培養(yǎng)初中生物理觀念的實(shí)踐與思考

范鵬

【摘要】物理觀念是初中物理學(xué)科四個(gè)核心素養(yǎng)的重要部分，落實(shí)培養(yǎng)初中生物理觀念是新課標(biāo)的重要要求，在教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)小活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生參與探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生建立物理觀念。

【關(guān)鍵詞】新課標(biāo)；核心素養(yǎng)；物理觀念；物理實(shí)驗(yàn)

2022年5月頒布的義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中，核心素養(yǎng)是課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。物理課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理觀念也作出了明確的界定：物理觀念是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等基本認(rèn)識(shí)，是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華，是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)。物理觀念的形成，是一個(gè)長(zhǎng)期的逐步積累的過(guò)程，是學(xué)生在初中物理知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程和應(yīng)用實(shí)踐過(guò)程中逐漸形成的。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的科學(xué)探究和思維能力得到發(fā)展和提升，并形成良好的科學(xué)責(zé)任和科學(xué)態(tài)度。在此過(guò)程中，學(xué)生遷移所學(xué)的知識(shí)，反思批判原來(lái)所形成的物理觀念，形成新的物理觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，構(gòu)建新的物理觀念。在課程改革及新課標(biāo)要求的背景下，一線物理教師在教學(xué)中如何高效引導(dǎo)學(xué)生建立物理觀念是每一位教師要重點(diǎn)實(shí)踐的課題。筆者結(jié)合教材內(nèi)容和一些具體的教學(xué)實(shí)例談自己的做法和思考，和同行們一起交流。

一、以“物態(tài)變化—溫度”一課的教學(xué)為例

1.教學(xué)目標(biāo)

新課標(biāo)的具體要求是：能列舉自然界和生活中不同狀態(tài)的物質(zhì)。了解三種形態(tài)的不同特征及原因。知道在一定條件下物質(zhì)的三種形可以發(fā)生變化。理解溫度的物理意義，了解生活環(huán)境中常見(jiàn)的溫度值。知道常用溫度計(jì)的制作原理、構(gòu)造和刻度方法，會(huì)正確使用溫度計(jì)測(cè)量溫度。知道攝氏溫度和熱力學(xué)溫度，了解它們之間的關(guān)系。通過(guò)給大量不同狀態(tài)的物質(zhì)按照固、液、氣三種不同狀態(tài)分類，體會(huì)物質(zhì)分類的多種方法。通過(guò)觀察水的物態(tài)變化實(shí)驗(yàn)分析物質(zhì)發(fā)生物態(tài)變化的條件。通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)了解溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)測(cè)量溫度，掌握溫度計(jì)的使用方法。通過(guò)對(duì)物體溫度的估測(cè)，提高估測(cè)溫度的能力。通過(guò)對(duì)體溫計(jì)的觀察，了解體溫計(jì)在結(jié)構(gòu)和使用方法上與一般液體溫度計(jì)的差異。通過(guò)冰化成水的實(shí)驗(yàn)反映出事物在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化的事實(shí)，學(xué)會(huì)用辯證唯物主義觀點(diǎn)看待問(wèn)題。通過(guò)對(duì)環(huán)境溫度的了解，養(yǎng)成愛(ài)護(hù)環(huán)境的意識(shí)。在使用溫度計(jì)的過(guò)程中，養(yǎng)成愛(ài)護(hù)儀器、實(shí)事求是的品格。通過(guò)參與教學(xué)活動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣和對(duì)科學(xué)的求知欲望，樂(lè)于探索自然現(xiàn)象和日常生活中的物理道理。

2.教學(xué)過(guò)程

知識(shí)點(diǎn)一：物態(tài)及其變化。

教師：冬天時(shí)水會(huì)結(jié)冰，濕衣服在太陽(yáng)底下會(huì)晾干，燒開(kāi)水時(shí)水壺里的水會(huì)變少，在這三種情況下，水變成什么了？

（學(xué)生討論回答）

教師：水、冰、水蒸氣該怎么分類呢？它們是不是同一種物質(zhì)呢？

教師引出：同一種物質(zhì)可以三種不同的狀態(tài)存在。物質(zhì)三種狀態(tài)的名稱：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。

教師過(guò)渡：物理是研究物質(zhì)的一門科學(xué)。我們學(xué)習(xí)物理就從區(qū)分物質(zhì)的狀態(tài)開(kāi)始。

教師：出示物體圖片（如鐵釘、冰塊、水、牛奶、氣球等），讓學(xué)生分別回答其狀態(tài)，思考其異同點(diǎn)。（建立物質(zhì)的三種狀態(tài)概念，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和歸納梳理能力）

學(xué)生：填寫“固、液、氣”特征表。（學(xué)生自主填寫，有的學(xué)生會(huì)填錯(cuò)，教師應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)其交流更正）

