通過問題導學培養學生的核心素養

劉興

[摘? ?要]隨著《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新標準”）的正式頒布，新高考改革也在有序推進，但新教材遲遲未審查通過。對江蘇省2018級高一學生的物理教學而言，如何使用老教材，貫徹新理念、新課標，這對廣大教師的教學提出了更高的要求。文章結合《彈力》教學公開課的實踐與反思，探討基于問題導學的物理教學方案的設計，具體以“探究彈簧彈力與形變量的關系”實驗為例，讓學生經歷科學探究過程，以強化學生對彈力與形變關系的理解與掌握，進而培養學生的核心素養。

[關鍵詞]問題導學;核心素養;彈力

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2018）35-0042-02

《彈力》是人民教育出版社出版的高中物理教材必修1第三章第2節，是老教材老內容。而新課程標準有了較大的變化，新標準提出了以下四個方面的教學建議：

1.基于物理學科核心素養確定教學的目標和內容

2.在教學設計和教學實施過程中重視情境創設

3.重視科學探究能力的培養和信息技術的應用

4.通過問題解決促進物理學科核心素養的達成

在《彈力》教學設計中，筆者通過創設興趣盎然的情境，讓學生感受形變，圍繞形變和彈力的邏輯關系，通過問題導學，促使學生形成“彈力”這一物理概念，在“探究彈簧彈力與形變量的關系”實驗中，讓學生通過小組合作，自主設計實驗，經歷科學探究過程。在實際教學中，教師應關注學生個體的發展，注意培養學生的創新思維。

一、基于學生認知，構建物理觀念

按照新課標要求，在教學過程中，應該讓學生經歷對彈力這一物理概念的建構過程，為此，教師應創設情境，讓學生觀察、體驗相關的物理現象，再引導學生概括和抽象其本質，探尋概念的內涵。

1.創設情境，喚起興趣

播放并讓學生觀察有趣的視頻：彎曲的樹葉把毛毛蟲彈飛 。提出問題：毛毛蟲有沒有受到力的作用？受到誰的力？以此激起學生的思維興趣。

2.學生動手，感受形變

課桌上準備了氣球和橡皮泥，讓學生想辦法使這兩個物體發生形變。

提出問題：氣球和橡皮泥為什么會發生形變？什么叫作形變？撤去外力后這兩個物體的形變還能保持嗎？

3.放大形變，突破難點

提出問題：一切物體在外力作用下都能發生形變嗎？當我們用力擠壓堅硬物體的時候，物體有沒有發生形變？

學生猜想：應該都能，但是有的物體形變量太小，所以肉眼觀察不出來。

演示實驗1：擠壓玻璃瓶（圖略）

用手壓扁平瓶子的不同部位，發現細管中的液面上升或下降，通過觀察液面的升降可以判斷瓶子發生形變。

演示實驗2：按壓講臺（如右圖）

在講臺上放兩個平面鏡，用小型激光源發射激光照射平面鏡M，用力擠壓桌面。一束激光依次被兩面鏡子反射，通過反光鏡的放大可以使墻上的光點移動很大的距離。通過放大，演示“微小形變”的過程，讓學生認識到任何物體都可以發生形變。在課堂教學中，通過實驗，滲透微觀放大的物理思想方法，讓學生在解決問題的過程中獲得對放大法的理性認識。

4.分析類比，引出條件

提出問題：前面播放的視頻中，毛毛蟲為什么會飛出去？誰給的力？樹葉為什么對毛毛蟲有力的作用？

通過引導，讓學生發現：“發生形變的物體，有恢復原狀的特性。”物體具有的這種本質特性就叫作“彈性”。這種特性讓物體在發生形變的過程中，就會對與之接觸的物體產生力的作用，這種力叫作彈力。從而讓學生歸納出彈力的概念，以及彈力產生的條件。

二、通過問題導學，培養科學思維能力

發展學生的科學思維能力是本節課重要的教學目標，讓學生基于事實和邏輯推理突破彈力方向這一教學難點，使感性認識內化為理性認識，從而逐步提升分析問題和解決問題的能力。

1.引導學生實驗，突破教學難點

讓學生用左右手的兩個手指，水平拉伸彈簧，并思考以下問題：我們在研究彈簧對手的彈力方向過程中，施力物體是誰？施力物體往哪個方向發生形變？彈簧對手的彈力沿什么方向？彈力的方向與施力物體形變方向有什么關系？讓學生通過對這一實驗現象的討論得出結論：“彈力方向與施力物體發生形變的方向相反。”

2.小組合作探究，弄清幾種常見彈力方向

（1）壓力與支持力方向的特點

課本放在桌面上，討論桌面形變給課本的彈力方向。

課本放在桌面上，討論課本形變給桌面的彈力方向。

在教學過程中，筆者也考慮過用一些形變明顯的物體來讓學生判斷壓力和支持力的方向，考慮到高中生的認知水平，終究要從感性認識上升到理性思維。實際教學中，是讓學生結合前面演示的桌面微小形變，判斷水平桌面和課本的彈力方向。

