核心素養理念下探究性教學
——“來自地球的力”教學設計案例2(初中)

陶昌宏

(北京教科院基教研中心物理室 北京 100080)

本人作為北京市特級教師到西部進行支教活動，為當地初二(1)班學生上了一節現場課，當地部分教師進行觀摩.圖1，圖2是現場課的照片.

圖1 學生在聽講

圖2 上課照片

按照本刊第十期的文章《核心素養理念下物理教學設計的探索與實踐》中的體例，現將“來自地球的力”初中現場課所做的教學設計，呈現給讀者，僅供參考，不妥之處，敬請批評指正.

1 設計思想

(1)本節課是一節物理概念課.“來自地球的力”——滬科版教材.一般都稱為重力的一節課.重力是認識力的基礎，認識力和運動關系的基礎，認識相互作用的基礎.

(2)本節課采用講授與探究性教學相結合的教學方式.

(3)確定重力的方向進行新的嘗試.

2 指導思想與理論依據

(1)恩格斯曾說: “單憑觀察所得到的經驗，是絕不能充分證明必然性的.但是必然性的證明是在人類的活動中，在實驗中，在勞動中” (馬克斯恩格斯選集第三卷P550)這段話告訴我們，單憑觀察不能證明必然性.如果教學中連組織學生進行觀察都沒有，則很難建構概念、認識規律.活動、實驗、勞動是獲得知識的方法和源泉.

(2)恩格斯曾說: “我們大家都同意，不論在自然科學或歷史科學的領域中，都必須從既有的事實出發，因而在自然科學中必須從物質的各種實在形式和運動形式出發；因此，在理論自然科學中也不能虛構一些聯系放到事實中去，而是要從事實中發現這些聯系.并且在發現了之后，要盡可能地用經驗去證明”(見馬克思恩格斯選集P470).這段話告訴我們，研究問題，認識規律，都必須從事實出發，在事實中發現聯系、找到因果關系，在實踐中應用，并給予解釋和證明.

(3) 2011年版義務教育物理課程標準中提出,經歷科學探究過程，具有初步的科學探究能力.保持探索科學的興趣與熱情，在認識自然的過程中獲得成就感，能獨立思考、敢于質疑、尊重事實、勇于創新.

課程標注中， 要求我們在教學中要讓學生經歷科學探究的過程.使學生逐步養成獨立思考、敢于質疑、尊重事實的習慣，培養學生創新精神和實踐能力.

(4) 《物理教學的基本特征》教學理論模型，其核心內容:“物理教學要堅持以創設問題情境為切入點，以觀察實驗(事實)為基礎，以培養學生思維能力為核心，以提升學生探究能力為重點的基本特征.” 教學理論模型啟發我們在物理教學中，要將其中的 “情景、實驗、思維、探究”等關鍵詞所表達的內容，進行有效的設計、進行有機的聯系，提升探究能力.

(情況說明: 《物理教學的基本特征》教學理論模型在物理教學雜志已做過連載)

3 教學背景分析

3.1 主要教學內容分析

本節課學習“來自地球的力”是初中學生認識“力”的概念的基礎，認識力學中常見的3種力，重力、彈力和摩擦力的基礎，初步形成力的作用效果的基礎，初步形成力和運動關系的基礎.是聯系自然現象，聯系生活實際，聯系生產實際很好的內容.嘗試對一些自然現象、生活現象、生產現象做出解釋.

3.2 學生在學習相關內容時的一些基本情況

(情況說明:上課之前向當地教師進行咨詢，了解初二學生的一些基本情況.根據多年課堂教學實踐經驗，對學生可能出現的情況做了如下預判和預設)

(1)學生剛剛經歷幾個月物理課程的學習,對物質的形態、運動形式、聲現象、光現象等初步學習了一些科學描述方法.學生樸實、活躍、好動、積極熱情，學習效果在當地是比較好的.

學生對彈簧測力計的使用，有初步嘗試和實踐，對測量力的大小有了一些初步經驗，但實驗動手操作能力薄弱.

(2)學生對自然現象、生活現象關注的比較少，對自然現象的描述和解釋生活現象的能力較弱，學生動手實驗的規范性有待于培養.

(3)學生缺乏設計實驗探究方案的意識和能力，進行實驗探究時會出現操作不規范，目的不明確，動作不協調等情況.實驗探究時比較難控制一些.如果學生實驗探究不順利，可按預案采取其他方式.

3．3 本節課采用的主要教學方式及主要探究內容

本節課主要采用講授與探究性教學相結合的教學方式.組織學生進行分組實驗，探究重力與物體質量之間的關系.

4 教學目標設計

(1)知道重力的產生，認識重力就在身邊；掌握重力的大小、方向和作用點；嘗試用重力、重心概念解釋一些日常生活中的常見現象.

