重視概念教學 著眼學生發展①
——以“力 彈力”教學為例

樊海霞

(南京師范大學附屬中學樹人學校,江蘇 南京 210011)

物理概念是客觀事物關于物理的共同屬性和本質特征在人們頭腦中的反映。重視概念教學,是著眼于發展學生的核心素養、促進物理觀念形成的重要體現。“力 彈力”是蘇科版初中物理教材第八章第一節的內容,學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生力的作用”“一個物體也可以產生力的作用”等。正確的前概念對物理學習有促進作用,錯誤的前概念則需要師生共同努力才能轉變。如果這些錯誤的前概念不被暴露和轉變,則很難消除,即使在作業和考試中被糾正,也很容易形成反復。

因此,本節課教學的難點在于既要幫助學生建立對于力和彈力的正確認識,又要幫助學生暴露錯誤的前概念,并通過有效的教學加以轉變。

教育重演論指出:學習者學習科學的過程與人類研究科學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”。所以本節課的教學設計采用“重演”的方式,讓學生經歷概念的自主建構過程。

1 從生活走向物理,體驗概念建構

1.1 創設情境,獲得感知

教師播放行星繞日運動視頻,提出問題串。

問題1:你認為是什么使得這些行星一直有序地繞日旋轉?

生:力。

師:對,力左右著宇宙萬物的運動,它是聯系萬物的紐帶。

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生力,是不是只有人才能產生力的作用呢?請舉例說明。

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

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出聲音嗎?說明什么?

問題4:兩個不接觸的物體之間可以產生力的作用嗎?請舉例說明。

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

2 從感性走向理性,理解概念

2.1 歸納演繹,認識彈力

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。有一些物體發生形變后,撤去外力后能恢復原狀,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生的是彈性形變?

問題2:當用手壓氣球,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,物體發生彈性形變后,力圖恢復原狀,會對另外一個物體產生力的作用,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(學生敲一敲,感受玻璃的硬度),當我們捏瓶身時,你認為瓶與手之間有彈力嗎?

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

圖2

生:轉化放大法,在探究聲音的產生時曾經用過。

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。

設計意圖:問題1和問題2建立在力的概念基礎上,搭建貼近學生最近發展區的思維臺階,引導學生自主建構彈力概念,認識彈力產生的條件。問題3利用猜想和實驗現象之間的沖突,幫助學生認識微小形變和彈力的對應關系,將生活中學生熟悉的推、拉、提、舉、壓、支持力等與彈力聯系起來,幫助學生建構彈力概念。

2.2 實驗探究,深度理解

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

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量,在標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,你有什么發現?

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(一組數據全部在彈簧彈性限度內,另一組則包含超出彈簧彈性限度的數據),對比兩組實驗結果(圖3),你還有什么發現?實驗結論應該做怎樣的修正?

圖3

生:在彈性限度內,彈簧伸長量與所受外力成正比。

設計意圖:設計問題串,引導學生探究,記錄、處理數據,得到彈簧的形變量與所受外力之間的定量關系。同時,這部分數據收集的過程也服務于后面自制彈簧測力計的教學,既能充分利用實驗數據,又能節省課堂時間。通過教師的演示實驗,引導學生修正和完善實驗結論。

在物理概念教學中,學生運用自主探究、建構的方式學習,改變過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀,有助于學生養成主動參與、樂于探究、勤于動手的習慣,有助于培養學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,提高學生的核心素養。

3 從原理走向應用,深化概念理解

3.1 聯系實際,解決問題

問題:將你的筆袋掛在剛剛做實驗的彈簧下端,根據之前所做的標記,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系的標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商,你認為它還有哪些不足?怎樣改進?

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果進行比較,兩者是否一致?

問題2:使用彈簧測力計時需要注意什么?

設計意圖:通過問題串引領,學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識和改進,再將自制的彈簧測力計與彈簧測力計進行對比,便于學生了解彈簧測力計的量程、分度值和使用方法,使學生探索新知的思維過程更加精細。

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

4 從物理走向社會,架構概念網絡

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

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能夠承受的拉力的大小?

設計意圖:將所學知識加以應用,緊貼所學概念進行基礎性練習設計,題目情境源自課堂實驗,在問題串的設置上注重體驗和創新能力的培養。

5 結語

美國心理學家加涅認為:人類的學習是復雜多樣的,是多層次的,總是由簡單的低級學習向復雜的高級學習發展,構成依次遞進的層次與水平。概念的建立,不要急于一步到位,而是要遵循學生的認知規律。重視物理概念教學,關注學生的前概念,引導學生自主建構概念,幫助學生逐漸明白:為什么要建立這個物理概念?這個物理概念的內涵是什么?在生產、生活中有什么應用?促進學生在物理學習中逐步形成適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。