基于核心素養培養的初中物理教學設計

楊新宇

[摘? ?要]物理教學目標從三維目標走向物理學科核心素養，這就要求教師在實際教學中，要注意創設真實的、鮮活的活動情境，以問題鏈為導向，在任務的驅動下，組織學生體驗探究過程，進而培養提高學生的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。文章以《杠桿》的教學設計為例，闡述基于核心素養培養的物理教學設計。

[關鍵詞]核心素養;杠桿;運動與相互作用觀念;科學思維;科學探究

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）11-0056-03

隨著教學改革的不斷推進，物理教學目標也從三維目標走向物理學科核心素養，實際教學中教師應當通過真實的、鮮活的情境活動，以問題鏈為導向，在任務的驅動下，組織學生體驗探究過程，以培養學生的物理學科核心素養。下面以《杠桿》第一課時的教學設計為例，闡述物理教學的設計和實施。

“杠桿”是最簡單的機械，先學習“杠桿”，再學習“滑輪”和“滑輪組”，由簡單到復雜，符合學生的認知規律。在認識“杠桿”的過程中，引導學生從生活到物理、從物理到社會，培養學生的物理觀念、科學思維、科學探究等學科核心素養，為后續的學習奠定基礎。

一、教學目標

（一）認識杠桿

通過生活體驗，學會將生產生活中相關的工具歸類到“杠桿”這一簡單機械類型。同時學會將具體工具抽象成杠桿模型，在模型構建過程中，培養學生的科學思維。

（二）通過觀察和實驗，了解杠桿的構造

在實驗探究過程中，深刻理解使杠桿順時針和逆時針轉動的是什么力，培養學生的相互作用觀念。

（三）通過探究活動，深刻理解杠桿的平衡與力的大小及力臂有關

在思維沖突的過程中，培養學生用事實去質疑和論證，從而引出“力臂”的概念。在示范和模仿的過程中學會構建具體情境中杠桿的力臂，培養學生嚴謹的思維習慣。

二、教學重點和難點

1.了解杠桿的構造，理解力臂概念。

2.畫杠桿的力臂。

三、教學過程

（一）教學引入

教師：

活動1.播放視頻。

組織學生觀看生產生活中常見的機械設備（如挖掘機、吊車、傳送帶等）的工作過程。

提問1.這些設備工作時可以給我們帶來哪些方便？能解決什么樣的問題？

學生：觀看視頻，交流討論，匯報心得。

設計意圖：用真實的場景和活動，讓學生在熟悉的情境中體驗機械的魅力，感受物理之用之美。體現“從生活走向物理，從物理走向社會”的教學理念。

教師：

活動2.組織學生體驗和使用機械：用撬棒撬石頭（如圖1），用羊角錘起釘子（如圖2）。

提問2.你是如何使用這些機械的？機械的運動具有什么樣的特點？

學生：（1）分組使用撬棒、羊角錘;

（2）交流討論，探討使用機械的感受;

（3）匯報：①使用撬棒時，將撬棒的一端放在石頭下，在撬棒的下方某個位置（圖1中的位置B）墊放一塊石頭撐著，在另一端（A端）用力向下壓撬棒，棒向下旋轉，石頭被翹起。

②使用羊角錘時，用夾口夾住釘子，錘子的尾端部分（圖2中的B端）壓著桌面，用力扳木柄的上端（圖2中的A端），錘子繞著尾端部分旋轉，釘子被拔出。

設計意圖：讓學生在真實的體驗中，感受撬棒、羊角錘的工作過程，一個力（如手對錘柄的力）讓撬棒、羊角錘朝著需要的方向轉動，另一個力（如石頭壓著撬棒的力和釘子壓著鐵錘的力）阻礙撬棒、羊角錘轉動。為接下來杠桿模型的提煉做好準備。

教師：

撬棒、羊角錘等機械在工作的時候，在力的作用下繞著某一支撐點（如圖1中的B點和圖2中B端）轉動，我們把這類機械稱為杠桿。

（二）新課教學

1.杠桿的基本概念

（1）定義：在力的作用下繞著某支撐點轉動的堅實物體，叫作杠桿。

（2）支點（O）：杠桿繞著轉動的支撐點，叫作支點O。

教師：

活動3.展示一系列生活中常見的杠桿（如鑷子、手搖式抽水機等）。

提問3.這些工具在工作中，支撐點在哪里？哪些力讓它轉動？哪些力阻礙它轉動？

學生：①閱讀圖片，交流討論它們是如何工作的;