教師提問(wèn)：（1）物質(zhì)存在的狀態(tài)總保持不變嗎？在什么條件下，水發(fā)生了狀態(tài)的改變？

教師進(jìn)行如下演示實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄课镔|(zhì)存在的狀態(tài)是否可以變化。

實(shí)驗(yàn)器材：冰塊、燒杯、石棉網(wǎng)、支架、酒精燈。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將實(shí)驗(yàn)器材組裝起來(lái)；（2）用酒精燈對(duì)燒杯不斷加熱，觀察加熱過(guò)程中出現(xiàn)的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在加熱過(guò)程中會(huì)看到燒杯中的冰塊逐漸變成水，繼續(xù)加熱可以看到燒杯中的水開(kāi)始沸騰，并且越來(lái)越少，變成了水蒸氣。

學(xué)生小組討論，得出結(jié)論：在一定條件下，物質(zhì)狀態(tài)可以發(fā)生變化?！皽囟茸兓本褪且环N很常見(jiàn)的條件。

知識(shí)點(diǎn)二：溫度。

教師引入：現(xiàn)在天氣很熱，過(guò)一段時(shí)間會(huì)變涼，而冬天會(huì)很冷，春天時(shí)天氣較暖。“冷、熱、涼、暖”都是描述物體的冷熱程度的。物體的冷熱程度在物理學(xué)中用溫度表示。

教師：準(zhǔn)備三杯水（冷水、熱水、溫水各一杯），請(qǐng)學(xué)生用手指觸摸，并描述感覺(jué)。

學(xué)生：將左手食指浸入冷水杯，同時(shí)將右手食指浸入熱水杯，說(shuō)出左手感覺(jué)和右手感覺(jué)。

學(xué)生：將左右手食指同時(shí)浸入溫水杯中，再說(shuō)出此時(shí)感覺(jué)。

教師引出：憑感覺(jué)判斷溫度是不可靠的。要準(zhǔn)確地知道物體的溫度，必須借助測(cè)量工具。

知識(shí)點(diǎn)三：溫度計(jì)。

（1）觀察實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)。

教師：實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)是由什么組成的？（注意引導(dǎo)學(xué)生觀察上面的標(biāo)度）

學(xué)生小組討論后回答：液泡、玻璃管、刻度。

教師：液泡的作用是什么？玻璃管內(nèi)徑為什么很細(xì)？

學(xué)生小組討論后回答：液泡里面裝著液體，內(nèi)徑越細(xì)，測(cè)量越準(zhǔn)確。

教師：上面的數(shù)字和字母分別表達(dá)什么？

學(xué)生小組討論后回答：℃是攝氏溫度的單位，數(shù)字代表溫度的高低。

教師：它能測(cè)量的最高溫度、最低溫度各是多少？

學(xué)生小組討論后回答：-20～110℃。

教師：它的分度值是多少？

學(xué)生小組討論后回答：1℃。

教師：生活中0℃是怎樣確定的？100℃是怎樣確定的？

學(xué)生小組討論后回答：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰水混合物的溫度為0℃，水沸騰的溫度為100℃。

教師：1℃又是怎樣確定的？

學(xué)生小組討論后回答：把0℃和100℃分成100等份，每一等份稱為1℃。

教師引出絕對(duì)零度的概念，并讓學(xué)生閱讀“科學(xué)窗”，了解熱力學(xué)溫度和攝氏溫度、華氏溫度與攝氏溫度的關(guān)系。

學(xué)生自由測(cè)量，教師和學(xué)生共同總結(jié)正確的測(cè)量方法：

①選擇合適的溫度計(jì)測(cè)量待測(cè)液體的溫度，了解最小分度值；

②把玻璃泡完全浸沒(méi)在待測(cè)液體中，不碰容器底和容器壁；

③等溫度計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)。讀數(shù)時(shí)，溫度計(jì)不能離開(kāi)待測(cè)液體，視線要與玻璃管內(nèi)液面相平。

（2）體溫計(jì)的使用。

教師點(diǎn)撥：使用體溫計(jì)時(shí)，能不能離開(kāi)人體讀數(shù)？

學(xué)生回答：可以離開(kāi)。

教師講解：體溫計(jì)在玻璃泡和玻璃直管之間有一“縮口”，即很細(xì)的彎管。使用時(shí)，體溫計(jì)內(nèi)的液柱能夠遇熱自動(dòng)上升、遇冷不能自動(dòng)下降，所以可以離開(kāi)人體讀數(shù)。

