基于任务驱动的初中物理深度学习<br/>——以“力弹力”教学为例

基于任务驱动的初中物理深度学习
——以“力弹力”教学为例

2022-10-08李伟

物理之友 2022年8期

李伟

(1.江苏省南京市江北新区玉带实验学校，江苏南京 210001；)2.南京物理教师成长共同体，江苏南京 210011)

学生的学习过程是思维能力提升的过程，如果教学中没有学生思维的积极投入，学生只是被动接受知识，这种灌输、填鸭式的教学培养出来的学生思维具有极强的惰性，只知“嗟来食”却不知主动“觅食”。为使学生的思维真正发生、发展，必须遵循学生思维逻辑顺序，即所谓的“链式思维”，它发源于问题，聚焦于推理，显化于过程，这样才能提升学生的核心素养。

初中物理深度学习是在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与，以生活真实情境和物理实验为载体进行探究活动，形成物理观念，运用模型建构与推理论证等思维方法，解决问题，体验成功，在物理学科核心素养方面获得提升，使学生成为具有创新精神和实践能力的学习者。

利用任务驱动，让学生在动手实践中获得体验，在问题解决的过程中层层递进，逐步进阶，自主获取知识，提高思维能力。教学设计要在核心素养理念指导下，做到“引起”“维持”“促进”，真正提升学生的思维能力，其教学流程如图1所示。

图1

1 用好章导图，设计问题链，引入新课

师：请同学们浏览教材的章导图(图2)，图中最能引起你关注的是哪几个词？

图2

生1：运动。

生2：物体。

生3：相互作用。

生4：力。

师：宇宙中的天体、地球上的空气、水以及动物和人，乃至微观粒子，它们的运动变化都离不开一种作用，这种作用是什么？就是力(在黑板中央写一个大大的“力”字，聚焦本节课主题)。

设计意图：通过提出开放性问题，把章标题“第八章力”及节标题等展示给学生，无论学生关注其中的哪几个词，都将给接下来的教学过程带来不同侧重、不同指向的开端，在此基础上自然提出不同的任务来驱动接下来的深度学习。

活动一：同桌之间掰手腕

师：掰手腕时有什么感觉？感受到力的存在了吗？

生：手很酸，费劲。

师：生活中我们常常通过肌肉紧张感知力的存在，大家对力都不陌生，你能否举出更多例子说明力的存在？

学生纷纷发言，说出生活中存在力的实例，教师板书。

人推门

手拉物体

手压桌子

运动员举杠铃

脚踢球

人擦黑板

手托课本

锤砸石头

狗咬球

磁体吸引铁

电荷排斥电荷

师：同学们对力的例子知道很多，对力有一定的认识。上述这些实例中有哪些共同之处？有哪些不同之处？

生1：左右两边都是人或者动物，也可以是物体。

生2：中间是不同的动词，如推、拉、举、压、托、踢、撞、摩、擦、引、吸、斥、咬、砸……

师：请试着将上述各不相同的动词进行归纳，用什么表述呢？

生：作用。

师：这些动词都表示“作用”，现在你们能表述什么是力吗？

生：力是物体对物体的作用。

接着介绍力的符号(F)、单位(N)，用手托起2个鸡蛋的力约为1 N，每组有两只煮熟的鸡蛋，让学生体验1 N的力。

设计意图：通过掰手腕感知力的存在，让学生列举力存在的实例，引导学生归纳得出力的概念，紧接着介绍力的符号和单位，体验1 N力的大小。初中生已有一定生活经验，对新事物充满好奇，探索未知领域的欲望强烈。利用身边的物品现场体验，可使学生认识到生活中处处有物理。

2 真实情境，丰富体验，任务驱动

活动二：拉一拉，压一压

师：请同学们用橡皮筋、弹簧、气球等器材动手操作，改变它们的形状，拉一拉、压一压(图3)，使物体发生弹性形变的同时，你的手有什么感觉？

图3

生：感觉受到力的作用。

师：力能使物体发生形变，物体发生形变能不能产生力呢？

生：感觉到橡皮筋对手有拉力，气球对手有压力。

教：谁施加了力？方向如何？

生：橡皮筋、弹簧、气球等对手施加了力，力的方向与这些物体发生形变的方向相反。

教师总结并板书：物理学上把物体由于弹性形变而产生的力叫作弹力。

活动三：比一比，谁的力气大

请力气大的同学上台演示，他费力地将弹簧拉力器拉开，此时老师鼓励该同学将弹簧拉力器拉得更开一些，并追问他此时的感受，这说明了什么？

生1：拉得越长，就越费力，越累。

生2：形变越大，需要的力就越大。

师：这个力就是弹力，有什么特点？

生：弹簧弹性形变越大，弹簧对手的拉力越大。

师：由此可见，物体发生的弹性形变越大，物体产生的弹力也越大。

设计意图：利用身边的物品感知弹性形变，感受弹力的存在，用学生熟悉的弹簧拉力器创设真实物理情境，让学生感受弹力的大小，认识到力能使物体发生弹性形变，发生弹性形变的物体能产生弹力，感知弹力大小与弹性形变大小有关，通过问题引出“探究弹性形变程度与弹力大小关系”的课题。

