學科核心素養視域下的高中物理情境教學實踐

羅明江 龍紅利

摘 要：從靜摩擦力的概念、產生的條件、方向和大小等環節創設豐富的教學情境，達到激發學生學習的興趣，在情境的驅動下，實現學生知能的有效遷移，在情境問題解決過程中，提升學生的關鍵能力，發展學生的學科核心素養.

關鍵詞：情境教學;靜摩擦力;核心素養;高中物理

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）11-0031-03

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出：“創設情境進行教學，對培養學生的物理學科核心素養具有關鍵作用[1].”“情境”即“問題情境”，指的是真實的問題背景，是以問題或任務為中心構成的活動場域[2].在高中物理教學中探索情境教學有助于激發學生學習興趣，提高課堂效率，促進學生認知與情感平衡發展，提升學生的關鍵能力，發展學生的學科核心素養，實現學生的全面可持續發展.下面以“靜摩擦力”為例闡述新授課中的情境教學設計.

1 教材分析及設計思路

“靜摩擦力”是高中物理新人教版必修第一冊第三章第三節第二課時的內容.由于靜摩擦力“若有若無，方向不定”，較難分析，教材將靜摩擦力安排在重力、彈力和滑動摩擦力之后，在學生有一定的受力分析能力后再理解分析不同情境中的靜摩擦力，符合學生的一般認知規律.靜摩擦力是本章教學的難點和重點，為受力分析、牛頓運動定律的運用等奠定了基礎，是組成高中物理知識的一塊重要“基石”.

本節課通過創設豐富的教學情境（圖1），以情境為驅動，從靜摩擦力的概念、產生的條件、方向和大小等環節展開課堂教學，各環節層層遞進，突出發展學生的學科核心素養.

2 教學目標

（1）知道靜摩擦力現象，能說出靜摩擦力產生的條件，會區分靜摩擦力和滑動摩擦力，會根據物體受力和運動情況，分析靜摩擦力的大小和方向，了解最大靜摩擦力.

（2）通過實例分析和實驗探究，掌握假設法、控制變量法等科學研究方法.

（3）培養實踐—認識—實踐的思想，有將靜摩擦力應用于生產和生活的意識.

3 教學過程

3.1 創設生活情境 引出靜摩擦力的概念

教學片段一

情境創設：拉書游戲.準備兩本逐頁交叉疊放的書，請兩名學生嘗試將書拉開.結果是學生用了很大的力都沒有將書拉開.

提出問題：要將兩本書拉開為什么這么費力？這種（阻）力與上一節課學習的滑動摩擦力有何不同？

設計意圖：通過學生參與游戲讓課堂迅速“升溫”，吸引學生的注意力，利用游戲現象的“出乎意料”引發認知沖突，激發學生的興趣，為教學內容的深入做好鋪墊.

情境創設：師生舉例.先請學生舉出生活中存在靜摩擦力的例子，接著教師展示人走路、人爬樹、手握筆、傳送帶傳送包裹等情境圖片.

提出問題：產生靜摩擦力的兩物體處于什么狀態？靜摩擦力阻礙的是相對運動還是相對運動的趨勢？

設計意圖： 在諸多客觀情境中概括事物的共同屬性，抽象事物的本質特征，完成從經驗性常識向物理概念的轉變，培養學生的物理觀念.理解兩個相互接觸的物體，當它們之間存在相對運動趨勢時，會在接觸面上產生一種阻礙相對運動趨勢的力，這就是靜摩擦力.

3.2 創設活動情境 概括靜摩擦力產生的條件

教學片段二

情境創設：小組活動.活動1為塑料筷子豎直夾光滑鐵球和小毛球;活動2為用吹脹的氣球提玻璃杯;活動3為手掌平放于桌面上用力下壓并往前推（不要推動）.

提出問題：通過活動體驗，你能概括出靜摩擦力產生的條件嗎？

設計意圖： 增加學生的感性認識，調動其積極性，促進學生的協作能力，培養學生基于觀察和實驗獲取信息、得出結論并作出解釋的交流總結能力.學生概括出靜摩擦力產生的條件為兩物體接觸并擠壓、接觸面粗糙、兩接觸物體有相對運動趨勢.

情境創設：再做拉書游戲.教師將書頁交叉疊放的兩本書輕拋至空中，兩學生通過繩索迅速拉書，結果兩本書被輕松拉開.

提出問題：此時為什么能夠輕松拉開兩本書？

設計意圖：引導學生親手呈現第二個“出乎意料”，回扣開頭，調動學生的智力及情感因素，激活學生學習動因，引導學生創新思考，升華思維，促進學生積極主動參與學習環節，進而有效提升學生的科學思維和科學探究能力.

