培養初中生物理觀念的實踐與思考

范鵬

【摘要】物理觀念是初中物理學科四個核心素養的重要部分，落實培養初中生物理觀念是新課標的重要要求，在教學中教師要引導學生將學習和生活經驗相結合，設計實驗小活動，鼓勵學生參與探究活動，引導學生建立物理觀念。

【關鍵詞】新課標；核心素養；物理觀念；物理實驗

2022年5月頒布的義務教育物理課程標準中，核心素養是課程育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。物理課程要培養的核心素養，主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。課程標準對物理觀念也作出了明確的界定：物理觀念是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等基本認識，是物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華，是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎。物理觀念的形成，是一個長期的逐步積累的過程，是學生在初中物理知識的學習過程和應用實踐過程中逐漸形成的。在這個過程中，學生的科學探究和思維能力得到發展和提升，并形成良好的科學責任和科學態度。在此過程中，學生遷移所學的知識，反思批判原來所形成的物理觀念，形成新的物理觀點和認識，構建新的物理觀念。在課程改革及新課標要求的背景下，一線物理教師在教學中如何高效引導學生建立物理觀念是每一位教師要重點實踐的課題。筆者結合教材內容和一些具體的教學實例談自己的做法和思考，和同行們一起交流。

一、以“物態變化—溫度”一課的教學為例

1.教學目標

新課標的具體要求是：能列舉自然界和生活中不同狀態的物質。了解三種形態的不同特征及原因。知道在一定條件下物質的三種形可以發生變化。理解溫度的物理意義，了解生活環境中常見的溫度值。知道常用溫度計的制作原理、構造和刻度方法，會正確使用溫度計測量溫度。知道攝氏溫度和熱力學溫度，了解它們之間的關系。通過給大量不同狀態的物質按照固、液、氣三種不同狀態分類，體會物質分類的多種方法。通過觀察水的物態變化實驗分析物質發生物態變化的條件。通過觀察和實驗了解溫度計的結構，并通過測量溫度，掌握溫度計的使用方法。通過對物體溫度的估測，提高估測溫度的能力。通過對體溫計的觀察，了解體溫計在結構和使用方法上與一般液體溫度計的差異。通過冰化成水的實驗反映出事物在一定條件下可以相互轉化的事實，學會用辯證唯物主義觀點看待問題。通過對環境溫度的了解，養成愛護環境的意識。在使用溫度計的過程中，養成愛護儀器、實事求是的品格。通過參與教學活動，產生對物理學習的興趣和對科學的求知欲望，樂于探索自然現象和日常生活中的物理道理。

2.教學過程

知識點一：物態及其變化。

教師：冬天時水會結冰，濕衣服在太陽底下會晾干，燒開水時水壺里的水會變少，在這三種情況下，水變成什么了？

（學生討論回答）

教師：水、冰、水蒸氣該怎么分類呢？它們是不是同一種物質呢？

教師引出：同一種物質可以三種不同的狀態存在。物質三種狀態的名稱：固態、液態、氣態。

教師過渡：物理是研究物質的一門科學。我們學習物理就從區分物質的狀態開始。

教師：出示物體圖片（如鐵釘、冰塊、水、牛奶、氣球等），讓學生分別回答其狀態，思考其異同點。（建立物質的三種狀態概念，同時培養學生科學思維和歸納梳理能力）

學生：填寫“固、液、氣”特征表。（學生自主填寫，有的學生會填錯，教師應及時引導其交流更正）

教師提問：（1）物質存在的狀態總保持不變嗎？在什么條件下，水發生了狀態的改變？

教師進行如下演示實驗：

實驗目的：探究物質存在的狀態是否可以變化。

實驗器材：冰塊、燒杯、石棉網、支架、酒精燈。

實驗步驟：（1）將實驗器材組裝起來；（2）用酒精燈對燒杯不斷加熱，觀察加熱過程中出現的現象。

實驗現象：在加熱過程中會看到燒杯中的冰塊逐漸變成水，繼續加熱可以看到燒杯中的水開始沸騰，并且越來越少，變成了水蒸氣。

學生小組討論，得出結論：在一定條件下，物質狀態可以發生變化。“溫度變化”就是一種很常見的條件。

知識點二：溫度。

教師引入：現在天氣很熱，過一段時間會變涼，而冬天會很冷，春天時天氣較暖。“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中用溫度表示。

