核心素养理念下探究性教学—— “共点力作用下物体的平衡”教学设计案例

陶昌宏

(北京教科院基教研中心物理室 北京 100080)

作为北京市特级教师到西部进行支教活动，为当地高一(1)班学生上了一节现场课，学校教师进行观摩．全班人数72．这是现场学生上课的照片．

图1 现场学生及上课照片

按照本刊2018年第10期的文章“核心素养理念下物理教学设计的探索与实践”中的教学设计体例，现将现场课所做的教学设计，呈现给读者，仅供参考，若有不妥之处，敬请指正!

1 设计思想

(1)本节课是一节物理规律应用课．平衡状态，平衡条件是牛顿运动定律的基础性应用．

(2)本节课采用讲授与探究性教学相结合的教学方式.

(3)让学生用身边物品体验平衡状态、感受平衡是有条件的．

2 指导思想与理论依据

恩格斯曾说: “在希腊人那里是天才的直觉的东西，在我们这里是严格科学的以实验为依据的研究结果，因而也就具有确定得多和明白得多的形式” (马克斯恩格斯选集第三卷P454)在恩格斯眼中，实验多么重要．以实验为依据的研究结果，能够得到确定的形式，而且相信一定是简洁的形式．

恩格斯曾说: “相互作用是事物的真正的终极原因．只有从这个普遍的相互作用出发，我们才能了解现实的因果关系．为了了解单个的现象，我们就必须把它们从普遍的联系中抽出来，孤立地考察它们，而且在这里不断更替的运动就显现出来，一个为原因，另一个为结果．(马克斯恩格斯选集第三卷P552)这段内容启发我们，相互作用是普遍规律．尊重规律，才能掌握因果关系．解决某个具体问题，要确定好研究对象，将研究对象孤立出来，观察其变化，方可找到变化的原因．

2017年版课程标准中提出科学探究的课程目标．其中的关键词: 问题、证据、解释和交流．

在课程标准中，对科学探究做了高度概括．指出了探究教学的目标．课程标准中提出的核心素养课程目标，是我们教学的依据和行动指南．

《物理教学的基本特征》教学理论模型，其核心内容:“物理教学要坚持以创设问题情境为切入点，以观察实验(事实)为基础，以培养学生思维能力为核心，以提升学生探究能力为重点的基本特征．” 启发我们在物理教学中，要将其中的 “情境 、实验、思维、探究”关键词所表达的内容，进行有机的联系、进行有效的设计，提升探究能力．

(情况说明: 《物理教学的基本特征》教学理论模型在物理教学杂志上做过连载)

3 教学背景分析

3.1 主要教学内容分析

本节课学习共点力作用下物体的平衡．是在初中学习静止和匀速直线运动状态，同一直线上二力的合成，在二力平衡的基础上，对初中学习内容的扩展和提升．将二力变为多个力，从二力平衡变为多个力的平衡，研究多个力作用下的平衡条件，对平衡条件进行科学、简洁的表述，对平衡条件进行理论解释，学会对一些生活现象、生产现象做出解释．

共点力作用下物体的平衡是牛顿运动定律的基础性应用，对形成力和运动的观点有着潜移默化的作用．

3.2 学生在学习相关内容时一些基本情况

(情况说明:上课之前对当地高一新生做了一些了解．根据多年课堂教学实践经验，对学生可能出现的情况做了如下预判和预设．)

学生经历近半个学期的物理课程的学习．对运动的描述、力及相互作用有一定的初步认识．学生朴实，有学习动力，学习效果在当地是比较好的．对弹簧测力计的使用有了一些经验，但实验能力薄弱．