3 任务引领，进入主题，自主探究

活动四：探究弹簧的伸长量与外力大小关系

师：弹簧的伸长量与外力有什么关系呢？你打算如何探究？需要什么帮助？

生1：我不知道具体力的大小如何表示。

生2：怎么标记？

师：测量就是用公认的标准与被测量的量进行比较，前提是选好公认的标准，如何确定这个标准呢？挂1只50 g钩码，弹簧受到的拉力约为0.5 N。

教师介绍实验的器材(图4)，学生2人一组进行实验。

图4

师：怎样标注弹簧伸长量？

学生讨论后回答：可以先不挂任何钩码，这时指针位置标注为0 N,挂一只钩码，标注0.5 N，依次类推。

教师提示:标注时应该确定标准和起始位置，每次都用红色指针所指的位置为标注点，可以将不同颜色的橡皮筋绑在支架上标注相应位置。

学生进行实验，教师巡视指导，大部分学生完成实验后展示。

师：请大家观察你们的作品，标注好的刻度有什么特点？

生：刻度分布比较均匀。

教师：猜想一下弹簧伸长量与外力大小可能有什么关系？

生：弹簧伸长量与外力大小成正比。

师：你们得出这样的结论依据是什么？

学生：弹簧伸长量随着拉力均匀增加而均匀增加。

教师接着演示，6个相同的弹簧以相等间距挂在铁架上，从左到右依次挂上0、1、2、3、4、5只50 g的钩码(图5)。

图5

师：观察图5中弹簧下端红色指针的位置，你能得到什么信息？

生1：所挂钩码只数越多，弹簧的长度就越长。

生2：似乎红色指针在同一倾斜的直线上。

师：如果以最左边弹簧的下端为原点建立坐标轴，x轴代表弹簧所受拉力的大小(图6)，y轴可以代表哪个物理量？

图6

生：挂钩码后弹簧的长度减去弹簧的原长就可以得到弹簧的伸长量，竖直方向以原长为起点就代表弹簧的伸长量。

师：继续观察钩码的位置，6个弹簧的下端在排布上有什么规律？弹簧的伸长量与拉力大小可能存在什么关系？将图6旋转90°(图7)，弹簧的伸长量与拉力大小可能存在什么关系？

图7

生：二者成正比！因为这个图线是经过原点的直线，是正比例函数图线。

师：弹簧的伸长量与所受外力大小成正比，那么弹簧上能无限地挂钩码吗？理由是什么？

生1：不能，支架不够高，弹簧伸长到一定程度就碰到地面了。

师：你们认可他的观点吗？

生2：我不赞成，可以把支架放高一点，就算支架很高，超过一定范围弹簧就变成铁丝了，不能恢复原来形状了。

师：弹簧发生弹性形变有一个范围叫作弹性限度，超过弹性限度，弹簧就发生范性形变了，所以不能超过弹性限度。那么刚才的结论应该如何修正才能变得更加科学？

生：在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长量与所受外力大小成正比。

设计意图：在探究弹簧的伸长量与外力关系的过程中，通过希沃同屏所拍摄的照片，引导学生猜想伸长量与外力的定量关系，通过描点、绘图，验证学生猜想，体会数形结合方法的重要作用。

4 自制弹簧测力计，在使用中逐步完善，培养创新思维

活动五：自制弹簧测力计

师：前面已经知道用手托起两个鸡蛋的力约为1 N，具体是多大呢？你们能利用所学知识自制一个弹簧测力计来测量托起2个鸡蛋的力到底是多大吗？刚才同学们已经利用手边器材盒里的钩码给弹簧标注刻度了，这样就制成了一个测量力的装置，其主要结构是弹簧，这个装置叫作弹簧测力计。观察你自己制作的弹簧测力计的量程和分度值，用手拉一拉，体验拉力为1 N、3 N时手的感受，再用你自制的弹簧测力计测量两只鸡蛋拉弹簧的力是多少牛顿。

学生分组测量并尝试读数，教师巡视指导，拍照投影在大屏幕上。

师：你们发现了什么？这个力具体是多大？

生：指针并不恰好在刻度线上，无法准确读数。

师：指针位置并不恰好在标线处怎么办？

生：可以将弹簧测力两个刻度之间的间隔均分，提高它的精确度。我们可以进一步将1 N分成10等分，那么分度值就变成了0.1 N。

师：除了这个问题，你们还发现有哪些可以改进的地方？

学生交流讨论后汇报，并针对自制弹簧测力计不足之处提出改进建议。

生1：弹簧没有固定，容易掉下来。

生2：弹簧与支架间有摩擦。

生3：弹簧测力计量程只有3 N，不太实用。

生4：只能测量竖直方向的拉力。

师：请同学们拿出弹簧测力计，对比你们自制的测力计，看看还有什么不同之处？