例談基于物理核心素養提升的習題課教學
——共點力平衡問題的教學片段

李 祥

(江陰長涇中學,江蘇 江陰 214411)

例談基于物理核心素養提升的習題課教學
——共點力平衡問題的教學片段

李 祥

(江陰長涇中學,江蘇 江陰 214411)

近來關于提升學生核心素養的教育思想漸漸為大多數教師認可，并在平時的教學過程中不斷嘗試.本文是在提升學生物理核心素養這個目標指導下，筆者對一節高三一輪復習的習題課——共點力平衡問題的思考和做法,通過具體的內容和操作來體現物理核心素養的培養.

物理核心素養;習題課;共點力平衡;教學案例

物理教學的價值應該是提升學生的物理學核心素養.物理核心素養的關鍵要素包括“物理觀念與應用”、“科學思維與創新”、“科學探究與交流”、“科學態度與責任”4個方面.“物理觀念與應用”是指對物理學科發展中核心概念和規律的理解與應用;“科學思維與創新”是指了解并掌握研究問題的思想和方法;“科學探究與交流”是指解決問題的意識和能力;“科學態度與責任”是指對科學研究的熱情和實事求是的態度.這些要素如何在物理教學中得到體現便是一線教師所要面對的課題.本文筆者通過對一節習題課的教學來談談想法和做法.

這節習題課屬于高三一輪復習共點力的平衡這個專題.筆者圍繞一個模型進行遷移變化,在解題的過程中以求達到提升學生物理核心素養的目的.

圖1

例題.如圖1所示,一根不可伸長的細繩的兩端分別固定在L型支架上的A、B點,一光滑的小滑輪放置在細繩上,滑輪下面掛著質量為m的重物,若只將細繩的A端緩慢向上移動一小段距離,則移動過程中

(A) 細繩所受拉力保持不變.

(B) 細繩所受拉力逐漸增大.

(C) 細繩所受拉力逐漸減小.

(D) 細繩與豎直方向的夾角α和β都減小.

圖2

圖3

解析:此題的難點在于學生難以把握細繩的A端緩慢向上移動一小段距離的過程中繩子夾角的變化情況.無法確定夾角的變化就無法采用圖解法或者函數解析法.此時最好的方法、最直接的方法也是最讓人信服的方法就是——實驗法.于是筆者設計了一個簡易的裝置(如圖2).通過實驗我們可以清楚地看到在A端緩慢向上移動的過程中,左側的細繩沒有動,右側的細繩向上平移但不改變張角.然后利用力的傳感器將力的大小通過數字化信息系統在計算機上顯示出來,數據直接顯示拉力是不變的(如圖3).在教學過程中我們可以輔助理論的分析,讓學生體會實驗與理論相結合的思想,讓學生感受實驗和理論完美吻合是多么的美妙.我們可以充分利用這個裝置來將以前 “紙上談兵”的題目以遷移的形式呈現,然后通過實驗直觀地感受各個物理量的變化.但我們必須意識到實驗法只能幫助我們觀察變化,最終做題還是要靠解析法.

在例題的基礎上我們可以通過改變動作來遷移出新的題目:

遷移1:在上面的例題中如果只將細繩的B端緩慢向左移動一小段距離,則移動過程中

(A) 細繩所受拉力保持不變.

(B) 細繩所受拉力逐漸增大.

(C) 細繩所受拉力逐漸減小.

(D) 細繩與豎直方向的夾角α和β都增大.

解析:此題可以先通過現成的實驗裝置進行模擬實驗從而得到結果,再讓學生通過圖解法或者函數解析法來解決.

遷移2:如果只將L型支架逆時針緩慢旋轉90°,則移動過程中

(A) 細繩所受拉力保持不變.

(B) 細繩與豎直方向的夾角α和β都減小.

(C) 細繩所受拉力先增大后減小.

(D) 細繩與豎直方向的夾角α和β都先增大再減小.

圖4

解析:此題是筆者原創,是問題遷移的必然產物.此題也可以先通過現成的實驗裝置進行模擬實驗從而得到結果.用解析法解決比較困難,需要用到轉換的思想,變支架的旋轉為繩子的旋轉,另外還需要了解橢圓的相關知識.我們可以通過PPT的動畫演示來輔助教學(截圖如圖4).在解題的過程中我們不斷發現困難并想方設法克服困難,從中開拓眼界、提升能力.另外我們也體會到多種手段和技巧的配合使用能更好地解決問題.

下面圍繞核心素養的4個要素來談談教學過程中是如何提升學生核心素養的.

1 物理觀念與應用

“物理觀念與應用”是從物理學視角形成的關于物質、運動、能量和相互作用的基本認識;是物理概念和規律等在頭腦中的提煉和升華;是運用物理知識和方法解釋自然現象和解決實際問題的能力.在本節課中需要學生對相互作用有基本的認識和解決問題的能力,需要知道重力和彈力的概念以及橢圓的基本知識，會受力分析，能運用力的合成和分解以及動態平衡的處理方法，掌握平行四邊形定則.學習和運用這些知識的過程就是提升核心素養的過程.

2 科學思維與創新

“科學思維與創新”是從科學視角對客觀事物本質屬性、內在規律及相互關系的認識,是分析綜合、抽象概括、推理論證等科學思維方法的內化;是基于事實證據和科學推理對已有觀點或結論進行質疑、批判,并提出創造性見解的能力和品質.在本節課中可以強化學生對共點力平衡中的繩子模型的認識和解決能力從而提升學生建構物理模型的意識和能力.在解題過程中培養學生使用不同的思維方法從定性和定量兩個方面進行科學推理,找出規律并形成結論.在遷移2中需要用到轉換的思想(對于學生算是一種創新的要求),變支架的旋轉為繩子的旋轉從而再借助橢圓的知識來解決問題.回看這兩個遷移其實也是在培養學生舉一反三的意識和能力,讓學生養成在今后能夠自發地遷移、積極地考慮問題的多樣性和復雜性,這正是科學的思維與創新.

3 科學探究與交流

“科學探究與交流”是指具有科學探究的意識,能在真實情景中提出科學問題,形成猜想與假設,利用科學方法獲取和處理信息并形成結論.在本節課例題的解決中就需要學生對于繩子夾角的變化提出猜想和假設,再借助幾何知識和物理知識進行證明.當然也可以通過實驗操作得到直接的結論再輔助理論的分析.在遷移2中需要學生探究橢圓的特性,借助幾何知識和物理知識一起解決問題,在教學過程中教師可以借助PPT的動畫來顯示旋轉過程中的變化情況.在題目講解的過程中可以讓學生培養科學探究的意識和發現問題、使用各種科技手段和方法設計科學探究、獲取證據從而解決問題的能力.

2017-02-13)