巧用探究式教學助力中學生自主構建物理模型

甄偉亮

【摘要】以“牛頓第三定律”的教學為例，探討如何創設真實的教學情景，讓學生在探究過程中形成物理觀念，自主構建物理模型，從而促進學生物理學科核心素養的養成和發展。

【關鍵詞】探究;物理模型;模型分析;核心素養

一、引言

基于建構主義的“模型教學”對教和學提出了一些新的要求，一是要求學生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉變為信息加工的主體、知識意義的主動建構者;二是要求教師要由知識的傳授者、灌輸者轉變為學生主動建構意義的幫助者、促進者;三是要求教學過程使用全新的教育思想、教學模式、教學方法、教學設計等。為了發揮學生的主動性、積極性，相應的教學設計主要圍繞“學習策略”和“學習環境”兩個方面進行，前者是整個教學設計的核心——通過各種學習策略激發學生去主動建構物理模型;后者則是注重模型建立的過程，強調模型的立體面，旨在提高學生的科學素質，掌握物理學主要思想方法，為學生終身學習打下基礎。

“探究式教學”通過為學生提供充分的探究式學習機會，逐步培養學生收集和處理科學信息的能力、獲取新知識的能力、分析問題和解決問題的能力，以及交流和合作的能力等。

可見，“探究式教學”與“建模能力”的培養是完美搭配的，筆者以“牛頓第三定律”為例，探討如何利用“探究”的模式培養學生建模能力。

二、教學設計

（一）體驗性活動——引沖突、激興趣

教學情景1：課前小游戲（拔河）：讓一男一女兩個學生上講臺進行手拉手拔河比賽，結果男生贏了。

教師提問：為什么男生會贏？假如讓你坐到滑板上再拔河，你覺得你還會贏嗎？你拉她的時候有沒有感覺到她也在拉著你？

學生活動：思考贏得比賽的原因，并產生認知沖突，激發求知欲。通過老師的引導，明確課程的學習目標以及內容。

教學情景2：認識作用力與反作用力

材料用具：圓珠筆筆芯、滑塊、木板、彈簧測力計、玻璃管。

學生活動1 ?讓學生將圓珠筆筆芯豎立，手指輕壓筆尖，筆芯怎樣？手指有什么感覺？說明了什么？

學生：筆芯被壓彎，手指感到疼痛，說明手指對筆芯有力的同時筆芯對手指也有力的作用。

學生活動2 ?如圖1所示，讓學生用彈簧測力計拉放在木板上的滑塊（沒拉動），為什么滑塊不動？滑塊是否對木板也有作用力？怎樣證明？

學生討論后回答：在木板下放兩根玻璃管，通過觀察到的木板運動說明木板對滑塊有摩擦力的同時，滑塊對木板也有摩擦力，并且兩個摩擦力的方向是相反的。

設計意圖：通過學生活動，讓學生直觀感知物體間力的作用（不管是彈力還是摩擦力）都是相互的，然后引導學生對信息進行初步加工，得出“作用力和反作用力”的概念。在教學中讓學生討論研究“怎樣證明滑塊對木板也有摩擦力”可以豐富學生經歷物理概念形成的學習過程，強化物理模型構建的過程與方法，加深對物理概念的深度理解。

（二）探究性活動——探新知，建模型

實驗目的：定量探究作用力與反作用力的大小關系。

實驗方案一 ?用A、B兩個彈簧測力計探究作用力和反作用力的大小關系，學生分組實驗并完成導學案上的表格。

學生質疑：彈簧測力計在運動的時候很難讀數。

實驗方案二 ?用力傳感器探究作用力和反作用力的大小關系，教師介紹力傳感器的原理，然后邀請學生上講臺演示（引導學生在靜止、勻速、加速、減速等情景中做實驗），學生得出的作用力與反作用力之間的關系如圖2所示。

學生總結：不管是靜止狀態還是勻速、加速、減速運動狀態，兩物體之間的作用力和反作用力都是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。這就是牛頓第三定理。

設計意圖：通過以上的探究實驗，使學生逐步深入問題情景，知道如何定理描述“物體間相互作用力”的關系，并且讓學生經歷從定性到定量、感性到理性的科學探究過程。

（三）進階性活動——挖內涵，分析模型

教學情景3：邀請學生上講臺重做課前小游戲，其中男生坐在滑板上，結果女生贏了。（如圖3所示）

學生活動：分組討論輸贏的原因到底是什么？

學生討論后回答：①第一次男生贏是因為男生拉女生的力大于地面對女生的摩擦力。②第二次女生贏是因為女生拉男生的力大于地面對男生的摩擦力。③兩次比賽里，男生拉女生的力與女生拉男生的力大小都是相等的。④輸贏跟力氣大小沒有關系，跟所受的摩擦力有關。

設計意圖：當物理模型被構建后，就需對其進行分析，以了解模型的結構和內容，做出以模型為基礎的推論。通過讓學生經歷“認為力氣大拔河贏”——“原來拔河輸贏力氣一樣大”——“輸贏與物體受到的摩擦力有關”這樣的探究過程，引導學生觀察物理現象，分析物理模型，歸納本質屬性，總結其內涵，體驗其適用范圍，形成其外延，以促使學生進一步對物理概念、規律的理解。

（四）遷移性活動——學致用，拓展模型

教學情景4：播放視頻——長征2號運載火箭發射。

學生活動：分組討論火箭升空的原理，并動手嘗試用氣球模擬火箭發射。（如圖4、圖5所示）

設計意圖：通過小組討論的形式，讓學生學會用課堂上剛剛構建的物理模型解釋物理新情景，甚至在已構建物理模型的基礎上進行延伸，再構建一個新的物理模型。以應用知識型小實驗為載體，教師設計與生產，生活緊密聯系的物理模型，讓學生自主探究，同時解釋其疑問，有利于提升學生的遷移應用能力。

三、教學反思

在“牛頓第三定律”教學過程中發現，探究式課堂有助于學生在模型建立、模型分析和模型拓展階段自主建構物理模型，有利于激發學生學習興趣，有利于學生形成清晰的物理概念，有利學生對物理規律的正確理解，有利于學生解決實際問題，落實物理學科核心素養的培養目標。

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