重視概念教學(xué) 著眼學(xué)生發(fā)展①
——以“力 彈力”教學(xué)為例

樊海霞

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹人學(xué)校,江蘇 南京 210011)

物理概念是客觀事物關(guān)于物理的共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映。重視概念教學(xué),是著眼于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)、促進(jìn)物理觀念形成的重要體現(xiàn)。“力 彈力”是蘇科版初中物理教材第八章第一節(jié)的內(nèi)容,學(xué)生對力和彈力的概念比較陌生,而對按照彈力效果命名的支持力、壓力和拉力等倒是耳熟能詳,因此或多或少存在錯誤的前概念,如“只有肌肉緊張才能產(chǎn)生力的作用”“一個物體也可以產(chǎn)生力的作用”等。正確的前概念對物理學(xué)習(xí)有促進(jìn)作用,錯誤的前概念則需要師生共同努力才能轉(zhuǎn)變。如果這些錯誤的前概念不被暴露和轉(zhuǎn)變,則很難消除,即使在作業(yè)和考試中被糾正,也很容易形成反復(fù)。

因此,本節(jié)課教學(xué)的難點在于既要幫助學(xué)生建立對于力和彈力的正確認(rèn)識,又要幫助學(xué)生暴露錯誤的前概念,并通過有效的教學(xué)加以轉(zhuǎn)變。

教育重演論指出:學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)科學(xué)的過程與人類研究科學(xué)的過程存在一定的相似性,可以說是對人類研究過程的“重演”。所以本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計采用“重演”的方式,讓學(xué)生經(jīng)歷概念的自主建構(gòu)過程。

1 從生活走向物理,體驗概念建構(gòu)

1.1 創(chuàng)設(shè)情境,獲得感知

教師播放行星繞日運(yùn)動視頻,提出問題串。

問題1:你認(rèn)為是什么使得這些行星一直有序地繞日旋轉(zhuǎn)?

生:力。

師:對,力左右著宇宙萬物的運(yùn)動,它是聯(lián)系萬物的紐帶。

問題2:這里有一個氣球,你有哪些方法可以對氣球施加力的作用?

問題3:剛才大家所用的方法,都是通過自己肌肉緊張的方式來產(chǎn)生力,是不是只有人才能產(chǎn)生力的作用呢?請舉例說明。

設(shè)計意圖:從學(xué)生熟悉的情境入手,獲得對于力的初步感知。問題3則是從學(xué)生錯誤的前概念出發(fā),引起學(xué)生的思考,通過列舉豐富的事例,揭示并糾正錯誤認(rèn)知,初步建構(gòu)力的概念。

1.2 通過思維加工,形成力的定義

問題1:圖1中左邊的物體與右邊的物體的角色有什么不同?

圖1

問題2:如何給力下定義?

問題3:你能嘗試只用一只手掌發(fā)出聲音嗎?說明什么?

問題4:兩個不接觸的物體之間可以產(chǎn)生力的作用嗎?請舉例說明。

設(shè)計意圖:通過問題1的驅(qū)動,學(xué)生用對比、歸納的方法對力的概念進(jìn)行自主建構(gòu);再通過問題2,利用學(xué)生的互評,逐步完善力的概念的建構(gòu)。問題3的起點是學(xué)生的錯誤前概念,學(xué)生常常能列舉出很多單個物體可以產(chǎn)生力的例子,如“放氣的氣球”“單手緊緊握拳”等。針對學(xué)生暴露出的這些問題,引發(fā)學(xué)生的思考和討論,形成“力的產(chǎn)生離不開兩個物體”的認(rèn)識。

2 從感性走向理性,理解概念

2.1 歸納演繹,認(rèn)識彈力

問題1:相互接觸的物體之間一定有力的作用嗎?相互接觸的物體之間怎樣才能產(chǎn)生類似推、壓、拉的作用力呢?

師:物體形狀的改變叫作形變。有一些物體發(fā)生形變后,撤去外力后能恢復(fù)原狀,這樣的形變叫作彈性形變。請你試一試,哪些物體受到力的作用時發(fā)生的是彈性形變?

問題2:當(dāng)用手壓氣球,或者手拉彈簧時,除了能觀察到氣球和彈簧的形變外,你的手有怎樣的感受?

師:大量事實說明,物體發(fā)生彈性形變后,力圖恢復(fù)原狀,會對另外一個物體產(chǎn)生力的作用,這個力叫作彈力。你還能列舉出其他物體之間有彈力的例子嗎?

問題3:老師這里還有一個玻璃瓶(學(xué)生敲一敲,感受玻璃的硬度),當(dāng)我們捏瓶身時,你認(rèn)為瓶與手之間有彈力嗎?

師:我們來看一個實驗(圖2),觀察是否有形變發(fā)生。這種實驗方法以前在哪里用到過?

圖2

生:轉(zhuǎn)化放大法,在探究聲音的產(chǎn)生時曾經(jīng)用過。

師:你與你所坐的板凳之間有彈力作用嗎?