②匯報：ⅰ.鑷子在工作時，支點在鑷子的尾端O，夾起物品時，手對鑷子的力（在A處）使鑷子轉動，夾子內的物品給鑷子的支持力（在B處）阻礙鑷子轉動。

ⅱ.手搖式抽水機工作時，支點位于O，手對搖柄的力（在A處）使搖柄向下轉動，活塞對搖柄的力（在B處）阻礙搖柄轉動。

設計意圖：學生在觀察討論的基礎上，結合生活實際，把實際工具抽象成杠桿模型。在實踐中培養學生的建模能力，培養學生的科學思維。同時，在體驗中明確什么力使杠桿轉動以及什么力阻礙杠桿轉動，滲透對“壓力、支持力”的理解，區分“重力和壓力”，培養學生的物理觀念。

（3）動力（F1）：根據實際情況使杠桿轉動的力，叫作動力F1。

（4）阻力（F2）：根據實際情況阻礙杠桿轉動的力，叫作阻力F2。

（5）杠桿模型（如圖5）：

2.杠桿的平衡

教師：

活動4.現場展示杠桿在力的作用下靜止（結構簡圖如圖6所示）。

把鐵架臺放在水平桌面上，將一標有均勻刻度的硬質木桿（質量分布均勻）懸掛在鐵架臺上，調節輕桿兩端的螺母，使輕桿水平靜止。

提問4.硬質木桿是杠桿嗎？如果是，支點在哪里？使木桿順時針轉動的是什么力？使杠桿逆時針轉動的是什么力？為什么木桿沒有轉動起來呢？請構建示意圖。

學生：①思考、討論，互助學習。

②匯報心得：硬質木桿可以看作杠桿;支點位于木桿正中間的懸掛點（圖6中的O點）;使木桿順時針轉動的力是右半部分木桿（含螺母）受到的重力G1;使木桿逆時針轉動的力是左半部分木桿（含螺母）受到的重力G2;因為G1使木桿順時針轉動的效果和G2使木桿逆時針轉動的效果一致，相互抵消，所以木桿靜止不動。

設計意圖：學生在討論交流的基礎上，結合杠桿的概念將木桿抽象成杠桿，培養學生的建模能力;通過分析動力和阻力的來源，培養學生的運動與相互作用觀念;通過分析杠桿保持靜止狀態的原因，培養學生的質疑、論證的素養。

教師：

當動力和阻力對杠桿的轉動效果互相抵消時，杠桿將處于平衡狀態。杠桿平衡有靜止和勻速轉動兩種情形。

活動5.演示杠桿的狀態。

提問5.如圖7所示，杠桿處于水平平衡狀態。①現將懸掛在A處的鉤碼向左移動一格，杠桿還能保持水平平衡嗎？說明杠桿的平衡和力的什么要素有關？②用懸線將滑輪掛在杠桿A端，如圖7，向左和向右推動掛著鉤碼的懸線，杠桿還能保持水平平衡嗎？說明杠桿的平衡和力的什么要素有關？

學生：①觀察、思考、討論。

②交流、匯報：ⅰ.懸掛在A處的鉤碼向左移動一格，杠桿順時針加速旋轉，平衡被打破。說明杠桿的平衡與力的作用點有關。ⅱ.向左推動掛在A處的掛著鉤碼的懸線，杠桿逆時針加速旋轉，平衡被打破。說明杠桿的平衡與力的作用方向有關。

設計意圖：學生通過觀察、體驗，感受杠桿平衡被打破的情況，杠桿順時針（逆時針）加速轉動，說明力使杠桿順時針轉動的效果加強（減弱）。順時針轉動效果加強（減弱）是因為力的作用點發生了改變，說明杠桿的平衡與動力（阻力）的作用點有關。引導學生在質疑、證實、推理的過程中培養科學思維。

教師：

提問6.當力的大小和作用點不變，改變力的作用方向，杠桿的平衡一定會被打破嗎？

學生：①猜想、討論、匯報。

②猜想不一：平衡一定被打破、繼續保持平衡。

教師：大家提出了猜想，我們的猜想是不是一定正確呢？通過實驗來驗證。介紹實驗裝置和探究過程（如圖8）。

活動6.

