凸显科学探究 培养核心素养

郑红　雷迎春

摘  要：科学学科核心素养是学生核心素养的重要组成部分。培养学生的科学学科核心素养必须落实在课堂教学中，体现科学学科核心素养的内容。科学探究是科学学科核心素养主要内容之一，文章结合“杠杆”这节课谈谈如何凸显科学探究，以培养学生的科学学科核心素养。

关键词：初中科学;核心素养;科学探究

科学学科核心素养是指学生在科学学习过程中形成的具有科学学科特点的品质，是学生核心素养的重要组成部分，也是学生适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，其内容主要包括科学观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。要落实科学学科核心素养的培养要求，就必须将核心素养培养与课堂教学设计进行有效结合，在课堂教学中体现科学学科核心素养的内容。文章以华师大版《义务教育教科书·科学》九年级上册“杠杆”一课的教学为例，谈谈如何凸显科学探究，以培养学生的科学学科核心素养。

一、教材分析

“杠杆”是第五章“简单机械与功”第一节内容。杠杆五要素知识的掌握对滑轮的理解非常重要，是后续学习的基础，因此，该课程是本章教学的重点。力臂概念的建立、杠杆的五要素是“杠杆”一节课的教学重点，正确理解力臂、绘制力臂是本节课的教学难点。对杠杆知识的认识建立在学生日常接触的剪刀、指甲剪、羊角锤等物品的基础上，通过深入分析、比较这些物品的特点，进而建构杠杆模型。本节课内容从学生熟悉的物品入手，引导学生探究并认识其中隐含的科学规律，将科学知识与日常生活、社会实践相结合，充分体现“从生活走进科学，从科学走向社会”的新课程理念。

二、教学目标

本节课的教学目标是：认识生活和生产中的各种杠杆，并了解人体的杠杆;认识杠杆的支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂;培养学生从科学视角分析运动与相互作用的基本原理，并能用杠杆的知识解释、解決在生活中遇到的问题;培养学生建构理想的杠杆模型的意识和能力，并对杠杆问题进行描述、解释，能基于证据进行大胆质疑，从不同角度思考问题;培养学生的实验探究意识，提出合理的猜想与假设，具有设计探究方案、获取证据的能力;培养学生的沟通与合作能力，能准确地表述、评估和反思实验探究的过程与结果;培养学生学习和研究科学的好奇心和求知欲;培养学生准确理解科学、技术、社会、环境四者之间的关系;培养学生保护环境、节约资源的责任感和使命感等。

三、教学过程

1. 创设情境，导入新课

教师用PPT展示中国著名的桥梁照片，如港珠澳大桥、北盘江大桥等。

师：同学们看到以上照片有什么感想？

生：中国真伟大，能建造这么多举世闻名的桥梁，作为中国人，我们感到很自豪。

师：我国在基础设施建设领域的突飞猛进。大家都知道，在基础设施建设中必然要用到塔吊和挖掘机（教师出示图片），其实这两种设备都用到了杠杆，那么什么是杠杆？杠杆又有什么特点？今天我们就来学习一下杠杆。

