循环递进式探究法在初中物理课堂教学中的应用

刘晓林 潘镇高

摘 要：本文首先介绍了循环递进式探究法的概念及其实施特点，并以沪科版物理教材“做功了吗”一节为例，具体分析了在实际的初中物理课堂教学中如何应用.

关键词：循环递进探究; 物理课堂;教学应用

文章编号：1008-4134（2019）16-0053    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

作者简介：刘晓林（1981-），男，安徽南陵人，本科，中学一级教师，研究方向：课堂教学研究;

潘镇高（1973-），男，安徽南陵人，本科，中学高级教师，芜湖市物理学科带头人，研究方向：教材教法研究.

循环递进式探究法是一种建立在建构主义学习理论和行动导向教学基础之上的以学生主动探究为主的教学模式.这一教学模式以问题解决为目标，以任务为主线，以学习活动为载体，循环深究，逐步深入，完成知识建构.“循环”体现在探究要素的不断运用，“递进”体现在对事物认识的上升（如图1所示）.

在确定探究课题后，教师要引导学生明确探究的方向，并将问题分解成若干个相互关联的小问题，也可以在教学过程中动态生成小问题，形成若干个环环相扣、层层深入的小型学习活动（如图2所示）.每个学习活动约5分钟左右，活动中灵活运用科学探究的若干要素，通过“情境创设”引出本活动学习情境、通过“合作探究”开展小型协作学习、探究性学习，通过“知识建构””实现问题解决，达成本次活动的学习目标，并进而生成新的问题，为下一个学习活动提供依据或指导;若干个学习活动依此方式循环开展、逐步递进.

在大量课堂实践的基础上，安徽省芜湖市以新课改倡导的“立德树人，以学生为中心”“自主、合作、探究”“多元评价”“面向全体，因材施教”“大教育观”等基本理念为支撑，以让“每一个孩子都养成良好的物理核心素养”为目标，结合学生的身心特点和个性发展的差异，经过不断的探索和实验，确立了适合学生特点的循环递进探究教学模式，在实际教学中也取得了比较理想的效果.笔者结合沪科版八年级物理课本第十章第三节“做功了吗”一节的教学，具体谈一谈循环递进探究教学模式的运用.

1 案例背景

“做功了吗”这节课选自沪科版八年级物理课本第十章第三节.本节内容安排在学生学习了杠杆和滑轮两种简单机械的基础上展开，同时也为以后学习功率、机械效率、机械能等知识奠定基础，在教材中起到承上启下的作用.

功是物理学中一个很重要的概念，是学习能量知识的基础;而机械功又是其它形式功的基础，故学好功的知识对理解物理现象背后的本质具有重要意义.教材首先从省力的机械不省距离、省距离的机械不省力这一事实出发，再从动滑轮提重物的具体实验探究中发现：力与力的方向上移动距离的乘积是一个有意义的物理量，进而引出机械功的概念.接着又用图示方法展现怎样才算做功，让学生从中归纳出做功的必备条件，最后自然地引出计算功的公式和方法以及单位，并通过信息窗介绍英国物理学家焦耳，同时说明为什么以他的名字来作为功和能的单位.教材按照什么是功，怎样才算做功，如何计算功的逻辑顺序，循序递进，符合循环递进探究法教学.

2 学情分析

本节课的教学对象是八年级下学期的学生，由于普及了义务教育，学生素质参差不齐.主要表现在以下几个方面.

知识基础方面：学生已学习了运动和力、力和简单机械等知识，具备了学习功所需要的基础，但也有部分学生不能正确分析受力，没有搞清运动和力的关系，不能把握力与移动距离之间的内在联系，导致在判断物体是否做功、进行功的计算时，把不对应的力与距离联系在一起，而引起错误;在前面已经学习了简单机械中杠杆平衡条件、动滑轮的特点等知识，还学习了力和长度的测量，也具备了一定的实验探究的能力.

认知能力方面：八年级学生思维比较活跃， 他们的思维主要以形象思维为主，喜欢动手动脑，对直观内容比较感兴趣，但欠缺对问题的深入思考及理性化的思维过程.抽象思维能力正处于发展期，初步具备了一定的分析、概括和归纳能力.

学习动机方面：对新鲜事物有强烈的好奇心，具有较强的求知欲，具有比较典型的求趣、求动心理.

学习风格方面：有了一定的自主学习和合作学习能力，喜爱合作学习，喜爱通过讨论的方式解决学习中的问题，喜欢新媒体技术支持下的学习环境，较容易受外界评价与成就水平影响.

综合以上学情分析，学生具备了循环递进式探究法的教学基本条件.

3 教学策略

“循环递进式探究”教学法：

以问题串层层递进，通过实验探究，启发、引导、讨论、得出结论，实现教学目标;

利用希沃授课助手软件实时动态直播和拍照，及时对探究过程进行指导和诊断;利用新媒体技术Plickers软件，实时反馈学情：充分发挥现代新媒体技术的作用，课堂现场迅速基于大数据反饋诊断教学;

以建构主义理论为基础，以学生为主体，综合运用实验探究、观察分析、启发对比、归纳演绎、讲授法等多种教学方法，使学生在观察、实验、讨论、归纳中学习知识、培养能力和核心素养.

