基于科学思维能力培养的高中物理教材解读与教学设计
——以“重力与弹力”教学为例

2021-02-18 03:31
物理之友 2021年12期
关键词:弹力新教材重力

郭 颖

(江苏省南京市中华中学,江苏 南京 210019)

《普通高中物理课程标准(2017年版)》是我国新一轮高中物理教学改革的指导性文件,它凝练了物理学科核心素养,为教材编写、考试评价和教学实施指明了方向。物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。

培养学生的科学思维能力是物理课堂教学设计的核心目标,面对新教材,我们应充分挖掘其内在价值,寻找其在内容、结构、方法等方面的变化,弄清教材的编写意图。笔者以“重力与弹力”为例,通过解读教材、教学设计和教学实施,切实培养学生的科学思维能力。

1 基于科学思维能力培养的教材解读

1.1 人教版教材的变化

人教版新教材的每一节的结构大致相同,都是由问题引入,创设情境进行理论(或实验)探究,得出结论,再应用结论去解决问题。关于“重力与弹力”的内容,新旧教材的变化如表1所示。

表1

1.2 新教材的编写意图

(1) 在顺序上作了调整。新教材编写者根据学情,突出以学生为学习主体的理念。学生在初中已学过力的概念以及重力、弹力等内容,课题引入采用问题串形式,既回顾了旧知识,又为新知识的学习作了铺垫。而力的图示是新知识,对画图要求较高,放在后面较妥。

(2) 在内容上作了增删。四种相互作用概念太大,不适合放在此处,新教材果断做了取舍,干净利落。旧教材中重力这节内容太少,又要自然过渡到弹力,所以新教材就把重力和弹力放在一节。胡克定律实验虽难度不大,但探究性较强,所以新教材根据课程标准的要求增加了这个学生实验。

(3) 在习题上作了优化。新教材增加了开放性习题,以培养学生的发散思维。如书后练习第5题:你还能想到什么方法来观察微小形变?画图说明;新教材还增加了设计类习题,以培养学生的知识应用和创新能力,如书后练习第7题:设计自动冲水装置。

2 基于科学思维能力培养的教学设计

2.1 玩具引入,思考与“重心”有关的概念

演示“饮水鸟”玩具(图1),把鸟的头部用水浸湿,观察它的运动。

图1

师:鸟为什么能够不停地低头饮水、又抬起头呢?通过这节课的学习,我们来解密。

设计意图:让“重心”成为贯穿本节课始终的主线,“重心”这个概念是本课的难点。化解难点的办法之一,是通过创设情境激发学生的兴趣,从感性的观察引发理性的思考。接着引导学生解密,呼应开头,激发学生的学习热情。最后让学生设计自动冲水装置,培养其知识应用和创新能力。

2.2 回顾旧知,复习力和重力的概念

师:在初中学习过力的概念,咱们来回顾一下,什么叫力?

生:物体对物体的作用。

师:上述两个物体分别叫什么物体?

生:一个是施力物体,另一个是受力物体。

师:力的作用效果有哪些?

生:使物体发生形变,改变物体的运动状态。

师:你们学过哪些力?

生:重力、弹力、摩擦力…

师:对力需要分类,可从力的性质、作用效果角度进行。我们从性质上按顺序逐一进行探讨。先看重力,它是怎么定义的?它的大小、方向如何确定?

学生回答问题,教师用PPT同步展示。

设计意图:以问题串形式,层层深入,开拓学生的思维。复习的虽是“旧知识”,但只要有“新视角”,就可以激起学生学习的欲望,加深思维的深刻性。同时,学生觉得初中学的知识很有用,了解其在整个知识板块中的关联,由此产生的“掌控感”可以激发其内在学习动力。

2.3 实验探究:用悬挂法等寻找物体的重心

师:重力的作用点叫什么?

生:重心。

教材以长杆为例,利用示意图进行讲授。长杆的各部分均受重力作用,运用等效方法,可认为长杆所受重力集中于一点。

教师出示质量分布均匀、形状规则的物体。

师:如何确定它的重心位置?

生:在几何中心。

教师出示圆环。

师:如何确定它的重心位置?

生:在圆心处。

师:重心一定在物体上吗?

生:不一定。

教师出示形状不规则的薄木板。

师:如何确定它的重心位置?

生:可用悬挂法。

师:该方法运用的原理是什么?

生:二力平衡。

教师出示图片:手托椅子静止。

师:如何确定椅子的重心位置?

生:用支撑法。

师:其原理是什么?

生:二力平衡。

师:重心在过支撑点的竖直线上。如果重心偏离这个竖直线,结果会怎样?

生:椅子会发生转动、翻倒。

设计意图:物理概念的建构是循序渐进的,必须经过多次循环,才能实现最终的同化。在寻找形状不规则物体重心位置的过程中,基于科学思维培养的要求,以实验为基础,通过二次悬挂,学生逐步印证自己的猜想。既加深了对物理概念的理解,又提升了科学思维能力。

2.4 构建模型,科学推理

师:如何解释饮水鸟低头饮水、抬头的原理?

生:开始时饮水鸟内乙醚沿玻璃管上升,重心升高到一定高度时饮水鸟发生倾倒而低头饮水,此后玻璃管内乙醚又流回尾部,饮水鸟抬起头,产生连续动作,其原理是重心位置发生变化和杠杆平衡条件。

师生总结:重心位置一般会随着形状或质量分布的变化而变化。

教师出示书后练习第7题:设计一个自动冲水装置。

让学生分组讨论,交流设计思路。学生积极上台展示,结合示意图说明自动冲水装置的结构和原理,富有创意。

设计意图:呼应开头,解密饮水鸟饮水原理;学以致用,设计自动冲水装置。模型建构是在对客观事物进行抽象和概括的基础上,抓住关键因素、构建能反映其本质特征的理想模型的科学抽象过程。科学推理是基于经验事实建构物理概念、发现物理规律的过程,是发展科学思维的重要途经。在真实情境下,学生经过科学推理,他们运用恰当的物理模型解决实际问题的能力会有所提升。

2.5 运用科学思维方法,引出弹力概念

教师展示常见的形变图片,引导学生观察,归纳总结形变的种类,提出将微小形变放大的方法,进而引出弹力概念的定义、产生条件和方向。

设计意图:从观察现象、提出问题到分析问题再到解决问题,科学思维是灵魂,在弹力概念的构建过程中,学生运用了分析、归纳等思维方法。

3 基于科学思维能力培养的教学反思

3.1 教学设计要基于教材解读指向教学达成

好的教学设计依赖于准确的教材解读,教师把握了教材编写意图,就可以选择高效的策略实施教学。教材编写者用心良苦,一线教师应认真钻研、用好新教材。因为有开课任务,笔者仔细研读新课标和新教材,经反复推敲,最终从书后习题中找到了灵感,顿悟了新教材的意图,才有了本节课的教学设计。

3.2 课堂教学要基于真实问题,提升学生的科学思维能力

物理教学的目的是要增长学生的智慧,集中体现在对科学思维方法的领悟和运用上。笔者将学生思维上的经历和体验贯穿教学始终,在设计中花心思、做调整。开头的科学玩具一下子吸引了学生的注意力,在接下来的知识回顾环节学生非常专注,在创新设计环节更是创意连连,在上完课的第二天,还有学生汇报新想法。笔者对学生的积极表现予以肯定,他们也明白了科技创新需要借助团队的力量。

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