基于“二力平衡”教学实践的思辨与优化

杨涛 江苏省徐州市西苑中学

作为国家层面“规范课程实施、引领教学方向”的纲领性文件，《义务教育课程方案（2022年版）》和《义务教育物理课程标准（2022年版）》于2022年4月正式发布，开启了“以人为本，素养导向”的基础教育课程改革。自此，研学2022 年版课标新理念、新变化、新要求，以及探索如何在教育教学实践中落实，成为广大教育工作者最为关心的事。笔者借市优质课展评活动的契机，以《义务教育物理课程标准（2022年版）》“落实课程育人价值，发展学生核心素养”［1-2］的基本理念为指引，采取“巧用生活素材”“融入科技发展”“自制教学用具”“回归生命自然”等策略，在“优化课题导入”“促进观念形成”“落实科学探究”“实现主题升华”等教学环节，对“二力平衡”的常态课教学进行辩证思考，进而有针对性地改进，以充分发挥实践活动的育人功能，切实提升学生的物理课程核心素养。

一、巧用生活素材优化课题导入

（一）常见导入

结合教学经验、梳理相关文献与视频资料发现，因各地区的教材版本不同、各版本教材对知识的组织顺序、呈现方式有差别，“二力平衡”课题的常见导入方式主要包括以下三种：1.复习式导入；2.活动式导入；3.图片或视频呈现式导入。其中，复习式导入，以学生回顾“牛顿第一定律”的内容最为普遍；活动式导入的常见做法主要有立鸡蛋、立长杆、立易拉罐、立平衡鸟等；而图片或视频呈现式导入，主要是以教材图片展示或者观看类似人体悬空魔术表演为主。

复习式导入注重知识的联结，关注学生的最近发展区，能够有效缩短学生与新知的距离，让学生以自然而然的状态进入新知的学习，也有助于教师探明学习进阶的起点，但这种方式很难瞬间激活学生的认知情绪，可能会让课堂流于平淡。活动式导入注重学生的体验与学习兴趣的激发，能够快速吸引学生的有意注意，建构认知冲突、形成认知需求，但前提是活动设计与课题的契合度要高，要适切学生的认知发展规律，更重要的是问题设计要符合学生的思维逻辑，能够引领学生思维进阶。图片或视频呈现式导入，能够给学生以强烈的感官冲击，在较短时间内，丰富学生的间接经验，但学生没有亲身体验，真实感的缺失将导致学生的心理认同感不强，难以实现同频共振。由此可见，不同方式的课题导入各有利弊，无所谓绝对的优劣，如何选择应视具体课题而定、视学情目标而定、视教学资源而定、视实际效果而定。

（二）全新尝试

以苏科版物理教材为例［3］，“二力平衡”教学的首要目标是让学生认识物体的平衡状态、形成平衡观念。但是基于对常见导入活动的观摩与深入思考后发现，其中存在三个典型问题：1.课题引入不够直接，学生感受到的不是“平衡”与“不平衡”，而是“倒与不倒”，而且思维缺乏延续性，为了引入而引入，出现的典型导语是“学完本节内容，我们将能够明白，所以下面我们就一起来......”；2.导入活动只能激发兴趣，无法有效引发学生的思维冲突，很难让学生自然生成疑问，从而产生学习的内在动机以及继续探究的愿望；3.课题导入都是让学生以旁观者的身份，感受或维持第三方的平衡，没有让学生以自己为对象，在平衡与失衡中获得最深刻的体验。

鉴于以上分析，依据具身认知理论，笔者以“学生本人”为体验主体，精选生活素材，密切知识与自我的意义关联，设计并实践了如表1所示的三种活动式导入，均取得了满意的教学效果：课堂瞬间被点燃，学生极感兴趣，参与热情很高；更重要的是，在具身体验平衡与非平衡的过程中，脑海中的“平衡”一词被自然唤醒，思维生成对于“平衡”的疑问—什么是平衡？怎样保持平衡？平衡在什么情况下会被打破？只有学生心生疑问，认知心理出现不平衡时，教师有针对性的引导才能够顺理成章、行之有效，学生的思维才能连贯深入、拾级而上。但正如上文所述，课题导入情境的创设要视实际情况而定，在契合主题的前提下，还应该综合考虑安全性、趣味性、实操性、竞争性、学生的参与度以及与教材内容的关联度等因素，因此笔者最终在优质课展评活动中选择了如表1所示的方案二。

