以問題為驅動的物理教學實踐
——以“力的合成”教學為例

(1. 廣東省梅州市教學研究室,廣東 梅州 514000；2. 廣東省梅州市梅縣區高級中學,廣東 梅州 514000)

學科核心素養是學科育人價值的集中體現,是通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。《普通高中物理課程標準(2017年版)》指出：高中物理課程要注重體現物理學科的本質,從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等方面提煉學科育人價值,充分體現物理學科對提高學生核心素養的獨特作用,為學生終身發展、應對現代和未來社會發展的挑戰打下基礎。

在培育學生物理核心素養的過程中,科學探究主要以物理實驗為抓手，讓學生帶著問題去親自動手實踐。科學探究并非指向問題解決的即時效率,也不強求學生在課堂上解決多少問題,而是讓每一位學生都經歷探究過程,在問題解決過程中建構物理概念，發展科學思維，提高探究能力，逐步養成嚴肅認真、尊重實驗事實的科學態度和科學精神,促進核心素養培養目標的達成。

教師通過設置系列問題,引導學生運用科學探究的方法去發現問題、提出猜想、利用證據檢驗猜想。問題解決是個體運用一定的策略選擇解決問題所需技能的過程,教師可以引導學生運用類比等方法設計實驗,對猜想做出驗證，設計實驗的過程對培養學生的科學思維能力和科學探究能力具有顯著的作用。本文以人教版教材必修一“力的合成”一節為切入點,探索如何以問題為驅動，達成物理學科核心素養培養的目標。

1 以生活實例引入,學習“等效替代”的科學思維方法

“等效替代”是物理研究的重要方法,由于該方法具有一定抽象性而學生不易理解,教學應通過實例分析說明在作用效果相同的前提下,力可以互相代替,使學生對該思想方法有較深認識和體會。因此,在實際教學中可以設計如下兩個實例引入新課，通過投影呈現兩組實例(如圖1、2)。

圖2

師：多人共同作用舉起重物與吊車單獨作用舉起重物,產生的效果相同嗎？

生：相同,都是把重物舉起,完成相同任務。

師：有什么不同的地方呢？

生：用力的多少和形式不同。

師：將重物舉出,多人一起用力，亦可用機械,用一個力提起(如圖1)。

將網中的魚提出水面,可以多人一起從不同角度用力,亦可用起重機吊起(如圖2)。

師：線纜很粗、很重,一個人很難拖動到地槽中(如圖3)。如果用機械可以拖動線纜到地槽中,但如有障礙無法安置機械,那么如何解決呢？

圖3

生：如果人多,可在槽的兩邊分別安排一組工人,大家一起用力拉。

師：從以上幾個實例可以看到,生活中在需要用力完成任務時,既可以用一個力,也可以用多個力。因為這一個力和多個力要完成的任務相同,也就是作用效果相同。多個力可以用一個力來等效,多個力稱為這一個力的分力,反之,這一個力稱為這多個力的合力。

當面臨一個力可以達到效果,由于障礙無法實施這個力時,我們可以用多個力來達到同樣的效果,這種解決問題的方法稱為等效替代法。

教學意圖：圍繞核心概念的建構,發展學生的物理觀念。通過問題逐步引導,讓學生思維不斷深入,學到“等效替代”的科學思維方法,并掌握“合力與分力”的概念。

2 通過電視節目中的實驗,激發學生探究合力與分力關系的興趣

教學中引用中央電視臺CCTV2頻道《是真的嗎？》節目的一個實驗：用盡全力也拉不直一根晾衣服的繩(如圖4)。

圖4

教學意圖：充分利用身邊豐富的媒體資源,提高學生的觀察能力、信息分析和加工能力,通過身邊的事例激發學生實驗探究熱情。

結合視頻材料,提出以下問題讓學生討論與交流。

問題1：如何判斷晾衣繩拉直了？

問題2：兩邊各1人拉繩,繩子能否被拉直？衣服被拉起不動，說明了什么?

問題3：兩邊各3人拉繩,繩子能否被拉直？衣服被拉起不動，說明了什么?

問題4：繩子為什么就拉不直呢？

在學生回答的基礎上,教師加以分析總結：不管兩個人拉繩還是六個人拉繩,衣服均被拉起不動了,說明兩個人的拉力和六個人的拉力產生的效果都是把衣服拉起來了。繩子為什么拉不直呢？我們要一起來研究合力與分力的關系,才能給予解釋。

3 引導學生體驗探究過程,發展科學思維和探究能力

3.1 提出問題

既然合力與分力可以相互替代,那么它們之間存在什么關系呢？

3.2 進行猜想

請學生思考并提出自己的猜想。

猜想1：合力等于各分力之和。

猜想2：合力與分力可能會構成某種幾何圖形。

……

教學意圖：培養學生敢于猜想和假設,增強學生的探索意識,培養其科學思維能力。

3.3 實驗探究

究竟哪種猜想是正確的？要通過實驗探究予以確定,因而需要讓學生思考：該如何設計該探究實驗？在此階段,學生較難根據已有認知經驗，完整地設計實驗以證實猜想,教師需針對拉不直一根晾衣服的繩的情景，引導學生進行實驗探究(如圖5)。

圖5

教師通過以上示范,讓學生了解實驗設計的基本策略,決定以橡皮筋代替晾衣繩，用彈簧秤定量測定橡皮筋所受拉力，參照圖5中的實驗設計，擬定了“研究合力與分力的關系”的實驗方案(如表1)，根據探究得到力的合成法則，解決“用盡全力也拉不直一根晾衣服的繩”的問題。

表1

續表

教學意圖：發揮教師的示范作用，通過類比方法引導學生運用正確的策略去設計實驗，驗證猜想。學生通過類比分析設計實驗，進行實驗,從而得出結論。這一過程培養了學生的猜想能力、動手操作能力、合作精神、實踐創新能力,讓學生體驗完成探究活動的成功愉悅。

4 結語

在課堂教學中突出問題導向,引導學生一步步深入學習,以實驗探究為抓手,教師注重引導學生用科學方法解決物理問題。充分發揮了學生的主觀能動性，重視學生協作精神的培養,同時也體現了教師的引導作用,整個教學做到了“形散而神不散”,通過問題解決達到培育學生物理核心素養的目的。