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(qū)高級中學,廣東 梅州 514000)

學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn),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?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準(2017年版)》指出：高中物理課程要注重體現(xiàn)物理學科的本質,從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任等方面提煉學科育人價值,充分體現(xiàn)物理學科對提高學生核心素養(yǎng)的獨特作用,為學生終身發(fā)展、應對現(xiàn)代和未來社會發(fā)展的挑戰(zhàn)打下基礎。

在培育學生物理核心素養(yǎng)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?？茖W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(fā)展科學思維，提高探究能力，逐步養(yǎng)成嚴肅認真、尊重實驗事實的科學態(tài)度和科學精神,促進核心素養(yǎng)培養(yǎng)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(fā)現(xiàn)問題、提出猜想、利用證據(jù)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(yǎng)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(jié)為切入點,探索如何以問題為驅動，達成物理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)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(xiàn)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(fā)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(jié)目中的實驗,激發(fā)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(jié)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(fā)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(fā)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(yǎng)學生敢于猜想和假設,增強學生的探索意識,培養(yǎng)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(jù)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(jù)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(xù)表

教學意圖：發(fā)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(yǎng)了學生的猜想能力、動手操作能力、合作精神、實踐創(chuàng)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(fā)揮了學生的主觀能動性，重視學生協(xié)作精神的培養(yǎng),同時也體現(xiàn)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(yǎng)的目的。