(2)通過具體的實驗現象，觀察力的作用效果；

通過具體的實驗現象，為建立重力概念提供判斷依據；

通過實驗探究得出重力與質量成正比的結論，知道比值的大小；

通過重力方向的確定使學生體會研究方法，知道重力在生活中的應用；

通過重心的學習，使學生看到重心概念是制定交通法規的科學依據；

體驗身體的平衡，使學生覺得學物理有用、學物理有趣；

通過實驗探究重力與質量的關系，培養學生探索的興趣.

(3)教學重點、難點

重點：建立重力概念.

難點：實驗探究重力與質量的關系.

5 教學資源設計

(1)主要器材: 彈簧測力計、鉤碼、鐵架臺、細繩、小球、動力小車、重錘、鋼叉等.

(2)利用上述器材完成學生的分組實驗和教師的演示實驗.

6 教學過程設計

6.1 教學流程圖

教學流程圖如圖3所示.

圖3 教學流程圖

6.2 主要的教學環節

環節一：演示現象 提供判斷依據

開始上課，與學生互動，做3個活動.

活動1：學生觀察繩拴小球所做的圓運動，如圖4所示，并演示松開手后，小球飛出去了.讓學生形成印象，做圓運動的小球，如果不拉著它，就飛出去了.

圖4 繩拴小球圓周運動示意圖

活動2：學生觀察繩拴小車所做的圓運動，如圖5所示，并演示繩不拉著小車，小車跑出去了.讓學生形成印象，做圓運動的小車，如果不拉著它，就跑出去了.

圖5 繩拴小車做圓運動

活動3：老師和學生手拉手做游戲，如圖6所示，讓學生談親身感受，若不使勁拉著就摔倒了，讓學生形成體驗，做圓運動的人，如果不拉著就會摔倒.

通過演示與活動，使學生形成初步印象:

做圓運動的小球，如果繩不拉著它，就飛出去了；

做圓運動的小車，如果繩不拉著它，就跑出去了；

做圓運動的學生，若不使勁拉著，就摔倒了.

圖6 學生體驗

展示圖片：天宮二號升空，如圖7所示.

圖7 天宮二號升空

模擬視頻播放:天宮二號在空中作圓運動，如圖8所示 .

圖8 視頻播放

提出問題：

看到這幅圖，你想到了什么？

讓學生產生聯想，天宮二號做圓運動 也得拉著它，如果不拉著它，它就會飛走了，什么力拉著它呢?

追問，做出這個判斷的依據是什么?

看到事實，根據事實做出邏輯推理，這是物理學的思考.希望同學們逐步學會這樣的思考.

若學生回答順利，一定要鼓勵學生：你們物理能夠學得非常好! 將來有可能成為物理學家呢!

上面的教學環節培養學生以事實為依據的證據意識.

環節二：美麗傳說 引出重力

展示圖片:如圖9所示.

圖9 牛頓傳說

17世紀，英國倫敦發生瘟疫，牛頓從劍橋大學回到家鄉，繼續他的研究.有一天，他在蘋果樹下思考問題，突然一個蘋果落下來，牛頓想，蘋果下落，是地球向下拉蘋果，那么，地球拉蘋果的力與地球拉月亮，以及太陽拉地球的力是不是同一種力呢?為此，牛頓做了深入的研究，最后得出結論: 宇宙間的一切物體都是互相吸引的.

后來人們將牛頓家鄉的蘋果樹移植到劍橋大學三一學院的大門旁邊，牛頓當年就住在這所房子里學習和研究，如圖10所示.

圖10 牛頓舊居

我們把地球對地球表面處物體的引力叫重力.請同學們舉出物體受重力的實例.

展示圖片: 如圖11和圖12所示.

圖11 飛流直下三千尺

圖12 奧運舉重冠軍龍清泉

環節三：確定思路 實驗探究

同學們，關于重力你想研究什么？

作為一個力，有3個要素需要了解:大小、方向和作用點.

重力的大小,你想怎樣研究?

出示兩個物體:一支筆和一本書,質量不一樣，請同學們感受一下它們受到的重力.質量不同，所受重力不同.

生活經驗告訴我們: 重力與質量有關系.重力與質量到底有什么關系呢?

實驗探究重力與物體質量的關系.

介紹實驗器材，請同學設計實驗方案.

分組實驗: 改變質量m，測出重力G，將數據填入書中的表格.

演示實驗: 全班同學觀察實驗現象.

結論：重力與質量的比值是一個常數.

物體所受的重力與物體的質量成正比.G=mg,g=9.8 N/kg常數的意義：質量是1 kg的物體受到的重力為9.8 N.

這個常數你一輩子都忘不了了，它很有意義.

環節四：啟發思維 確定重力方向

你想怎樣確定重力的方向?組織學生討論如何確定重力方向.