①用細線懸掛兩個鉤碼吊在杠桿的A處。

②在B處懸掛細線，分別沿BC方向和BD方向拉彈簧測力計，讓杠桿水平平衡。讀取彈簧測力計的示數F1和F2。

③在E處懸掛細線，沿EH方向拉彈簧測力計，讓杠桿水平平衡。讀取彈簧測力計的示數F3。

④比較F1和F2、F3的大小關系。

提問7.F1和F2、F3的作用點、作用方向和大小三個要素都一樣嗎？F1和F2、F3的作用方向有什么共同點？

學生：①觀察、思考、討論、交流。

②匯報：

ⅰ.F1和F2的作用點相同，大小相等，作用方向不同，杠桿水平平衡。杠桿的平衡與力的作用方向沒有關系。F3和F1、F2的大小相等，作用點和作用方向不同，杠桿水平平衡。杠桿的平衡與力的作用點、作用方向沒有關系。

ⅱ.F1和F2、F3的作用線到圓盤的中心即杠桿的支點O的垂直距離相等。疑惑：是不是杠桿的平衡與力的作用線到支點O的垂直距離有關呢？

設計意圖：在學生思維沖突（活動5和活動6中，實驗獲得的結論不一致）的情況下，開展思維的遞進性訓練（為什么不相同？尋找F1和F2、F3的作用方向的共同特征），以及學生實事求是的科學態度和責任。

教師：

在F1和F2、F3作用過程中，作用線到圓盤的中心即杠桿的支點O的垂直距離相等，杠桿始終保持水平平衡。物理學中為了便于描述，引入了力臂的概念。

力臂定義：從支點O到力的作用線的距離叫作力臂L。

動力臂：從支點O到動力F1的作用線的距離叫作動力臂L1。

阻力臂：從支點O到阻力F2的作用線的距離叫作阻力臂L2。

教師：

力臂是由力的作用點和力的方向共同決定的，包含了力的兩個要素。我們在討論力對杠桿的作用效果時，確定了杠桿的支點后，只要考慮力的大小和力臂就可以了。

活動7.構建具體情境中動力和阻力的力臂。

情境：用鑷子夾取物品，請構建力臂。

①將鑷子抽象成杠桿模型，如圖9中OAB。（模型構建）

②畫出手對鑷子的壓力F1和物品對鑷子的支持力F2。

③沿著F1和F2的作用方向畫它們的作用線，如圖9中的虛線。

④過支點O作F1和F2的作用線的垂線，同時用大括號標注出來，標記L1和L2。

學生：模仿構建力臂。

請大家構建圖10中工具OAB的力臂。

設計意圖：將學生的學習與生活實際緊密地結合起來，使學生經歷建構模型的過程，培養學生應用物理知識解決實際問題的能力。幫助學生學會抽象實際問題，建立物理模型，即將情境中工具OAB建模成杠桿OA;幫助學生按照合理的解題思路形成良好的解題習慣。教師可以做一些必要的引導，例如杠桿的支點在哪里，使杠桿逆時針（順時針）轉動的是什么力。

四、教學小結

1.知識結構思維導圖

2.杠桿模型

五、作業布置

作業1.開展社會實踐活動，寫出調查報告。結合新課學習，調查自己身邊的機械工具，哪些屬于杠桿？它們在工作過程中，會給生產生活帶來哪些影響？并構建出對應的杠桿模型。

設計意圖：引導學生觀察身邊的杠桿現象，應用自己所學的物理知識分析現象、解決問題，拓展自己的觀察視野和知識面。

作業2.比較圖11中甲（普通剪刀）、乙（鐵匠剪刀）和丙（理發剪刀）的不同，說明各自的特點。

設計意圖：讓學生在對比中體會杠桿模型的構建，感受它們工作的優點和缺點，鞏固杠桿的五要素，同時為下一節課學習杠桿的分類以及后續學習“功的原理”做準備。

在教學過程中，通過真實的情境，以問題鏈為導向，以解決問題為任務，驅動學生思考、討論、交流和匯報，引導學生主動生成知識，提升能力。

布置開放性的作業，引導學生走出學校、走向社會，從生活走向物理、從物理走向社會，學以致用，同時拓展學生的視野，增加知識的深度和廣度。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]? 陳琪兮.物理[M].北京：教育科學出版社，2019.

[3]? 劉鋒.物理教師教學用書[M].北京：教育科學出版社，2016.

（責任編輯 易志毅）