学生整体情况而言，对自然现象、生活现象关注的比较少，联系实际的意识和能力比较欠缺，学生的动手实验能力有待提高．

学生设计探究方案不会顺畅，进行实验探究时会出现操作不规范、不熟练，完成探究时间会长一些．如果学生设计实验方案确有困难，可采取其他方式．

3.3 本节课采用的主要教学方式及主要探究内容

本节课主要采用讲授与探究性教学相结合的方式，组织学生进行分组实验，探究共点力作用下物体的平衡条件．

4 教学目标设计

(1)建立共点力的概念，知道共点力作用下物体的平衡状态，掌握共点力作用下物体的平衡条件，运用平衡条件能够解释一些实际问题．

(2)通过具体的平衡现象，渗透物质及相互作用观念；

通过具体的平衡现象，培养建构物理模型的意识和能力；

通过体验物体的平衡，使学生觉得物理就在身边，物理有用，物理有趣；

通过实验探究平衡条件，培养学生使用弹簧测力计进行测量、记录、画图分析等能力，培养学生交流、合作的意识和能力；

通过解决平衡现象中的实际问题，培养学生科学推理能力．

(3)教学重点、难点

重点：获得共点力作用下物体的平衡条件.

难点：实验探究平衡条件.

5 教学资源设计

(1)主要器材: 弹簧测力计、刻度尺、钢环、细绳，拉杆箱等．其中事先准备好的钢环和细绳如图2所示．

图2 钢环和细绳

(2)利用上述器材探究共点力作用下物体的平衡条件.

6 教学过程设计

6.1 教学流程图

图3 教学流程图

6.2 主要的教学环节

环节一：创设情境形成问题

开始上课，找一名男生将课前放在教室后面的行李箱(图4)，拿到讲台前．目的是，学生按照习以为常的方式，拉着行李箱，从容地走到讲台前．从而引出问题，为什么人们都习惯性地手拉着行李箱，而不是推着行李箱?

图4 行李箱

(情况说明:图4中行李箱是自己带去的．上课时，出现的情况与预先设计的出入很大，事与愿违．这名男生用双手直接将行李箱搬过来了．笔者的原话:“请你帮助我将后面的行李箱搬到前面来”，请注意这里用的是“搬”没想到学生真用搬的方式．接着笔者又找了一名女生将行李箱拿到讲台前( 此时行李箱已放到教室后面) 还是希望同学能将行李箱拉过来．结果这名女生仍是搬过来的．箱子里笔者有意识地放了一些书和较多物品，所以箱子较重，由于用了较大力气，这名女生脸色涨红．

笔者当即表扬了这两位同学，但是，仅从学生质朴的角度进行了表扬．课后才知道，这两名学生是尊重我，怕将箱子中的物品弄乱、弄坏，才小心翼翼地将箱子用双手搬过来．

教师演示拉箱子和推箱子的两种方式.

教师展示照片如图5所示，指出选择拉箱子一定符合物理原理．

图5 拉箱子

教师创设情境，形成问题，让学生尝试从物理学的角度进行解释．

教师演示平衡现象如图6和图7所示.

图6 “燕子”的平衡

图7 “钢叉”的平衡范

展示图8，展示体操运动员的平衡姿态．

图8 平衡木

教师指出:平衡是万事的基础，自然界中的平衡现象随处可见，并请同学举出实例．

环节二:学生活动 体验平衡

现场发给每名学生一支2B铅笔，作为支教活动送给同学们的小礼品．

组织学生用一个指头使铅笔处于平衡状态．让学生体验二力平衡是有条件的．如图9所示．

图9 用铅笔体验平衡

(情况说明：这是当时上课时同学们体验平衡时的照片．课后放在教学设计当中了)

环节三:实际情境 建构模型

展示图片10，图片11，图片12.

