）2-0031-3

1 学习目标

学习目标如表1所示：

2 教材分析

本节教材从静摩擦力入手，然后介绍滑动摩擦力，这是考虑了学生的认知规律和实验现象发生的先后顺序。教科书首先通过“思考与讨论”栏目让学生认识静摩擦力的变化规律；接着通过实验认识滑动摩擦力、静摩擦力以及最大静摩擦力大小的关系，在实验探究的基础上得出滑动摩擦力的公式[1，2]。本节课教学过程可以按照体验—猜想—实验的顺序进行知识建构，重点是通过实验认识摩擦力的规律。因此，教师在教科书提供的实验基础上应进一步完善和改进实验装置，提升实验的效果，引导学生进一步熟悉科学探究方法，逐步养成科学研究的习惯。

3 教学思路

教学思路如图1所示：

4 教学过程

任务1：知道静摩擦力的概念和产生条件。

情景：请一位学生站在教室前面，将手在肥皂水中浸湿，然后向同学们演示手拿空的玻璃杯，教师在一旁不断地往杯子中倒水，其他同学仔细观察思考。

问题1：请问杯子为什么不会掉下来？

问题2：在往杯子里不断倒水的过程中，手的本能反应是什么？为什么？

问题3：静摩擦力的产生条件是什么？

教学建议：

（1）演示实验时，可以让学生说说实验过程中自己的感受。

（2）教师尽量引导学生独立思考后回答问题，不要替代学生回答。

（3）探究静摩擦力的产生条件时，让学生自主体验，自我归纳。

任务2：学会判断静摩擦力的方向。

配合教材图片（如图2所示），教师用力推讲台，讲台纹丝不动。

问题1：讲台为什么推不动？

问题2：讲台受到几个力？分别沿什么方向？

问题3：如何判断静摩擦力的方向？

问题4：什么是相对运动趋势？如何判断相对运动趋势的方向呢？

教学建议：

（1）分析相对运动趋势时，建议采用假设法。

（2）学生对于相对运动趋势的理解感到非常抽象，可以通过用手在桌面上用力往前推，但不滑动，让学生讲讲自己手指与桌面接触面的感受。

（3）另外也可以采用板刷实验，引导学生分析相对运动趋势的方向，从而判断静摩擦力的方向（如图3所示）。

任务3：通过实验探究静摩擦力的大小，能用二力平衡条件判断静摩擦力的大小和方向，掌握静摩擦力的最大值及变化范围。

情景：分组实验探究静摩擦力的大小（如图4所示）。

问题1：弹簧测力计给木块施加一定大小的力，木块保持静止，请问静摩擦力的大小和方向。

问题2：缓慢增加弹簧拉力，木块仍静止，请问摩擦力大小如何变化？

问题3：拉力增加到一定值，木块突然运动起来，这时的摩擦力大小就是静摩擦力的最大值。所以，静摩擦力大小的范围是什么？

教学建议：

（1）演示实验时，学生分组实验操作讨论，教师观察引导。

（2）为了记录摩擦力大小，要引导学生掌握摩擦力大小等于拉力大小的理论依据——二力平衡原理。

（3）静摩擦力大小的数据记录可以设计表格（如表2所示）。

（4）如果条件允许，可以利用力传感器、教室一体机演示该实验，将数据处理直接展示在大屏幕上，效果更好。

任务4：知道滑动摩擦力的产生条件，会判断滑动摩擦力的方向。

情景：板刷实验，手推板刷前进（如图5所示）。

问题1：仔细观察实验，请问刷毛弯曲的原因是什么？

问题2：滑动摩擦力的产生条件有哪些？

问题3：如何判断滑动摩擦力的方向？

教学建议：

（1）演示该实验时，可以让学生用手推桌面自己感受一下滑动摩擦力的方向；

（2）引导学生理解什么是相对运动方向以及“相对”两字的含义。

任务5：知道滑动摩擦力的大小影响因素及其关系，得出滑动摩擦力的公式，知道最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系。

情景1：引导学生猜想生活当中有关滑动摩擦力的现象。

情景2：演示实验（如图6所示）。

问题1：同学们，请猜想滑动摩擦力大小的影响因素有哪些？可能存在什么样的关系呢？

问题2：演示实验时缓慢增加拉动木块的拉力大小，直到木板和木塊发生相对滑动，仔细观察弹簧测力计的读数变化，从中能得到什么结论？

问题3：逐渐增加木块上所放砝码的个数，改变压力大小，重复以上实验，记录发生相对滑动后弹簧测力计的读数（即为滑动摩擦力的大小）。分析数据，你能得出滑动摩擦力和压力的关系吗？

教学建议：

（1）演示该实验时，要引导学生分析拉动木板而不拉木块的原因。

（2）采用表3记录弹簧测力计的读数。

（3）作出Ff-FN图像，尝试探究其中的规律。

任务6：会运用公式计算滑动摩擦力的大小。

情景：展示课本例题。

例题：在我国东北寒冷的冬季，雪橇是常见的运输工具。一个钢制滑板的雪橇，连同木料的总重量为4.9×104 N。在水平的冰道上，马要在水平方向用多大的力，才能够拉着雪橇匀速前进？

教学建议：引导学生仔细审题、独立解决，可以适当挖掘和拓展。

任务7：能够分析生活中既常见又较简单的问题中的摩擦力。

情景：用投影仪展示几个图片（如图7所示），学生小组讨论：哪几种现象中含有静摩擦力？哪几种现象中含有滑动摩擦力？如何在生活中利用或者减小摩擦力？

教学建议：

（1）学生分组讨论，各自发表见解，互相讨论；

（2）运用所学知识，尝试分析生活中利用或者减小摩擦力的实例。

5 设计点评

本教学设计通过课堂演示实验引入摩擦力的概念，根据学生的心理认知规律逐渐理解静摩擦力和滑动摩擦力，有利于学生通过实际现象归纳物理本质，提高学生的学习积极性，充分体现了物理核心素养的导向。课堂的精彩之处在于演示实验和学生实验的课堂探究，通过实验探究凸显了学生的主体地位，开拓学生的思维，锻炼动手能力，增强了学生合作交流的能力，达到了培养和发展学生物理核心素养的目的。同时，教学方法多样，情景与问题的设计符合学习目标，知识的展开符合学生思维的发展规律。这样的教学设计达到了预期效果，充分体现了概念课教学的特点和规律，具有很强的操作性和实效性。

改进之处：

（1）课堂引入时，注意正确运用引导语，使学生顺利进入主题，清楚本节课要学习的内容；

（2）教学各环节的衔接、问题的设置应从学生的实际情况出发，认真分析学情，做到有的放矢；

（3）适当多举一些生活实例，使学生对相对运动趋势和相对运动的认识更加清楚。

参考文献：

[1]浙江省基础教育课程改革专业委员会.浙江省普通高中学科教学指导意见[M].杭州：浙江教育出版社，2014：11.

[2]课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书 物理必修1教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2010：85-88.（栏目编辑 邓 磊）