表1 课题导入活动方案设计

二、融入科技发展促近观念形成

（一）教学现状

目前除了教科版，其他版本教材呈现的课题导图，均为物体受两个力或者四个力的情况。因此，不少教师受教材影响，另外也是图省事，担心力太多了，学生分析起来困难，会耽误教学时间，于是课堂上只呈现受到两个力的物体。当然，这种处理方式有凸显“二力平衡”主题的作用，但是却无益于学生以完整的视角形成平衡观念。

毕竟真实世界中的物体，受力情况可能非常复杂，仅从数量上来说，无论是两个力还是四个力，都是偶数个，这样难免会在无意中给学生造成误导：物体在偶数个力的作用下才能平衡，因为偶数个力，作用效果才能相互抵消。这样便形成了错误的观念，对以后进入高中，研究“共点力平衡”问题将产生负迁移，也违背了2022 年版课标中“加强学段衔接［1］”的具体要求。另外，在实际教学中，很多教师往往直接告诉学生物体的平衡状态，且只举例平衡状态的物体，却不提“非平衡状态”的事例，这如何能让学生深入理解平衡状态。并在思维对比中，形成正确的物理观念。

（二）应然变革

基于上述思考，在课题导入活动结束以后、学生产生了“什么是平衡？”的疑问之际，笔者以水平桌面上“保持静止”的茶杯为例，通过问题引导，让学生先自主提炼出“速度（大小和方向）不变?运动状态不变?平衡状态”这一逻辑，再用多媒体展示如图1所示的一组图片，既有二力作用下的平衡，也有三力甚至四力作用下的平衡，为学生后续认识平衡力做铺垫。让学生应用上述逻辑，对图片中所涉及的物体进行判断，再尝试对这些物体进行分类，认识物体的静态平衡与动态平衡。

在此基础上，向学生呈现一组能够体现“中国速度”的高清美图，如图2 所示，让学生直接思考并解释，这些物体是否处于平衡状态？促使学生更好地理解并形成“因为运动状态不变，所以物体平衡；由于物体平衡，因此运动状态不变”的观念。让学生在感受美、欣赏美的同时，于潜移默化中，渗透STSE理念，落实爱国思政教育，弘扬家国情怀，增强民族自豪感。

图2 非平衡状态的物体

三、自制教学用具落实科学探究

（一）常规方案

对比现行义务教育各个版本物理教材中“探究二力平衡的条件”的实验，其中4 个版本设定的研究对象是“轻质卡片（硬纸板）”，如图3、4所示；另外3个版本以“小车”为研究对象，如图5所示。虽然研究对象有所区别，但本质上“实验研究思想与实验操作逻辑”是高度一致的，均暗含“突出主要因素，忽略次要因素，建立理想模型”的思想，都属于“逐次破坏平衡条件，观察物体瞬时运动状态”的验证性实验，而且操作简单、现象明显，很容易得出想要的结论。正因为如此，对于本节实验教学的处理，反而更具挑战性。因为比得出结论更重要的是：怎样帮助学生领会实验所暗含的研究思想，提升学生自主设计实验方案、解决问题的能力，发展学生的科学思维。

图3 苏科版教材方案

图4 北师大版教材方案

图5 沪粤版教材方案

另外，从教学实践层面分析，针对如图3所示的方案，教师常用两个铁架台搭建支架，并在支架上悬挂“全封闭式”滑轮，以此进行教师演示或者学生分组实验。在实际教学中，主要存在三个问题：1.由于两个铁架台之间要拉开一定距离，因此当钩码较重时，两侧滑轮会倾斜，铁架台也容易翻倒；2.在验证两个力需不需要满足方向相反的条件时，得将一侧挂有钩码的细线绕过滑轮移至另一侧，此时“全封闭式”的滑轮对于这一操作很不友好；3.器材数量多，加上钩码，携带、整理很不方便。而图4所示的方案，纸板运动时容易与长木板之间产生摩擦，且不方便实施旋转纸板的操作。最为重要的是，所有版本的教材方案，都是基于“保持静止”这一静态平衡的，然而物体的平衡状态还有“匀速直线运动”，但是这种情况却被忽略了。