图10 学生熟悉的情境

图11 建构模型的过程

这个环节目的在于，让学生感受建构物理模型的过程，看到物理问题源于实际．

教师组织学生对模型中的球体进行受力分析，认识共点力．启发学生达成共识，共点力作用下物体的平衡是有条件的．

环节四:实验探究平衡条件

请学生设计实验探究方案，给学生一定的时间．

(情况说明:学生在自主设计实验探究方案时，全班同学基本上没有明确的思路．与预先设计的情况差不多，在这种情况下组织学生看教材．教师说明实验器材，明确研究对象是图2中的小钢环．)

学生分组实验探究，得出共点力作用下物体的平衡条件，即合力为零．

环节五:理论解释平衡条件

教师组织学生对平衡条件进行理论解释．在教师的启发下，学生运用牛顿第二定律做了合理的解释．

环节六:应用结论解决问题

仍从实际开始．从学生熟悉的生活情境开始，展现建构物理模型的过程，模型如图13所示．

(a)

(b)

( 情况说明：为了从实际生活中找到素材，从而方便建构模型，上课之前到超市，拍下这组照片，学生一看照片里的我，都笑了．)

【例1】如图14所示，重力为G的物体与水平面间的动摩擦因数为μ．一个人用与水平方向成α角的拉力F拉物体，使物体沿水平面做匀速直线运动，请确定此拉力的大小?

图14 例1题图

【例2】如图15所示，重力为G的物体与水平面间的动摩擦因数为μ．一个人用与水平方向成α角的力F推物体，使物体沿水平面做匀速运动，请确定此推力的大小？

图15 例2题图

请同学解释为什么人们选择拉行李箱?

环节7:课堂小结感悟方法

组织学生完成如下的小结内容.

(1)请同学们思考，这节课你的最大收获是什么?

(2)教师指出:采用实验探究的方式得到共点力作用下物体的平衡条件，我们尊重实验结果．

(3)教师指出:平衡条件不仅能够解决模型化的题目，还要学会解决实际问题．解决问题时的基本思路:确定研究对象—建构物理模型—进行受力分析—根据平衡条件列方程.

7 板书设计

第七节(二)共点力作用下物体的平衡

一、体验平衡

二、探究共点力作用下物体的平衡条件

(1)共点力

(2) 平衡状态:匀速直线运动、静止

(3) 探究平衡条件

实验结论:合力为零

理论解释:根据牛顿第二定律

三、解决问题

例1，例2.

四、小结

(1)体验方法

(2)解决问题的思路

( 情况说明：图16是课后拍下来的板书照片，为教学反思之用)

图16 板书

8 学习效果评价设计

课内评价: 课上完成对手拉行李箱而不是手推行李箱的物理解释.

课外评价：(1)请同学们思考并解决.

如图17所示，一个固定的斜面．倾角为θ，一个质量为M的物体在沿着平行斜面方向向上的拉力F的作用下沿斜面匀速上滑，已知物体与斜面间的动摩擦因数为μ，求拉力F的大小(重力加速度为g).

图17 斜面上物体受力分析

(2)完成本节书中的练习与评价的内容.

9 课后反思

(1)本节课基本完成预定的教学目标．这一节课上得比较简洁，层次分明．

物理学具有大气、基础、普适、实用、亲切、简洁之美! 我尽力做了，心中略有得意之感!

做课堂小结时，3名学生分别表达了他们在本节课中的最大收获．

学生甲: 我学会了用实验解决共点力平衡条件的方法；

学生乙：我学会了用实验和理论推导的方法；

学生丙: 我学会了共点力作用下物体的平衡条件，并能够应用解决一些问题．

笔者听后心里挺高兴! 这是对教师的付出给予的最好回报．

(2)学生对搬行李箱作为课的引入，感兴趣；对展示的平衡现象感兴趣，在体验平衡、探究平衡条件等教学环节中，学生情绪一直很饱满．说明学生对实际问题、动手实验等有兴趣．今后仍继续追求让学生觉得物理有用、物理有趣的教学境界．

(3)学生设计实验方案的能力、动手实验的能力比预想的还要欠缺一些，这个环节用时多了，导致课堂小结比较匆忙．

(4)本节课的板书设计比较好，但对现场书写不太满意，仍需练习和改进；教学语言还比较亲切，但不够精练，重复的话显得多了．

以上是“共点力作用下物体的平衡”一节的教学设计.