這節(jié)課的重點(diǎn)是讓學(xué)生能描述固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種物態(tài)的基本特征觀念，并列舉自然界和日常生活中不同物態(tài)的物質(zhì)及其應(yīng)用。課堂上將理論聯(lián)系實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生將平常的學(xué)習(xí)、生活經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，了解物質(zhì)的三種基本狀態(tài)。教師還應(yīng)以學(xué)生為中心組織科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，了解液體溫度計(jì)的工作原理，會(huì)用常見(jiàn)溫度計(jì)測(cè)量溫度，并懂得對(duì)物體的冷熱程度的判定光靠感覺(jué)是不準(zhǔn)確的，要進(jìn)行科學(xué)測(cè)量，從而建立科學(xué)測(cè)量觀念。

二、以“壓強(qiáng)”一課的教學(xué)為例

1.教學(xué)目標(biāo)

新課標(biāo)的具體要求：本節(jié)課是初中物理教學(xué)中的重要內(nèi)容，這些知識(shí)不僅與我們的生活息息相關(guān)，而且在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。從科學(xué)內(nèi)容的角度看，壓強(qiáng)的概念是本章內(nèi)容的主線，既是對(duì)前面所學(xué)的力的作用效果的延續(xù)，又為后續(xù)研究液體壓強(qiáng)和浮力奠定了知識(shí)基礎(chǔ)；從科學(xué)探究的角度看，由壓強(qiáng)到浮力，探究活動(dòng)的要求逐步提高，循序漸進(jìn)?；谝陨戏治?，學(xué)好本節(jié)課的內(nèi)容有著重要的意義。要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)，體會(huì)控制變量的研究方法，意識(shí)到運(yùn)用科學(xué)的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)的重要性，提升與他人交流分享的意愿，體會(huì)合作交流的樂(lè)趣。讓學(xué)生知道壓強(qiáng)的定義，符號(hào)表示、公式、單位的物理意義，能用壓強(qiáng)公式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。通過(guò)壓強(qiáng)概念的提出，體會(huì)比值定義概念的方法。知道增大和減小壓強(qiáng)的方法，通過(guò)對(duì)日常生產(chǎn)、生活中壓強(qiáng)現(xiàn)象的解釋，提高運(yùn)用知識(shí)解釋簡(jiǎn)單現(xiàn)象和解決簡(jiǎn)單問(wèn)題的能力。

2.教學(xué)過(guò)程

（1）教學(xué)引入。

學(xué)生體驗(yàn)：用兩個(gè)手指用力向中間壓鉛筆。兩個(gè)手指的感受有什么不同？觀察兩個(gè)手指的凹陷有什么不同？

教師：兩個(gè)手指的受力大小相同嗎？為什么？

學(xué)生分析得出：兩個(gè)手指的受力大小相同，但產(chǎn)生的效果不同。

教師：同樣大小的力，為什么會(huì)產(chǎn)生不同效果呢？由此引入新課。

（2）“知識(shí)點(diǎn)”教學(xué)。

知識(shí)點(diǎn)一：壓力的教學(xué)。

教師結(jié)合實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生分析：電話機(jī)對(duì)桌面、斜躺的人對(duì)椅背、圖釘對(duì)墻面是否產(chǎn)生力的作用？你的依據(jù)是什么？作出這些力的示意圖，看它們有什么共同點(diǎn)？

歸納得出：

壓力：把垂直作用在物體表面上的力叫做壓力；

壓力方向：垂直物體間接觸面，指向被壓的物體；

壓力的作用效果：使被壓的物體發(fā)生了形變。

練一練：①請(qǐng)?jiān)趫D1中畫(huà)出平面所受壓力的示意圖。

②若已知物體A和物體B所受重力大小分別為10N和5N，F(xiàn)1=F2=F3=20N，求平面（墻面、天花板）所受壓力的大小。

教師：壓力和重力有必然的聯(lián)系嗎？

教師演示實(shí)驗(yàn)：用雙面膠把一個(gè)100g的砝碼固定在一塊50cm長(zhǎng)的彈性薄鋼片上，將鋼片的左端固定在桌子的一端；接著緩緩抬起鋼片右端，與水平方向形成一定夾角；繼續(xù)抬高右端，增大鋼片與水平方向的夾角。

學(xué)生觀察并回答問(wèn)題：

①該實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察鋼片的彎曲程度判斷物體對(duì)斜面壓力的大小。

②斜面上的物體對(duì)斜面的壓力隨斜面傾斜程度的增大而減小（填“增大” “減小”或“不變”）。（說(shuō)明重力沒(méi)有變化，但壓力減?。?/p>

③若繼續(xù)增大斜面傾斜程度，直到與水平方向垂直，則物體對(duì)斜面壓力為零。（壓力產(chǎn)生和重力沒(méi)有必然的關(guān)系，只有當(dāng)物體自由地放在水平面上時(shí)壓力大小等于重力）