【设计意图】通过对中国著名桥梁的介绍，引导学生关注国家的基础设施建设，增强学生的民族自豪感，同时引导学生从实际生活走进科学学科，关注生活中的科学现象和科学问题。

2. 注重体验，建构模型

教师让学生拔出木块中的钉子。刚开始学生徒手无法完成任务，然后教师提供羊角锤，让学生慢慢拔出钉子，从而体验用羊角锤拔钉子的过程，并重点观察羊角锤的位置变化。

师：大家观察到了什么？

生：羊角锤在转动。

教师让学生观察撬棒、跷跷板和抽水摇把三个动画视频。

师：从三个动画中你们发现它们有什么共同特点？

生1：撬棒、跷跷板、抽水摇把都与前面实验中的羊角锤一样在转动，而且都在围绕某个点转动。

生2：围绕转动的点是支点。

师：你对支点是怎样理解的？

生2：支点支持了整个物体。

师：大家还有什么发现？

生3：羊角锤、撬棒、跷跷板和抽水摇把都不容易发生形变。

师：以上工具是否可以看作是棒状结构？

生：可以。

师：我们把具有上述特点的物体叫做杠杆。谁能归纳出什么是杠杆？

生4：在力的作用下能绕固定点转动的硬棒叫杠杆。

师：为什么是硬棒？

生4：硬棒不容易发生形变。

师：杠杆一定是直棒吗？试举例说明。

生5：不是，如刚才说的抽水摇把就不是直棒。

师：杠杆一定是棒状结构吗？

生6：不一定，如滚上台阶的油桶也可以看成是杠杆，转动的木箱也可以看成是杠杆。

教师进一步让学生体验使用剪刀、镊子、试管夹等工具，观察使用这些工具的过程中有没有利用杠杆，进一步深化理解杠杆的特点。

【设计意图】通过拔钉子活动观察羊角锤的转动，将撬棒、跷跷板、抽水摇把的转动与羊角锤的转动进行比较，从而归纳出它们的共同特点，抽象出杠杆模型，培养学生建构杠杆模型的思维能力。通过增强学生的切身体验，鼓励学生体验发现知识的过程，在认知的曲折与碰撞中发现并建构新的知识体系。这是顺应《义务教育初中科学课程标准（2011年版）》的要求，实现初中科学有效教学的正确途径。

3. 交流讨论，理解支点

师：其实，古代劳动人民就已经学会了使用杠杆，如埃及金字塔的建造过程中搬动巨石就使用了杠杆，古代汲水工具桔槔也运用了杠杆原理。刚才生2说到了支点，那什么是支点呢？

生：杠杆绕着转动的固定点就是支点，用字母O表示。

师：用开瓶器开啤酒瓶盖时，杠杆的支点在哪里？（教师在黑板上画出简图。）

生7：瓶盖边缘的一点。

生8：瓶盖上方与开瓶器接触的一点是支点。

师：两名学生谁的观点正确？

生：生8的观点正确，因为开瓶器是绕着瓶盖与开瓶器接触的一点转动。

师：在杠杆中，使杠杆转动的力叫动力，我们用F1来表示;阻碍杠杆转动的力叫阻力，用F2来表示。

【设计意图】教师引导学生观察古代人们用到的杠杆，通过对常见杠杆的分析使学生理解杠杆的支点，并了解杠杆的动力和阻力。

4. 实验创新，突破难点

师：生活处处是科学，留心观察皆学问。同学们在生活中有没有见过这样的工具？（教师出示图片。）

生：杆秤。

师：杆秤也可以看成杠杆。老师为每个小组准备了一个自制的杆秤，同学们尝试迅速地调整，让杆秤在水平位置静止。

小组合作探究，动手操作。

师：当杠杆处于静止状态或匀速转动状态时就称为杠杆平衡。刚才的杆秤都处于平衡状态，但是我们是否知道螺母对杠杆的拉力大小？如何才能测出螺母对杠杆拉力的大小呢？

生：使用弹簧测力计。

学生活动：用弹簧秤竖直向下拉点A，使杆秤在水平位置平衡，记下拉力的大小;用弹簧秤竖直向下拉点B，使杆秤在水平位置平衡，记下拉力的大小;用弹簧秤斜向下拉点B，使杆秤在水平位置平衡，记下拉力的大小（A，B两点为事先标注的与支点远近不同的两点）。

学生分组汇报实验结果。

师：在A，B两点竖直向下拉，使杠杆在水平位置平衡时，A，B两点用力的大小一样吗？说明了什么？

生9：不一样。说明要使杠杆平衡在不同的点所用的力的大小是不一样的。

师：在杠杆的同一点竖直向下和斜向下拉使杠杆平衡时，力的大小一样吗？说明了什么？

生10：不一样，说明力的大小与力的方向有关。

师：刚才的探究活动说明使杠杆平衡所施加的力的大小不仅与力的作用点有关，还与力的方向有关。那么，我们能否把力的大小和方向用一个科学量表示？老师带来了一件自制的新仪器。

教师展示自制力臂演示装置。在科学支架上固定一个质地均匀、画有数个同心圆且刻画有部分圆的切线的圆盘。

师：这个圆盘能绕轴转动，它是否可以看作是杠杆？

生：可以。

教师演示：在圆盘杠杆的一边挂上钩码，在距离支点距离相同的点A处用弹簧测力计竖直向下拉，记下弹簧测力计的读数为1.4 N。然后，用弹簧测力计竖直向下拉距离转轴为两倍点A距离的点，发现弹簧测力计的读数变为0.7 N。改变拉力的方向，当弹簧测力计示数变为1.4 N时让学生观察，发现在A，B两点拉杠杆使其在水平位置平衡，当拉力相等时，支点到拉力所在直线的距离相等。进而引入力臂的概念：动力臂是支点到动力作用线的垂直距离;阻力臂是支点到阻力作用线的垂直距离。

