“二力平衡”教學設計與反思①

(江蘇省常州西藏民族中學,江蘇 常州 213000)

1 引言

學生的認知經驗是學生在實踐活動與生活體驗中建構和生成的關于自己生活世界的價值觀念、思維方式、知識與技能、情感體驗及反思行為等構成的綜合體。[1]物理是一門與學生的生活密切聯系的學科,學生認知經驗是教學的起點,初中物理課堂教學應基于此進行設計。筆者結合自身的教學實踐,對蘇科版八年級物理教材“二力平衡”一節內容進行教學設計。

2 創設真實情境，讓學生感受力與運動的聯系

人們的生活離不開力與運動,學生在生活中已獲得大量有關力與運動的體驗,但是他們還沒有建構起有關力與運動的科學觀念。為了喚起學生關于力與運動的經驗,可以在引入環節播放生活中物體運動的視頻，從貼近學生的實際生活經驗的現象入手,讓學生通過真實的運動感受到力與運動之間的密切關系,為進一步學習本節內容創設良好的情境。

3 列舉生活實例，讓學生了解二力平衡的相關概念

二力平衡知識是學生研究力與運動問題的關鍵,也是分析力與運動的基礎。由于學生已有的知識與技能、情感體驗等已經對“平衡”概念有一定的了解,對于平衡狀態、平衡力與二力平衡的概念并不需要過多的講解和分析。[2]因此,教師需要基于學生認知經驗設計觀察生活實例的活動,通過實例引導他們自主分析在平衡狀態下物體的受力和運動情況。我們可以從生活中選取靜止的物體和做勻速直線運動的物體,引導學生分析這些物體的運動狀態和受力情況。這樣的設計比較貼近學生經驗,從靜到動,從簡單的平衡狀態到多力的平衡狀態,學生很容易從這些熟悉的事例中理解平衡狀態和二力平衡的概念,繼而為本節探究二力平衡條件的實驗打下基礎。

4 制造認知沖突，設計二力平衡條件的實驗

探究二力平衡的條件不僅是本節的重、難點,也是提升學生思維品質和探究能力的重要環節。教科書上直接把實驗器材和實驗方案呈現給學生,從某種程度上說,降低了學生探究實驗的難度,但是,通過分析學生的學情，我們發現：利用實驗改進過程中出現的問題制造與學生直覺經驗的認知沖突,可以激發學生探究的欲望,提升學生的思維品質。在設計探究二力平衡條件的實驗時,可以將實驗過程改進為以下三步。

(1) 從研究豎直方向的兩個力到研究水平方向的兩個力。在這一環節的設計中,首先呈現給學生一個靜止在桌面上的木塊,學生通過受力分析后不難發現,研究豎直方向重力和支持力時,支持力的測量比較困難,進而想到研究水平方向的兩個力。在教師引導下,同學們認為在木塊兩端的細繩上掛鉤碼,可以對木塊施加兩個水平方向的拉力,這樣改進后的實驗裝置操作起來較為方便。

(2) 從水平木板裝置到豎直鐵架臺裝置。將兩端系有細線的木塊放在水平木板上,木塊兩端各掛一個相同的鉤碼時,木塊確實處于平衡狀態,但是,當兩邊所掛鉤碼個數不相等時木塊仍然平衡。此處教師通過演示實驗設疑,目的在于打破學生常規思維,讓學生產生認知沖突,促使他們進一步發現木塊與木板之間的摩擦阻礙了實驗的進行,于是,學生紛紛想辦法減小摩擦,最后一致認為利用豎直鐵架臺把木塊懸空可以最大限度減小摩擦。

(3) 從木塊作為研究對象到選擇紙牌代替木塊。教師演示將木塊用細線懸吊在兩個鐵架臺之間時,解決了木塊與木板之間的摩擦問題,卻又出現了新的問題,此時木塊受三個力作用,而我們實驗探究的是兩個力的平衡。如何將三個力演變成只研究兩個力的平衡呢?這里主要是排除重力對實驗的影響,學生很容易想到換一個較輕的物體,而他們在生活中常見的輕質物體就是紙牌。我們知道物體所受重力是無法消除的,對于本實驗只能最大限度減小重力對實驗的影響,教師需要在這里向學生滲透一種重要的物理思想,即物理實驗中經常會忽略次要因素對實驗的影響。

在設計探究二力平衡條件的實驗方案這一環節,我們可以將實驗的改進過程作為一種教學資源滲透到教學中。教師通過設計問題串引導學生積極思考,使學生在原有經驗的基礎上產生思維沖突,學生在參與實驗改進的過程中學會思考、學會質疑,從而使他們的思維得到延伸。當學生看到共同改進的實驗裝置更完善時,他們不僅能深刻理解探究的問題,而且對實驗生成了新的認識,這就是學生創新思維的萌芽。[3]

5 組織小組合作，探究二力平衡的條件

探究二力平衡條件的實驗不是實驗的簡單展示,而是學生共同合作、交流討論的探究活動,實驗的目的不僅是得出實驗的結論,還要讓學生從小組合作中體驗思維碰撞。本環節要注重向學生滲透科學方法的教育,關于控制變量法,只要教師稍加點撥,學生便可想到。[4]大部分學生猜想到二力平衡的條件有：大小相等、方向相反、作用在同一直線上。在實踐教學中,學生比較容易通過實驗得出“大小相等”和“方向相反”的條件,對于“作用在同一直線上”這個條件的探究較為困難,學生自主探究活動的重點就是探究這個條件。

在學生實驗過程中,教師要巡視指導,注意尋找學生實驗的典型案例。例如,在探究“作用在同一直線上”的條件時學生可能出現向上拉紙片或向下拉紙片的情況,也可能出現將紙片的兩端細線調節到高度不一樣的情況,教師找幾個典型的小組，在大家面前展示他們的實驗情況,小組之間相互評價,集思廣益,在教師的引導下共同改進自己的實驗過程,得出實驗結論。在學生總結出二力平衡的三個條件后,可以讓學生嘗試將紙片從中間剪開,觀察紙片是否保持平衡,引導學生發現二力平衡其實還有一個隱含的條件——作用在同一物體上。

6 結語

課堂教學設計的目標就是引導學生運用已有的知識經驗去解釋新現象、解決新問題,讓他們經歷認知沖突,從而引起心理上的不平衡,產生獲得平衡的認知需要。同時,課堂教學還要兼顧學生認知過程中的最近發展區,這也是我們教學設計中的著眼點。[5]初中階段的學生仍然停留在“經驗性”思維階段,中學物理課堂的教學應基于學生經驗進行設計,使物理教學的過程更符合學生的認知特點和知識經驗,這樣才能促使學生在課堂中更好地建構物理知識、學習物理思維方法、培養探究精神。