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究影響壓力作用效果的因素：

學(xué)生觀察思考：兩個(gè)體重相同的人，一人直接站在雪地上，另一人站在滑雪板上，壓力的作用效果相同嗎？

教師提出問(wèn)題：壓力的作用效果可能與什么因素有關(guān)？

實(shí)驗(yàn)猜想：壓力的作用效果與壓力大小和受力面積大小有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施：

因本節(jié)課的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)操作方便，結(jié)論容易獲得。所以，為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造能力，給每個(gè)小組準(zhǔn)備如下器材：海綿、壓力小桌、鉤碼、氣球、圖釘。

提示學(xué)生：如何控制物理量設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（把學(xué)生的設(shè)計(jì)思路用多媒體進(jìn)行展示）。

讓學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行探究，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)并填寫表格。

①選擇實(shí)驗(yàn)器材__________________________。

②目的：探究壓力的作用效果與___________的關(guān)系。

③實(shí)驗(yàn)方案：應(yīng)控制___________不變，改變________看壓力作用效果是否發(fā)生變化。

方案1：海綿、壓力小桌、鉤碼（探究實(shí)驗(yàn)：模仿課本實(shí)驗(yàn)）。

方案2：氣球、圖釘（探究實(shí)驗(yàn)：用圖釘模擬釘板）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)壓力相同時(shí)，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。當(dāng)受力面積相同時(shí)，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。

[設(shè)計(jì)意圖：教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生為主體，以學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)為切入點(diǎn)，親歷實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探究的方法。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)器材取自生活，探究活動(dòng)富有樂(lè)趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)，樹(shù)立科學(xué)思維、科學(xué)探究的物理觀念。]

知識(shí)點(diǎn)二：壓強(qiáng)的概念。

借此實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論深入探討分析（結(jié)合圖2和圖3比較壓力的作用效果）。

①受力面積相同，通過(guò)比較壓力的方法判斷壓力作用效果；

②壓力相同，通過(guò)比較受力面積的方法判斷壓力作用效果；

③受力面積、壓力都不同，比較壓力的作用效果。

引導(dǎo)思考：壓力、受力面積都不同，可以通過(guò)比較物體單位面積上受到的壓力，從而給出壓強(qiáng)的概念。

例題1：大象的質(zhì)量是5×103kg，每只腳底的面積是6×102cm2，試求大象四腳站立時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)；芭蕾舞演員的一只鞋尖與地面的接觸面積是9.5cm2，對(duì)地面的壓力是475N，芭蕾舞演員一只鞋尖觸地時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)和大象四腳站立時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)二者誰(shuí)對(duì)地面的壓強(qiáng)大？

比較大象和芭蕾舞演員對(duì)地面的壓強(qiáng)，都是105Pa左右，大象對(duì)地的壓力大于演員對(duì)地面的壓力，但大象對(duì)地面的壓強(qiáng)卻小于演員對(duì)地面的壓強(qiáng)，為什么？分析增大和減小壓強(qiáng)的方法。

知識(shí)點(diǎn)三：增大和減小壓強(qiáng)的方法。

生活中有時(shí)需要增大壓強(qiáng)，有時(shí)需要減小壓強(qiáng)。如何增大壓強(qiáng)和減小壓強(qiáng)呢？

引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)公式找出增大和減小壓強(qiáng)的方法。

鞏固練習(xí)：①一個(gè)重為0.5N的磁性板擦，板擦的吸力為2.5N，板擦與黑板的接觸面積為50cm2，求板擦對(duì)黑板的壓強(qiáng)為多少？

②如圖4，甲、乙兩物體的重力分別為G甲和G乙，底面積分別為S甲和S乙，寫出甲對(duì)乙的壓強(qiáng)表達(dá)式以及乙對(duì)甲的壓強(qiáng)表達(dá)式。

綜上可知，八年級(jí)學(xué)生的思維正處于從形象思維到抽象思維過(guò)渡的階段，這一時(shí)期，學(xué)生的認(rèn)識(shí)還是以感性認(rèn)識(shí)為主，物理觀念不強(qiáng)。而壓強(qiáng)的概念比較抽象，這就要求教師首先要幫助學(xué)生建立感性認(rèn)識(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、規(guī)律，培養(yǎng)抽象思維能力和推理能力。在本節(jié)課的教學(xué)活動(dòng)中，教師重視學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，以學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，利用身邊的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理與生活密切相關(guān)。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生參與探究活動(dòng)，采用啟發(fā)式講授與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合的方式，關(guān)注學(xué)生的思維發(fā)展，不僅體現(xiàn)了“物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科”，而且注重引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的體會(huì)。例題選取富有現(xiàn)實(shí)意義，且重點(diǎn)突出，知識(shí)應(yīng)用環(huán)節(jié)注重素材的生活化，傳遞了一種積極觀察生活的物理觀念。

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