（二）自制教具

综合以上考虑，并充分借鉴各版本教材实验方案的优势，决定让学生先经历“滑块→小车→轻质卡片”等方案的逐步优化过程，体会苏科教材方案的设计意图、显化实验研究思想。再以“实心铝条、方形老虎夹、半开放式滑轮、固定螺丝”等廉价易得的材料，研制了如图6 所示的实验装置，其具备结构紧凑、精巧便携、拆装简便、稳定性极好等优点。只要拧紧螺丝，将其固定在桌边，非常适合学生进行分组实验。

图6 自制教学具

另外，在研究对象的选取上，笔者在教学实践中也做了一番细致的对比研究：日常教学，常以扑克牌作为硬纸片，轻质条件已经能够满足，但扑克牌的硬度较低，旋转时容易变形，尤其是当纸牌被学生的手汗浸湿以后。而且当纸牌不再平衡，加速向一侧运动时，经不住与滑轮的撞击。因此，本实验的研究对象必须既要轻质还要强度过硬最好还能不吸水。最终，笔者想到可以使用废弃的面包卡、商超购物卡、学习积分卡等作为研究对象，满足实验需求的同时，实现变废为宝，提升器材的可重复使用率。

该自制教学具的另外一大优点是，能与朗威DisLab 数字实验系统中的“摩擦力实验器”装置进行模块化组合，以实现近似匀速直线运动下“二力平衡”的模拟演示，如图7所示。只要将该教学具用螺丝固定在“摩擦力实验器”的滑块上，借助“摩擦力实验器”上的电动装置，带着卡片一起做近似匀速直线运动，会发现卡片的运动状态不发生改变。在此过程中，教师在与卡片当前运动方向相反的一侧钩码上，吸附一块磁铁，学生将会发现卡片立即失去原动态平衡。这一突变，会给学生留下极其深刻的印象。

图7 装置模块化组合

最后，在观念的应用环节中，先用演示测力计，在静态平衡下测量钩码的重力大小。再借助“摩擦力演示器”拉着演示测力计与钩码这一整体，沿着竖直方向做近似匀速直线运动，如图8 所示，让学生真实观察到两次实验测力计的示数是相等的。在此基础上，让学生解释其中的原因，进一步思考如果让测力计与钩码沿着斜方向做匀速直线运动，测力计的示数是否改变？至此，“探究二力平衡的条件”的实验才算相对完整，所得结论才算相对可靠，学生形成的物理观念，才初步具备可迁移的生命力。

图8 动态平衡测重力

四、回归生命自然实现主题升华

（一）问题意义

中学物理育人价值的落实要在教育教学中追求科学与人文的融合、求真与求善的统一［4］，但是在物理常态课教学中，很少有对教学主题的情感升华与人文关联。即便是在展示课中，教师在进行主题升华的教育表达时，也常常表现得不够自然，生硬别扭极难为情。不可否认的是，有效的主题升华教育，不仅能够丰富知识的情感意义、明确知识应用的价值取向，还能够提升学生看待事物的精神境界，帮助学生形成正确的世界观、人生观、价值观，使得个体生命愈发和谐统一、日趋丰盈。

（二）实践体会

“就在老师焦头烂额、精心准备这节课的过程中，脑海中突然浮现逛徐州市动物园时，夕阳下丹顶鹤单脚站立的画面。那一刻，我欣喜地发现，我能从物理学的视角感受到自然的平衡之美，也能用物理思维考量世界，并忽然领悟了‘从生活走向物理，从物理走向社会’的深刻含义”。这是笔者在备课过程中的真切感受，也是本节课不同寻常的结束语。在话音落下的刹那，配合着课件上的三行文字——“物理学，赋予我们感受自然平衡之美的能力，同时给予我们理解生活的无穷智慧”。教室里突然不约而同地响起雷鸣般的掌声。那一瞬间的触动，也许给出了实现教学主题情感升华教育的最好方法“从心出发，真诚表达，先感染自己，再熏陶学生”。