4 循环递进探究流程（如图3所示）

5 案例过程

5.1 第一环节：建立功的概念，什么是机械功

活动1：功的研究历史回顾.

省力杠杆和费力杠杆的优点和缺点是什么？设疑：作用在物体上的力与物体移动的距离是否存在一定的联系？让学生回顾、思考.然后播放蒸汽机视频，展示人类早期使用蒸汽机的情形，启发学生思考，当时的机械师们迫切需要寻找一种衡量蒸汽机等机械功效的办法，但是很长一段时间内没有找到，下面我们一起用实验来寻找方法.

【设计意图】通过设疑激发学生的好奇心，引导学生积极思考，为初步探究做功做好准备.教育重演论指出，学习者学习科学的过程是对人类研究科学过程认知的“重演”，教师有必要借助“历史的力量”，为学生还原功概念建立的历史场景，使学生对功的认识变得丰满而鲜活.让学生回顾物理学史，追溯概念的起源，学生对概念的理解更深刻，同时渗透功能关系，为后续探究能量做好铺垫.

活动2：合作探究，建构功的概念.

组织学生分组实验，介绍实验器材：滑轮组、弹簧秤、直尺、200g钩码若干、铁架台、细线.学生思考讨论实验步骤和注意点：

（1）组装好滑轮组，固定在铁架台上，实验时把直尺竖立紧贴铁架台;

（2）了解弹簧秤的量程、分度值，测钩码物重时，考虑量程，建议每一个单独测量，然后相加.测挂1个或2个或3个或4个钩码时的数据;

（3）缓慢匀速竖直提升钩码，待弹簧秤静止稳定时再读数，钩码起始结束位置最好在直尺的整数值;

（4）记录物重G、物体升高的高度h，弹簧秤示数F和绳子移动距离S（把实验数据填入表1）.

教师利用希沃授课助手软件及时跟踪指导、诊断实验过程，学生分组实验、合作探究.

学生分组实验、思考、讨论、分析发现：如果把拉力F与上升距离S相乘， 近似等于物重G与物体上升高度h的乘积，即Fs=Gh，后来人们又发现使用其他机械也是如此.于是人们开始认识到，力与力的方向上移动距离的乘积是一个有意义的物理量，于是机械师们把力和物体在力的方向上移动距离的乘积这个物理量称为机械功，简称功，用符号W表示.

【设计意图】教师将先驱探索机械功的历史境遇与学生当下的生活情境有机结合，极大地激发学生探求新知的欲望，激发学习的兴趣，收获成功体验;学生自行探究、建构形成机械功的概念的过程，能够提高学生核心素养中的物理观念;也培养学生掌握乘积法定义物理量的科学研究方法.

5.2 第二环节：概念延伸，怎样才算做功

活动1：做功条件.

物理学上的做功注重效率、贡献，与生活中所说的做工不同.课件展示讨论：人用力推打石头而没推动，有无做功？没有做功（劳而无功）;冰壶在平滑的冰面上滑行，有无做功？

没有做功（不劳无功）;小车载着物体水平行驶，有无做功？有力有距离但是垂直不做功（垂直无功）.通过学生讨论分析各种做功和不做功的情况，让学生归纳分析，物理学中所说的做功有什么共同特点？想一想做功的必备因素是什么？总结得出.

不做功的三种情况：

（1）物体受到力的作用，但没有移动距离，即 （S=0 ，劳而无功）;

（2）物体没有受到力的作用，由于惯性而通过一段距离，即（F=0，不劳无功）;

（3）物体受到某力的作用，但运动方向始终与该力方向垂直，即（F⊥S，垂直无功）.

从而总结出做功的两个必要因素：有力作用在物体上 ，物体在该力的方向上移动了距离.

【设计意图】从生活出发，对学生大脑中观念产生认知冲突，从而更新知识，体现物理学源于生活高于生活的理念.培养了学生分析问题，归纳演绎的能力，增强了学生学习物理兴趣.

活动2：自制教具，做功判断.

为了让学生更加形象、直观地判断物体是否做功，利用不锈钢、定滑轮、钩码、细线制作做功判断演示仪（如图4所示）.教师演示三种情况下，物体是否做功，即物体在拉力方向上移动距离，是否做功;提着物体水平移动，物体是否做功;力与距离同一方向但都与水平方向成一定夹角，是否做功.沿斜面向上拉物体，拉力是否做功.（如图5所示）

【设计意图】自制教具展示做功情况，由易至难，层层递进，螺旋式上升，符合学生的认知规律，有效突破了教学难点;渗透克服重力做功为高中学习奠定基础.

活动3：检测巩固：小活动——选一选.

课件展示：各种做功和不做功的情况，让学生分类.

例题：下列说法正确的是（ ）

A.只要有力作用在物体上，力就对物体做功

B.物体只要移动距离就做功

C.有力作用在物体上，物体也移动了距离，力就一定做功

D.有力作用在物体上，物体沿力的方向移动了距离，力就一定做功

解析：有力作用不一定做功，无力作用肯定不做功.

