核心素養理念下的探究性教學——《共點力作用下物體的平衡》教學設計案例

陶昌宏

筆者作為北京市特級教師到西部進行支教活動，為當地的高一學生上了一節《共點力作用下物體的平衡》現場課。這節課的教學過程包括“創設情景—形成問題、學生活動—體驗平衡、實際情景—建構模型、實驗探究—平衡條件、理論解釋—平衡條件、應用結論—解決問題、課堂小結—感悟方法”7個主要教學環節，是本刊上一期的文章《核心素養理念下物理教學設計的探索與實踐》的實踐案例。

設計思想

1.本節課是一節物理規律應用課。平衡狀態、平衡條件是牛頓運動定律的基礎性應用。

2.本節課采用講授與探究性教學相結合的教學方式。

3.讓學生用身邊物品體驗平衡、感受平衡是有條件的。

指導思想與理論依據

第一，恩格斯曾說：“在希臘人那里是天才的直覺的東西，在我們這里是嚴格科學的以實驗為依據的研究結果，因而也就具有確定得多和明白得多的形式。”在恩格斯眼中，實驗非常重要。以實驗為依據的研究結果，能夠得到確定的形式，而且一定是簡潔的形式。

第二，恩格斯曾說：“相互作用是事物的真正的終極原因。只有從這個普遍的相互作用出發，我們才能了解現實的因果關系。為了了解單個的現象，我們就必須把它們從普遍的聯系中抽出來，孤立地考察它們，而且在這里不斷更替的運動就顯現出來。一個為原因，另一個為結果。”這段內容啟發我們，相互作用是普遍規律。尊重規律，才能掌握因果關系。解決某個具體問題，要確定好研究對象，將研究對象孤立出來，觀察其變化，方可找到變化的原因。

第三，2017年版課程標準中提出科學探究的課程目標。其中的關鍵詞“問題、證據、解釋和交流”，對科學探究做了高度概括，指出了探究教學的目標，是我們教學的依據和行動指南。

第四，“物理教學的基本特征”教學理論模型，其核心內容為“物理教學要堅持以創設問題情景為切入點，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”，啟發我們在物理教學中，要將其中的“情景、實驗、思維、探究”關鍵詞所表達的內容，進行有機聯系和有效設計，提升學生的探究能力。

教學背景分析

1.主要教學內容分析

本節課學習“共點力作用下物體的平衡”。學生在初中學習了“靜止和勻速直線運動狀態下，同一直線上二力的合成和二力平衡”。這節課的教學內容將二力變為多個力，將二力平衡變為多個力的平衡，研究多個力作用下的平衡條件，對平衡條件進行科學、簡潔的表述，對平衡條件進行理論解釋，學會對一些生活現象、生產現象做出解釋。

“共點力作用下物體的平衡”是牛頓運動定律的基礎性應用，對形成關于力和運動的觀點有潛移默化的作用。

2.學生基本情況

筆者上課之前對當地高一新生做了一些了解。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學生經歷近半個學期的物理課程的學習，對運動的描述、力及相互作用有一定的初步認識;對彈簧測力計的使用有了一些經驗，但實驗能力薄弱。

②學生整體對自然現象、生活現象關注的比較少，聯系實際的意識和能力比較缺乏，動手實驗能力有待提高。

③學生設計探究方案不熟練，進行實驗探究時操作不規范、不熟練，完成探究時間較長。如果學生設計實驗方案確有困難，可采取其他方式。

3.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方式，組織學生進行分組實驗，探究共點力作用下物體的平衡條件。

教學設計

1.教學目標設計

①建立共點力的概念，知道共點力作用下物體的平衡狀態，掌握共點力作用下物體的平衡條件，運用平衡條件能夠解釋一些實際問題。

②通過具體的平衡現象，滲透物質及相互作用觀念;通過具體的平衡現象，培養建構物理模型的意識和能力;通過體驗物體的平衡，使學生覺得物理就在身邊，物理有用、物理有趣、物理有意義;通過實驗探究平衡條件，培養學生使用彈簧測力計進行測量、記錄、畫圖分析等的能力，培養學生交流、合作的意識和能力;通過解決平衡現象中的實際問題，培養學生的科學推理能力。