3.3 創設實例情境 探尋靜摩擦力的方向

教學片段三

情境創設：自主探究.如圖2，情境1為杯子被手握住沒有滑落;情境2為磁性黑板擦吸在黑板上靜止不動;情境3為毛刷置于斜面上保持靜止.

提出問題：請判斷杯子、磁性黑板擦、毛刷的相對運動趨勢方向及所受靜摩擦力方向，并探究物體的相對運動趨勢方向和靜摩擦力方向有什么特點？

設計意圖： 創設實例情境是為了貼近學生的“認知發展區”，幫助學生快速在頭腦中建立“學習場景”，引導學生結合生活經驗，利用“假設光滑法”探究相對運動趨勢方向，利用“狀態法”判斷靜摩擦力的方向，通過比較歸納，得到靜摩擦力方向在接觸面內，與物體間相對運動的趨勢方向相反.

情境創設：觀看視頻.播放教師在電動扶梯上隨扶梯勻速上行的視頻（圖3），第一個鏡頭站在電動扶梯上拍攝的，第二個鏡頭站在地面上拍攝的.

提出問題：人隨扶梯勻速上行時，人的運動方向如何？人相對扶梯運動趨勢方向如何？人受靜摩擦力方向如何？人隨扶梯下行時，情況又怎樣？

設計意圖： 注重以“問題鏈”形式呈現問題，為學生步步搭階，引導學生抓實質求本質，培養學生的觀察和思維能力.強調“相對”的含義，指出相對運動趨勢方向與運動方向并無必然關系，故靜摩擦力與運動方向無必然關系.教師出鏡錄制視頻，增強學生對教學素材的親切感，培養學生觀察現象，發現問題和推理論證的科學思維素養.

3.4 創設實驗情境 探究靜摩擦力的大小

教學片段四

情境創設：分組實驗.如圖4，實驗中緩慢拉動長木板，在滑塊和木板未發生相對運動時，測出不同拉力下靜摩擦力的大小，滑塊和長木板恰好發生相對運動時，可測出一個靜摩擦力的極值，利用實驗數據，描點連線，做出Ff-F的圖像.

設計意圖：通過分組實驗引導學生探究靜摩擦力大小的特點.靜摩擦力的大小是可變的，靜摩擦力的大小隨著拉力大小的增大而增大.通過探究，培養學生設計實驗、操作器材、獲取和處理數據、得出結論的科學探究素養.

教學片段五

情境創設：教師演示實驗.如圖5，摩擦塊通過細線連接力傳感器，線轂上的細線連接摩擦臺，打開開關，軌道上的內置電機帶動線轂勻速轉動，摩擦塊和摩擦臺由相對靜止到相對運動，它們間的靜摩擦力和滑動摩擦力可通過力傳感器測出.摩擦塊為金屬材質，摩擦臺為塑料材質，第一次實驗時接觸面為金屬—塑料，測出的摩擦力變化圖像如圖6;第二次實驗在摩擦臺上加上絨布面，即接觸面為金屬—絨布，增大接觸面粗糙程度，測出的摩擦力變化圖像如圖7;第三次實驗在摩擦塊上面再加一塊金屬塊，增大接觸面的正壓力，測出的摩擦力變化圖像如圖8.

設計意圖：利用傳感器進行探究實驗，探索方式得到創新，融合信息技術手段，形象深刻地揭示出兩物體由相對靜止到相對運動過程中摩擦力的變化圖像，并凸顯恰好發生相對運動這一臨界狀態下的最大靜摩擦力.實驗滲透了科學探究方法，利用控制變量法探究了最大靜摩擦力的影響因素，從而建構起最大靜摩擦力的公式Ffm=μFN.

3.5 創設任務情境 落實科學態度與責任

教學片段六

情境創設：拔河比賽.布置學生利用互聯網查詢民間拔河和競技拔河的相關技巧，課余時間組織學生進行拔河比賽.

設計意圖：物理知識源于生活又服務于生活，在拔河比賽中培養學生的學以致用的意識和團結協作品格.

4 教學反思

本教學設計中，積極創設情境，倡導活動體驗、自主學習、合作探究，關注信息技術與課堂教學的有效融合，培養學生形成物理觀念，掌握科學探究方法，讓學生在開放而富有創新活力的氛圍中學習，從而落實學生主體、教師主導的課堂地位，促進學生主動自主學習，形成科學態度與責任.當然，教學中情況千變萬化，要根據學生的需要和課堂實際及時調整學習活動，不斷地反思和總結.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]教育部考試中心.中國高考評價體系說明[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]胡慶芳，楊翠蓉.有效情境創設的40項設計[M].上海：華東師范大學出版社，2017.

[4]惠廣俊.創設問題情境 啟迪學生思維[J].物理教師，2019，40（12）：14-17.

（收稿日期：2021-03-10）