教師：準備三杯水（冷水、熱水、溫水各一杯），請學生用手指觸摸，并描述感覺。

學生：將左手食指浸入冷水杯，同時將右手食指浸入熱水杯，說出左手感覺和右手感覺。

學生：將左右手食指同時浸入溫水杯中，再說出此時感覺。

教師引出：憑感覺判斷溫度是不可靠的。要準確地知道物體的溫度，必須借助測量工具。

知識點三：溫度計。

（1）觀察實驗室溫度計。

教師：實驗室溫度計是由什么組成的？（注意引導學生觀察上面的標度）

學生小組討論后回答：液泡、玻璃管、刻度。

教師：液泡的作用是什么？玻璃管內徑為什么很細？

學生小組討論后回答：液泡里面裝著液體，內徑越細，測量越準確。

教師：上面的數字和字母分別表達什么？

學生小組討論后回答：℃是攝氏溫度的單位，數字代表溫度的高低。

教師：它能測量的最高溫度、最低溫度各是多少？

學生小組討論后回答：-20～110℃。

教師：它的分度值是多少？

學生小組討論后回答：1℃。

教師：生活中0℃是怎樣確定的？100℃是怎樣確定的？

學生小組討論后回答：標準大氣壓下，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℃。

教師引出絕對零度的概念，并讓學生閱讀“科學窗”，了解熱力學溫度和攝氏溫度、華氏溫度與攝氏溫度的關系。

學生自由測量，教師和學生共同總結正確的測量方法：

①選擇合適的溫度計測量待測液體的溫度，了解最小分度值；

②把玻璃泡完全浸沒在待測液體中，不碰容器底和容器壁；

③等溫度計的示數穩定后再讀數。讀數時，溫度計不能離開待測液體，視線要與玻璃管內液面相平。

（2）體溫計的使用。

教師點撥：使用體溫計時，能不能離開人體讀數？

學生回答：可以離開。

教師講解：體溫計在玻璃泡和玻璃直管之間有一“縮口”，即很細的彎管。使用時，體溫計內的液柱能夠遇熱自動上升、遇冷不能自動下降，所以可以離開人體讀數。

這節課的重點是讓學生能描述固態、液態和氣態三種物態的基本特征觀念，并列舉自然界和日常生活中不同物態的物質及其應用。課堂上將理論聯系實際，引導學生將平常的學習、生活經驗相結合，了解物質的三種基本狀態。教師還應以學生為中心組織科學探究實驗，了解液體溫度計的工作原理，會用常見溫度計測量溫度，并懂得對物體的冷熱程度的判定光靠感覺是不準確的，要進行科學測量，從而建立科學測量觀念。

二、以“壓強”一課的教學為例

1.教學目標

新課標的具體要求：本節課是初中物理教學中的重要內容，這些知識不僅與我們的生活息息相關，而且在生產、生活中應用廣泛。從科學內容的角度看，壓強的概念是本章內容的主線，既是對前面所學的力的作用效果的延續，又為后續研究液體壓強和浮力奠定了知識基礎；從科學探究的角度看，由壓強到浮力，探究活動的要求逐步提高，循序漸進。基于以上分析，學好本節課的內容有著重要的意義。要求學生通過實驗探究壓力的作用效果與哪些因素有關，體會控制變量的研究方法，意識到運用科學的方法進行學習的重要性，提升與他人交流分享的意愿，體會合作交流的樂趣。讓學生知道壓強的定義，符號表示、公式、單位的物理意義，能用壓強公式進行簡單計算。通過壓強概念的提出，體會比值定義概念的方法。知道增大和減小壓強的方法，通過對日常生產、生活中壓強現象的解釋，提高運用知識解釋簡單現象和解決簡單問題的能力。

2.教學過程

（1）教學引入。

學生體驗：用兩個手指用力向中間壓鉛筆。兩個手指的感受有什么不同？觀察兩個手指的凹陷有什么不同？

教師：兩個手指的受力大小相同嗎？為什么？

學生分析得出：兩個手指的受力大小相同，但產生的效果不同。

教師：同樣大小的力，為什么會產生不同效果呢？由此引入新課。

（2）“知識點”教學。

知識點一：壓力的教學。

教師結合實例，引導學生分析：電話機對桌面、斜躺的人對椅背、圖釘對墻面是否產生力的作用？你的依據是什么？作出這些力的示意圖，看它們有什么共同點？

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：使被壓的物體發生了形變。

練一練：①請在圖1中畫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，F1=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系嗎？