③教學重點：獲得共點力作用下物體的平衡條件。

④教學難點：實驗探究平衡條件。

2.教學資源設計

主要器材： 彈簧測力計、刻度尺、鋼環、細繩、拉桿箱等。利用上述器材探究共點力作用下物體的平衡條件。

3.教學過程設計

環節一：創設情景，形成問題。

上課開始，請一名男生將課前放在教室后面的行李箱拿到講臺前。從而引出問題，為什么人們都習慣性地手拉著行李箱，而不是推著行李箱，讓學生嘗試從物理學的角度進行解釋。

教師演示平衡現象，如燕子的平衡、鋼叉的平衡、體操運動員的平衡等。學生觀察后，教師指出：平衡是萬事的基礎，自然界中的平衡現象隨處可見，并請學生舉出實例。

環節二：讓學生在活動中體驗平衡。

現場發給每名學生一支2B鉛筆，請學生用一個指頭使鉛筆處于平衡狀態。讓學生體驗二力平衡是有條件的。

環節三：觀察實際情景，建構模型。

展示圖片，讓學生感受建構物理模型的過程，看到物理問題源于實際。教師組織學生對模型中的球體進行受力分析，認識共點力。啟發學生達成共識——共點力作用下物體的平衡是有條件的。

環節四： 實驗探究平衡條件。

請學生設計實驗探究方案。學生在自主設計實驗探究方案時，全班學生基本上沒有明確的思路。在這種情況下，教師組織學生看教材，說明實驗器材，并明確研究對象。學生分組進行實驗探究，得出共點力作用下物體的平衡條件，即合力為零。

環節五：理論解釋平衡條件。

教師組織學生對平衡條件進行理論解釋。在教師的啟發下，學生運用牛頓第二定律做了合理的解釋。

環節六：應用結論解決問題。

從學生熟悉的生活情景開始。筆者呈現上課之前到超市拍下的一張拉著購物車的照片。學生們一看照片都笑了。

接下來展現建構物理模型的過程。

請學生解釋為什么人們選擇拉行李箱。

環節七：課堂小結，感悟方法。

組織學生完成如下小結內容——

請學生思考，這節課最大收獲是什么？

教師指出：采用實驗探究的方式得到共點力作用下物體的平衡條件，我們尊重實驗結果。

教師指出：平衡條件不僅能夠解決模型化的題目，還要學會解決實際問題。解決問題時的基本思路：確定研究對象—建構物理模型—進行受力分析—根據平衡條件列方程式。

4.板書設計

板書體現出本節課的主要內容和教學思路。

這節課的板書呈現為左右兩部分。左側為主要教學流程，右側為例題的圖。

左側板書順序書寫以下幾項內容：

第一項：體驗平衡。

第二項：探究共點力作用下物體的平衡條件。

第三項：解決問題。

第四項：小結。

板書的第一、第三、第四項內容僅寫標題即可。第二項板書不僅要讓學生學會這節課的知識，還要讓他們在潛移默化中了解探究的過程和方法，因此板書還要呈現重點詞語“共點力”“平衡狀態”“平衡條件”;要寫出“實驗結論：合力為零”;要寫出“理論解釋：牛頓第二定律”。

5.學習效果評價設計

課內評價：課上完成對手拉行李箱而不是手推行李箱的物理解釋。

課外評價：請學生們思考并解決以下問題。

完成本節書中的練習與評價的內容。

課后反思

本節課基本完成預定的教學目標。課上得比較簡潔，層次分明，體現了物理學大氣、基礎、普適、實用、親切、簡潔之美。做課堂小結時，三名學生分別表達了他們在本節課中的最大收獲。

這節課中學生一直興致勃勃，從行李箱導入引起了他們對平衡現象的興趣，在體驗平衡、探究平衡條件等教學環節中，學生情緒一直很飽滿，說明學生對實際問題、動手實驗等有興趣。今后我將繼續追求讓學生覺得物理有用、物理有趣、物理有意義的教學境界。

學生設計實驗方案的能力、動手實驗的能力比預想的還要欠缺一些，這個環節用時多了，導致課堂小結比較匆忙。

本節課的板書設計得比較好，但對現場書寫不太滿意，仍需練習和改進;教學語言還比較親切，但不夠精練，重復的話顯得多了。