【设计意图】利用plickers软件快速了解学情，学生知道答案后，举起手中二维码卡片，教师扫描二维码，立即知道学生所选答案，及时调整循环递进探究进度情况.

5.3 第三环节：概念深入，怎样计算功

活动1：学生表演举矿泉水瓶.

功有大小吗？如何计算功的大小，先请学生表演举矿泉水瓶实验.

（1）相同的矿泉水瓶，举不同高度，举得越高的同学付出的越多、力的成效越显著，做功越多.

（2）不同矿泉水瓶，举相同的高度，举的瓶数越多的同学付出越多、力的成效越显著，做功越多.

学生通过观察和定量分析得出做功的多少与力的大小和力的作用下移动的距离成正比（如图6所示）.

结论1：力大小相等时，功与力方向上移动距离成正比.

结论2：力方向上移动距离相等时，功与力成正比.

在都做功的前提下，力和移动的距离都不同时，我们用两者的乘积大小来比较做功的多少.当力与距离都是国际单位时，从而得出功的计算公式W=FS.力的單位牛顿，距离的单位米，功是合成单位牛·米，物理学上为了纪念物理学家焦耳对功所做的贡献，用焦耳名字命名功的单位，即：1 J=1 N · m.

【设计意图】培养学生借助数学工具处理物理问题的方法.由浅入深，循环递进探究，让学生明白功是在力的作用下的累积，正是由于累积思想的存在，才使得力与距离以一种乘积的形式相结合.所谓累积是指随着时间及空间位置的改变，事物会发生集聚性变化，最终完成由量变到质变的转化.累积是源泉，本质在于物质由量变到质变过程中所存在的渐进性与持续性，渗透累积思想，为后续探究学习奠定基础.

活动2：读一读，议一议：对功研究有杰出贡献的物理学家.

焦耳是英国物理学家.1818年12月24日生于索尔福.他父亲是酿酒厂的厂主.焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理.他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣.后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家.可以说焦耳是一位靠自学成才的杰出科学家.焦耳最早的工作是电学和磁学方面的研究，后转向对功与热相互转化的实验研究.1866年由于他在热学、电学和热力学等方面的贡献，被授予英国皇家学会柯普莱金质奖章. 焦耳病危前曾说过：“我一生中也只是做了两三件事而已，没有什么值得炫耀的.”

宋应星（1587年—约1666年），字长庚，汉族，江西人，明朝著名科学家.一生致力于对农业和手工业生产的科学考察和研究，最杰出的作品《天工开物》被誉为“中国17世纪的工艺百科全书”.

莱布尼兹，生于1646年，德国哲学家、数学家、物理学家，历史上少见的通才，多才多艺，被誉为十七世纪的亚里士多德.

艾萨克·牛顿（1643年1月4日—1727年3月31日）爵士，英国皇家学会会长，英国著名的物理学家，百科全书式的“全才”，著有《自然哲学的数学原理》《光学》.牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨分享了创立微积分学的荣誉.

【设计意图】介绍焦耳，自学成才，谦虚的优良品质，对学生进行情感熏陶，对引导学生树立正确的人生观起到积极的作用，达到了培养学生情感态度和价值观目标. 引入对做功研究有杰出贡献的物理学家成长史，培养学生不畏艰难、曲折，永攀高峰寻求科学真理的精神.

活动3：实践应用，例题解析.

感受做功的大小，将两个鸡蛋举高一米所做的功， W=Fs=1N×1m=1J

例：一个人用50N的力沿水平方向匀速推一辆重200N的车前进2m，求这个人对车做功多少？重力对车做功多少？

【设计意图】体验1J的大小，培养学生的估算能力，同时培养学生正确规范的习题解答过程，培养学生利用所学知识分析解决问题的能力.

本节课教学中采用循环递进式探究，所设计的三个环节循环递进，每个环节所设计的活动由浅入深，螺旋上升，符合学生的认知规律和认知特点.循环递进探究法教学模式也是众多教学模式中的一种，在物理教学中的实用性已被大量实践结果证明.当前，我国课程改革提倡科学探究，但很多一线教师尤其是年轻教师往往不知该如何组织科学探究教学，或是教师提前预设好，使得探究表面化，或是限于个人经验而缺乏理论指导，一味放手让学生无方向发挥，这些都不利于探究教学的大规模开展.循环递进式探究法正是为广大一线教师在具体操作层面上提供了一种可供借鉴的较成熟模式，但如何更好地切合自己的教学，还需要教师在教学中根据不同的教学课题具体探索.只有不断的探索——总结——应用，才能更好地发展物理教學的艺术.

参考文献：

[1]石尧.核心素养视域下初中“功”概念的过程教学——兼谈乘积定义法的教学逻辑[J].中学物理教学参考，2018，47（05）：9-12.

[2]唐东.三重六环分层次物理教学法[J].中学物理，2016，34（09）：50.

[3]张正太.浅谈“功”的教学的两种设计方案[J].中学物理教学参考，2015，44（Z1）：70-73.

（收稿日期：2019-05-09）