學生會想到用不同的方法，如利用自由下落物體的方法等.

如何記錄物體的運動方向呢?

演示重垂線.沿著繩向下的方向，就是重力的方向.這個方向叫“豎直向下”(與水平方向垂直).

重力的方向:豎直向下.

展示圖片：如圖13所示， 工人師傅用這個重垂線檢查墻是否豎直.

圖13 重垂線檢查

演示實驗，如圖14所示，體會重力方向，強化認知：重力方向是豎直向下的.

圖14 演示實驗

環節五：重心概念及應用

重心：重力的作用點.

形象的說明: 我們的頭部受重力，腳部受重力， 人體各部分均受重力.

尺子各部分均受重力， 畫出尺子受的重力怎么畫?尺子作為一個整體，為研究問題方便，將尺子各部分所受的重力集中在一個點上，這個點叫重心.

質量分布均勻，外型規則的物體重心在幾何中心處.重心可以在物體之外，如圖15(d)所示.

圖15 物體重心位置示意圖

畫受力圖時，重力就畫在重心處.

同學們：我站久了，就想坐一會兒，坐下重心降低了；坐累了，就想躺一兒會，躺下重心更低了.

重心越低越舒服，重心越低越穩定.

演示：鋼叉的平衡，如圖16所示，這個結構重心就比較低了，重心低，穩定性就好.請一名學生將鋼叉翻過來放在支架上，結果很不穩定，很難實現平衡.

圖16 鋼叉的平衡

學生活動：體驗增大穩定程度的方法，如圖17所示.

圖17 學生活動

全體起立，學生兩腳分開站立，左右搖晃身體，比較穩定；一只腳站立，穩定程度大大降低.

請同學們思考: 載貨汽車所裝的貨物高度有限制，為什么？

中華人民共和國道路安全法規定:重型、中型載貨汽車，半掛車載物，高度從地面起不得超過4 m，載運集裝箱的車輛不得超過4.2 m.

這個規定的依據是物理學原理，根據重心的概念做出的.

如圖18和圖19所示的超高的載貨汽車，行駛是非常危險的.

圖18 超高載貨汽車(一)

圖19 超高載貨汽車(二)

增大物體穩定程度的方法:

(1)降低重心;(2)增大支撐面.

環節六：應用結論解決問題

練習1:如圖20所示,分別畫出木塊所受重力的示意圖.學生做完后，進行展示，然后做出示范.若有時間做練習2.

圖20 練習1題圖

環節七：課堂小結

(1)想一想，這節課，你的最大收獲是什么?

(2)如何得到重力與物體質量的關系?

(3)請同學想一想、說一說，比值g=9.8 N/kg的含義.

7 板書設計

這節課的板書設計如圖21所示.

一、觀察現象

美麗的傳說： 宇宙間的一切物體都是互相吸引的——牛頓

圖21 板書設計

二、重力

由于地球的吸引而使物體受到的力.

關于重力：你想研究什么？怎樣研究?

1．重力的大小:探究重力與質量的關系

重力與質量成正比.

2．重力的方向:豎直向下.

3．重心: 重力的作用點.

三、練習

練習:1,2

四、課堂小結

8 學習效果評價設計

(1)課內評價: 課上完成練習1、練習2.

(2)課外評價：

1)請你設計一個利用重力知識解決家庭生活問題的實例.

2)完成本節書中的練習.

9 課后反思

(1)本節課比較順利地完成預定的教學目標.課上學生始終處于良好的學習狀態.

物理學具有大氣、基礎、普適、實用、親切、簡潔之美! 我盡力做了.心里挺高興，挺舒服的!

(2)課后的研討活動中，當地教研室的教師和骨干教師給予本節課很高的評價.

諸如，陶老師在課堂上的笑容我一輩子也忘不了；陶老師的提問很有藝術性；

不僅獲取知識，體驗方法，而且重理、重證據，物理課不枯燥了；陶老師的課從有限到無限，從天上到地上，非常經典，開局就顯得氣勢如宏!

(3)由于組織學生討論確定重力方向的環節，用的時間長了，做課堂小結時，沒有時間讓學生進行表達.

(4)3個活動作為課的引入，感覺比較好，一方面，學生感興趣，更重要的是培養學生的證據意識.“實驗( 事實)與邏輯推理相結合”是物理學重要的方法，在今后的課上，仍堅定這個做法.

(5)課堂上，學生對現象進行描述的能力比較薄弱，很多同學對于頭腦中想象出來的情境很難用語言表達清楚，因此，在加強聯系實際的教學中，要從學會描述現象開始進行培養.

(6)本節課的板書設計比較好，但重點的內容沒能夠采用不同顏色的筆.教學語言還比較親切，學生一直都很高興.

教學設計結束.