以问题为驱动的物理教学实践——以“力的合成”教学为例

(1. 广东省梅州市教学研究室,广东 梅州 514000；2. 广东省梅州市梅县区高级中学,广东 梅州 514000)

学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。《普通高中物理课程标准(2017年版)》指出：高中物理课程要注重体现物理学科的本质,从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面提炼学科育人价值,充分体现物理学科对提高学生核心素养的独特作用,为学生终身发展、应对现代和未来社会发展的挑战打下基础。

在培育学生物理核心素养的过程中,科学探究主要以物理实验为抓手，让学生带着问题去亲自动手实践。科学探究并非指向问题解决的即时效率,也不强求学生在课堂上解决多少问题,而是让每一位学生都经历探究过程,在问题解决过程中建构物理概念，发展科学思维，提高探究能力，逐步养成严肃认真、尊重实验事实的科学态度和科学精神,促进核心素养培养目标的达成。

教师通过设置系列问题,引导学生运用科学探究的方法去发现问题、提出猜想、利用证据检验猜想。问题解决是个体运用一定的策略选择解决问题所需技能的过程,教师可以引导学生运用类比等方法设计实验,对猜想做出验证，设计实验的过程对培养学生的科学思维能力和科学探究能力具有显著的作用。本文以人教版教材必修一“力的合成”一节为切入点,探索如何以问题为驱动，达成物理学科核心素养培养的目标。

1 以生活实例引入,学习“等效替代”的科学思维方法

“等效替代”是物理研究的重要方法,由于该方法具有一定抽象性而学生不易理解,教学应通过实例分析说明在作用效果相同的前提下,力可以互相代替,使学生对该思想方法有较深认识和体会。因此,在实际教学中可以设计如下两个实例引入新课，通过投影呈现两组实例(如图1、2)。

图2

师：多人共同作用举起重物与吊车单独作用举起重物,产生的效果相同吗？

生：相同,都是把重物举起,完成相同任务。

师：有什么不同的地方呢？

生：用力的多少和形式不同。

师：将重物举出,多人一起用力，亦可用机械,用一个力提起(如图1)。

将网中的鱼提出水面,可以多人一起从不同角度用力,亦可用起重机吊起(如图2)。

师：线缆很粗、很重,一个人很难拖动到地槽中(如图3)。如果用机械可以拖动线缆到地槽中,但如有障碍无法安置机械,那么如何解决呢？

图3

生：如果人多,可在槽的两边分别安排一组工人,大家一起用力拉。

师：从以上几个实例可以看到,生活中在需要用力完成任务时,既可以用一个力,也可以用多个力。因为这一个力和多个力要完成的任务相同,也就是作用效果相同。多个力可以用一个力来等效,多个力称为这一个力的分力,反之,这一个力称为这多个力的合力。

当面临一个力可以达到效果,由于障碍无法实施这个力时,我们可以用多个力来达到同样的效果,这种解决问题的方法称为等效替代法。

教学意图：围绕核心概念的建构,发展学生的物理观念。通过问题逐步引导,让学生思维不断深入,学到“等效替代”的科学思维方法,并掌握“合力与分力”的概念。

2 通过电视节目中的实验,激发学生探究合力与分力关系的兴趣

教学中引用中央电视台CCTV2频道《是真的吗？》节目的一个实验：用尽全力也拉不直一根晾衣服的绳(如图4)。

图4

教学意图：充分利用身边丰富的媒体资源,提高学生的观察能力、信息分析和加工能力,通过身边的事例激发学生实验探究热情。

结合视频材料,提出以下问题让学生讨论与交流。

问题1：如何判断晾衣绳拉直了？

问题2：两边各1人拉绳,绳子能否被拉直？衣服被拉起不动，说明了什么?

问题3：两边各3人拉绳,绳子能否被拉直？衣服被拉起不动，说明了什么?

问题4：绳子为什么就拉不直呢？

在学生回答的基础上,教师加以分析总结：不管两个人拉绳还是六个人拉绳,衣服均被拉起不动了,说明两个人的拉力和六个人的拉力产生的效果都是把衣服拉起来了。绳子为什么拉不直呢？我们要一起来研究合力与分力的关系,才能给予解释。

3 引导学生体验探究过程,发展科学思维和探究能力

3.1 提出问题

既然合力与分力可以相互替代,那么它们之间存在什么关系呢？

3.2 进行猜想

请学生思考并提出自己的猜想。

猜想1：合力等于各分力之和。

猜想2：合力与分力可能会构成某种几何图形。

……

教学意图：培养学生敢于猜想和假设,增强学生的探索意识,培养其科学思维能力。

3.3 实验探究

究竟哪种猜想是正确的？要通过实验探究予以确定,因而需要让学生思考：该如何设计该探究实验？在此阶段,学生较难根据已有认知经验，完整地设计实验以证实猜想,教师需针对拉不直一根晾衣服的绳的情景，引导学生进行实验探究(如图5)。

图5

教师通过以上示范,让学生了解实验设计的基本策略,决定以橡皮筋代替晾衣绳，用弹簧秤定量测定橡皮筋所受拉力，参照图5中的实验设计，拟定了“研究合力与分力的关系”的实验方案(如表1)，根据探究得到力的合成法则，解决“用尽全力也拉不直一根晾衣服的绳”的问题。

表1

续表

教学意图：发挥教师的示范作用，通过类比方法引导学生运用正确的策略去设计实验，验证猜想。学生通过类比分析设计实验，进行实验,从而得出结论。这一过程培养了学生的猜想能力、动手操作能力、合作精神、实践创新能力,让学生体验完成探究活动的成功愉悦。

4 结语

在课堂教学中突出问题导向,引导学生一步步深入学习,以实验探究为抓手,教师注重引导学生用科学方法解决物理问题。充分发挥了学生的主观能动性，重视学生协作精神的培养,同时也体现了教师的引导作用,整个教学做到了“形散而神不散”,通过问题解决达到培育学生物理核心素养的目的。