教師演示實驗：用雙面膠把一個100g的砝碼固定在一塊50cm長的彈性薄鋼片上，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；繼續抬高右端，增大鋼片與水平方向的夾角。

學生觀察并回答問題：

①該實驗通過觀察鋼片的彎曲程度判斷物體對斜面壓力的大小。

②斜面上的物體對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”）。（說明重力沒有變化，但壓力減小）

③若繼續增大斜面傾斜程度，直到與水平方向垂直，則物體對斜面壓力為零。（壓力產生和重力沒有必然的關系，只有當物體自由地放在水平面上時壓力大小等于重力）

通過實驗探究影響壓力作用效果的因素：

學生觀察思考：兩個體重相同的人，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？

教師提出問題：壓力的作用效果可能與什么因素有關？

實驗猜想：壓力的作用效果與壓力大小和受力面積大小有關。

實驗設計及實施：

因本節課的探究性學習活動，實驗操作方便，結論容易獲得。所以，為了充分調動學生的思維，發展學生的創造能力，給每個小組準備如下器材：海綿、壓力小桌、鉤碼、氣球、圖釘。

提示學生：如何控制物理量設計實驗（把學生的設計思路用多媒體進行展示）。

讓學生自主選擇實驗器材進行探究，學生做實驗并填寫表格。

①選擇實驗器材__________________________。

②目的：探究壓力的作用效果與___________的關系。

③實驗方案：應控制___________不變，改變________看壓力作用效果是否發生變化。

方案1：海綿、壓力小桌、鉤碼（探究實驗：模仿課本實驗）。

方案2：氣球、圖釘（探究實驗：用圖釘模擬釘板）。

實驗結論：當壓力相同時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。當受力面積相同時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。

[設計意圖：教學活動以學生為主體，以學生的感性認識為切入點，親歷實驗探究的過程，體會科學探究的方法。同時，實驗器材取自生活，探究活動富有樂趣，充分調動學生學習的積極性。培養學生尊重科學，樹立科學思維、科學探究的物理觀念。]

知識點二：壓強的概念。

借此實驗探究的結論深入探討分析（結合圖2和圖3比較壓力的作用效果）。

①受力面積相同，通過比較壓力的方法判斷壓力作用效果；

②壓力相同，通過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。

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

例題1：大象的質量是5×103kg，每只腳底的面積是6×102cm2，試求大象四腳站立時對地面的壓強；芭蕾舞演員的一只鞋尖與地面的接觸面積是9.5cm2，對地面的壓力是475N，芭蕾舞演員一只鞋尖觸地時對地面的壓強和大象四腳站立時對地面的壓強二者誰對地面的壓強大？

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

知識點三：增大和減小壓強的方法。

生活中有時需要增大壓強，有時需要減小壓強。如何增大壓強和減小壓強呢？

引導學生通過公式找出增大和減小壓強的方法。

鞏固練習：①一個重為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，求板擦對黑板的壓強為多少？

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，寫出甲對乙的壓強表達式以及乙對甲的壓強表達式。

綜上可知，八年級學生的思維正處于從形象思維到抽象思維過渡的階段，這一時期，學生的認識還是以感性認識為主，物理觀念不強。而壓強的概念比較抽象，這就要求教師首先要幫助學生建立感性認識，通過設計實驗活動引導學生總結經驗、規律，培養抽象思維能力和推理能力。在本節課的教學活動中，教師重視學生的感性認識，以學生的經驗出發，利用身邊的器材進行實驗，引導學生發現物理與生活密切相關。同時，鼓勵學生參與探究活動，采用啟發式講授與實驗探究相結合的方式，關注學生的思維發展，不僅體現了“物理是一門以實驗為基礎的學科”，而且注重引導學生對科學方法的體會。例題選取富有現實意義，且重點突出，知識應用環節注重素材的生活化，傳遞了一種積極觀察生活的物理觀念。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]姜鈺婷.創設情境鏈培養初中生物理觀念的實踐研究[D].成都：四川師范大學，2022.

[3]斯琴高娃.以培養初中生能量觀為核心的“電能與電功率”單元教學實踐[D].呼和浩特：內蒙古師范大學，2022.

[4]陸旋.以物理探究活動，促初中生核心素養生成[J].中學生數理化（教與學），2020（05）.