【设计意图】力臂的认识与理解是本节课的难点，通过自制杆秤，让学生探究如何使杆秤在水平位置平衡;在杆秤上不同的点竖直向下拉，使其在水平位置平衡，发现拉力大小不同;在杆秤上同一点竖直向下和斜向下拉，发现拉力的大小不同，从而得出使杠杆平衡的力的大小与力的作用点和力的方向有关。然后，通过自制杠杆力臂演示装置，使学生进一步理解要用相同的力使杠杆平衡，就要使支点到力所在的直线距离相等，从而引入力臂的概念。在上述实验过程中，教师运用了等效替代法，等效替代可以运用到科学实验中，是科学研究中的一种重要思维方法。其主要包括两种形式：一是材料的替代，即换用效果相同的材料;二是方案的替代，即从不同的角度去获取证据。这种让学生有充足线索思考和解决问题的教学，才能真正帮助学生提升思维能力。

5. 方法指导，力臂作图

师：力臂是支点到力的作用线的距离，可以简称为“点到线”的距离，点就是支点，线就是力的作用线。力的作用线是指通过力的作用点沿力的方向所引的直线，数学中所说的直线是没有端点的，因此可以顺向和反向延长。

教师示范力臂的画法，作力臂的过程可以简单的说成“找点、画线、作垂”。

【设计意图】会分析杠杆的力臂对杠杆平衡条件、杠杆动态平衡分析都非常重要。规范学生正确做力臂也是教学难点。在教学过程中，教师用更简洁的语言让学生明确作力臂的几个步骤，这样有利于学生深刻理解力臂作法。

6. 课堂练习，及时巩固

让学生练习力臂的作图，在作图过程中强调动力、阻力必须是作用在杠杆上的，力臂必须过支点。其中一个练习是用已知动力臂作动力，培养学生的逆向思维能力。

四、教学反思

“杠杆”是初中科学教学中的一个重要概念，它与压强、密度、浮力等知识点均有十分密切的联系。教师在处理教材、组织教学的过程中有很多亮点，体现了学科核心素养的培养要求。

“核心素养”不是直接由教师教出来的，而是在问题情境中借助问题解决的实践培养起来的。本节课中，教师从基础建设中用到的塔吊、挖掘机引入杠杆课题，注意由“抽象知识”转向“具体情境”，注重营造学习情境的真实性。另外，教师还讲到杆秤、开瓶器、跷跷板等，通过自制杆秤探究杠杆的要素，注重科学与实际生活的联系。

教师给予学生更多的小组合作机会，通过小组讨论得出优化实验设计的方案，通过小组合作完成实验数据采集，交流形成探究结论。让学生在探究过程中经历精彩的信息处理过程：问题的设定、假设的建立、验证计划、验证过程、结论的琢磨等。通过这样的探究过程，培养学生解决问题的能力。

教师还通过自制教具，将力臂的理解转化为实验的观察、分析，加深学生对力臂的理解。科学教学不能只重视学生对概念规律的记忆，还要注重科学本质的呈现，以免学生对科学本质的理解产生偏差。教师在教学中归纳“力臂是支点到力的作用线的距离，可以简称为“点到线”的距离，点就是支点，线就是力的作用线。力的作用线是指通过力的作用点沿力的方向所引的直线，数学中所说的直线是没有端点的，因此可以顺向和反向延长”。然后引导学生作好力臂后检查画出的力臂有没有过支点、有没有和动力或阻力所在的直线垂直，达到自我诊断的目的，从而突破“作力臂”这一教学难点。

在大力倡导以学科核心素养指导教学的理念下，要求教师在日常教学过程中要做到：尽可能让学生明确学习目标;尽可能让学生发现学科知识;尽可能让学生先提教学问题;尽可能让学生领悟学习方法;尽可能让学生探究疑难问题;尽可能让学生评价教学得失，这些都是科学探究的精神体现。而科学教学的本质就是培养学生对科学真谛的崇高信仰和对科学之谜的无限遐想，其关键在于在教学过程中使学生常怀好奇之心、常备探究之意和常有感悟之乐，其目的是不仅要让学生掌握丰富的理论知识，更重要的是要培养他们敢于探索、勇于创新的精神，不仅要把学生培养成为新现象、新问题、新规律的发现者，更重要的是培养学生成为一个敢于尝试、勇于挑战失败的实践者和乐于思考、善于总结的探究者。

在上述“杠杆”的教学案例中，教师很好地运用了以核心素养指导教学的理念，并在教学过程中时刻凸显出科学探究，以科学探究为支点，以巧妙的课堂设计为杠杆，对培养学生的科学学科核心素养做了一次十分有意义的探索和尝试。

参考文献：

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