師:生活中的推、拉、提、舉、壓、支持力等,都屬于彈力。

設(shè)計意圖:問題1和問題2建立在力的概念基礎(chǔ)上,搭建貼近學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的思維臺階,引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)彈力概念,認(rèn)識彈力產(chǎn)生的條件。問題3利用猜想和實驗現(xiàn)象之間的沖突,幫助學(xué)生認(rèn)識微小形變和彈力的對應(yīng)關(guān)系,將生活中學(xué)生熟悉的推、拉、提、舉、壓、支持力等與彈力聯(lián)系起來,幫助學(xué)生建構(gòu)彈力概念。

2.2 實驗探究,深度理解

問題1:發(fā)生彈性形變的物體,它的形變量與所施加的外力大小有怎樣的關(guān)系?請說說你的猜想和依據(jù)。

師:要探究這個問題,首先我們要知道力的大小如何度量。物理學(xué)中,力的單位是牛,符號為N。一個鉤碼對彈簧的拉力約為0.5 N,兩個鉤碼對彈簧的拉力約為1 N。

教師將木板豎直固定在鐵架臺上,在木板上貼上白紙,畫好軸線,木板上端釘一枚釘子,用于掛彈簧,請一組同學(xué)上臺演示。

問題2:將彈簧作為受力物體,在下方逐漸增加鉤碼數(shù)量,在標(biāo)記好的中軸線上記錄指針的起始位置和每次位置的變化:0 N、0.5 N、1 N、1.5 N……用刻度尺量一量每次變化的距離,通過實驗,你有什么發(fā)現(xiàn)?

生:彈簧伸長量與所受外力成正比。

師:老師還用同樣的鉤碼做了兩組實驗,請觀看實驗視頻(一組數(shù)據(jù)全部在彈簧彈性限度內(nèi),另一組則包含超出彈簧彈性限度的數(shù)據(jù)),對比兩組實驗結(jié)果(圖3),你還有什么發(fā)現(xiàn)?實驗結(jié)論應(yīng)該做怎樣的修正?

圖3

生:在彈性限度內(nèi),彈簧伸長量與所受外力成正比。

設(shè)計意圖:設(shè)計問題串,引導(dǎo)學(xué)生探究,記錄、處理數(shù)據(jù),得到彈簧的形變量與所受外力之間的定量關(guān)系。同時,這部分?jǐn)?shù)據(jù)收集的過程也服務(wù)于后面自制彈簧測力計的教學(xué),既能充分利用實驗數(shù)據(jù),又能節(jié)省課堂時間。通過教師的演示實驗,引導(dǎo)學(xué)生修正和完善實驗結(jié)論。

在物理概念教學(xué)中,學(xué)生運(yùn)用自主探究、建構(gòu)的方式學(xué)習(xí),改變過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀,有助于學(xué)生養(yǎng)成主動參與、樂于探究、勤于動手的習(xí)慣,有助于培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流合作的能力,提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

3 從原理走向應(yīng)用,深化概念理解

3.1 聯(lián)系實際,解決問題

問題:將你的筆袋掛在剛剛做實驗的彈簧下端,根據(jù)之前所做的標(biāo)記,能試著讀出筆袋對彈簧的拉力是多大嗎?

師:剛才探究彈簧形變量與外力的關(guān)系的標(biāo)記過程可以看作是簡易測力計的制作過程。你能說說它的量程和分度值是多少嗎?如果我們是彈簧測力計的生產(chǎn)商,你認(rèn)為它還有哪些不足?怎樣改進(jìn)?

3.2 對照彈簧測力計,理解測力原理

問題1:你手邊有一個彈簧測力計,能不能說出它的量程和分度值?請自學(xué)課本中的“信息快遞”,再用它測一測兩只鉤碼對彈簧測力計的拉力,然后與利用自制測力計的測量結(jié)果進(jìn)行比較,兩者是否一致?

問題2:使用彈簧測力計時需要注意什么?

設(shè)計意圖:通過問題串引領(lǐng),學(xué)生從粗測筆袋對彈簧拉力,過渡到對自制彈簧測力計的重新認(rèn)識和改進(jìn),再將自制的彈簧測力計與彈簧測力計進(jìn)行對比,便于學(xué)生了解彈簧測力計的量程、分度值和使用方法,使學(xué)生探索新知的思維過程更加精細(xì)。

在課堂上教師精心設(shè)計的“小實驗”和“小制作”,可以使學(xué)生體會到通過自己的實踐,能更透徹地理解知識。同時,在實驗和制作中學(xué)生總會提出不同于課本的新觀點和新做法,學(xué)生潛在的創(chuàng)新意識也因此被激發(fā)了。在教學(xué)中長期堅持這種做法,學(xué)生的創(chuàng)新能力可獲得較大提升。

4 從物理走向社會,架構(gòu)概念網(wǎng)絡(luò)

問題1:如果需要制作量程更大的測力計,應(yīng)選用什么彈簧?如果需要制作分度值更小的測力計,應(yīng)選用什么彈簧?

問題2:彈簧測力計是利用彈力來工作的測量工具,你還能列舉出生活中利用彈力工作的物品嗎?

生:撐桿、跳板、弓箭、蹦床等。

問題3:有什么辦法可以測量出一根頭發(fā)能夠承受的拉力的大小?

設(shè)計意圖:將所學(xué)知識加以應(yīng)用,緊貼所學(xué)概念進(jìn)行基礎(chǔ)性練習(xí)設(shè)計,題目情境源自課堂實驗,在問題串的設(shè)置上注重體驗和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

5 結(jié)語

美國心理學(xué)家加涅認(rèn)為:人類的學(xué)習(xí)是復(fù)雜多樣的,是多層次的,總是由簡單的低級學(xué)習(xí)向復(fù)雜的高級學(xué)習(xí)發(fā)展,構(gòu)成依次遞進(jìn)的層次與水平。概念的建立,不要急于一步到位,而是要遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。重視物理概念教學(xué),關(guān)注學(xué)生的前概念,引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)概念,幫助學(xué)生逐漸明白:為什么要建立這個物理概念?這個物理概念的內(nèi)涵是什么?在生產(chǎn)、生活中有什么應(yīng)用?促進(jìn)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中逐步形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。