（2）細繩掛鉤碼，討論細繩拉力方向的特點

細繩拉鉤碼時，細繩和鉤碼都發生的是微小形變，結合前面彈簧拉伸實驗，讓學生完成思維和知識的遷移，加深學生對形變和彈力的認識，培養學生的邏輯推理能力。

三、科學探究，落實新標準要求

新標準中明確了21個學生實驗（必修12個，選擇性必修9個），實驗內容的增多、強化，是加強科學實踐，注重與生活實際聯系的具體反映。新標準已經明確把“探究彈簧彈力與形變量的關系”列為學生必做實驗。

新課標準1.2.1對本實驗的要求是“通過實驗，了解胡克定律”。即通過實驗，探究彈簧在發生形變時，其形變大小與彈力大小的定量關系，得到“彈簧發生彈性形變時，彈力的大小跟彈簧伸長（或縮短）的長度成正比”的結論。

1.層層設問，讓學生科學猜想

教學過程中，請學生思考以下問題：

（1）為什么有的彈簧用很小的力氣就能夠被拉伸或壓縮， 有的彈簧用很大的力氣還是不能被拉伸或壓縮？

（2）為什么自己做的彈簧，有時拉或壓的力氣太大， 它就不能恢復原來狀態？

（3）彈簧的彈力是與彈簧的長度有關，還是與其拉伸或壓縮的長度有關？

（4）彈簧的彈力到底跟哪些因素有關？

學生很容易猜想到彈簧彈力可能與彈簧的材料、粗細等因素有關。彈力的大小可能與彈簧的長度有關， 也可能與拉伸或壓縮的長度有關。根據學生的猜測，讓學生根據現有的實驗器材，自己設計實驗， 探究彈簧的彈力到底跟哪些因素有關。

2.自選方案，合作探究

每個小組根據自己的猜測， 設計實驗，進行探究。為每個小組準備的實驗器材有：帶橫桿的鐵架臺、三個不同的彈簧、鉤碼 5 個（每個 50 g）、彈簧測力計、刻度尺、坐標紙。各個小組自行設計表格，記錄數據，研究彈力大小到底跟哪些因素有關。學生在小組討論中根據實驗器材，設計實驗方案：把彈簧上端固定在鐵架臺的橫桿上，在彈簧下端懸掛不同質量的砝碼，以獲得給彈簧施加不同大小力F的數據，用刻度尺測量彈簧下端在不同受力時伸長的長度x，把它們記錄在小組設計的表格中，分析這些數據的規律。

其中一個小組設計的表格及數據記錄如下：

[彈簧自然下垂時指針所指的刻度（cm） 8.0 鉤碼數 1 2 3 4 掛上鉤碼時指針所指刻度（cm） 10.0 11.9 14.0 16.0 彈簧伸長量x（cm） 2.0 3.9 6.0 8.0 彈簧彈力F（N） 0.5 1.0 1.5 2.5 ]

3.運用圖像，探索規律

很多學生已經在運動學的相關圖像學習中，掌握了處理數據的直觀方法——圖像法。因此，依據實驗中所得的數據，部分學生也能通過畫出F -x 圖像，探究彈力和彈簧伸長量的關系。完成實驗數據處理后，讓這部分學生代表上臺展示，發現F -x 圖像是一條經過原點的直線，討論后得出結論：彈力跟彈簧伸長量成正比關系。另一部分學生探究了彈力跟彈簧長度的關系， 依據實驗數據，畫出 F -x 圖像，他們得出的結論是：彈力跟彈簧長度的關系圖線是一條不經過原點的直線，得出：彈力跟彈簧長度之間是一次函數關系。

筆者在公開課上，到此只剩一分鐘，在總結的過程中，教師對這兩種結果都給予了肯定、表揚。雖然傳統的教學中，教師偏向于學生探究彈力和彈簧伸長量的關系，通過彈力跟彈簧伸長量的正比關系，得到胡克定律的雛形。實際上，教學中必須充分考慮個體差異，有很多學生從理性認識上知道彈力和彈簧伸長有關，內心還是很好奇，很想探索彈力跟彈簧長度之間有沒有什么關系，這時候教師應鼓勵他，給他探索的機會。對學生創新思維的保護和鍛煉非常有必要。

教育部《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中強調“要根據核心素養體系，明確學生完成不同學段、不同年級、不同學科學習內容后應該達到的程度要求，指導教師準確把握教學的深度和廣度”。落實立德樹人，培養學生核心素養的關鍵在教學，教學中要明確新標準要求，依據新標準要求對教學過程進行精心預設，并使課堂教學精彩紛呈。本節課在問題導學中學習彈力這一新的物理概念，通過研究彈力和形變的聯系，學習了彈力的產生、方向以及大小，符合學生認知規律，讓學生能準確把握這一新的性質力的深刻內涵，形成物理觀念，通過研究形變與彈力的邏輯關系，促進學生知識體系的形成，在科學探究中關注個體發展，發展學生對科學的好奇心和求知欲，幫助學生獲得對自身終身發展有用的本領。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

廖伯琴.普通高中物理課程標準（2017年版）解紛呈讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

（責任編輯? ?易志毅）