指向學生“物理觀念”形成與發展的教學實踐

楊金虎

與物理概念相比，物理觀念更具普遍性和綜合性。從高中物理教學的角度來看，物理觀念是解釋現實生活和自然現象的基礎，它涵蓋了物質觀、運動與相互作用觀以及能量觀等方面。在物理教學中，教師需要正確區分物質觀念和物質知識。物質知識是基于理性化的人類經驗，并且是人類理性認識的產物，它具有一定的主觀性，是對事實和觀點的支撐。而物質觀念則是對知識觀念的支持，它涉及我們對物質本質和特征的理解，其關系如圖1所示。

學生通過課堂教學媒介學習具體的物理知識，并將其沉淀下來形成個人的物理思維和物理觀念。學生學業能力的提升與思維能力的發展以及對學科的理解密切相關，這不僅僅是簡單的學科知識積累。因此，筆者摒棄傳統的知識本位思想，以人教版高中物理必修1“彈力”為例，嘗試構建學生物理觀念的具體路徑。

一、創設游戲情境，實現課程導入

師（演示操作）：同學們，老師手中有一根彈簧和一根電線，分別對其施加外力，你們觀察到什么現象？

生A：老師，彈簧的形狀發生了改變。

生B：老師，電線的體積有所改變。

師：根據實驗結果，現在請同學們分別對桌子上的彈簧、氣球、橡皮泥、尺子等施加外力，你們觀察到了什么？發現了哪些異同？

學生間進行交流和分享。

生A：老師，我發現了橡皮泥、電線等物體在發生形變后無法恢復。

生B：老師，我發現物體的彈性形變有很多種，如壓縮、拉伸和彎曲等。

（設計意圖：結合實際生活中的物體，讓學生的在體驗中感受物理知識，強化同學間的合作與交流。）

教師借助多媒體設備向學生展示杭州第19屆亞運會上的視頻集錦。

師：同學們，在這場運動會中有非常多的精彩瞬間值得我們回味，請同學們結合剛才播放的視頻選段，思考一下，視頻中的運動項目有哪些共同點呢？

生A：跳板、撐竿跳和射箭項目都需要借助工具外出，在運動期間，物體會發生形變。

師：這位同學總結得非常好，接下來，我們將學習本節課的內容——彈力。

（設計意圖：從剛才的動手操作到觀看亞運會視頻材料，通過創設情境的方式，幫助學生回憶，進而引出本章節的內容。）

師：同學們，你們還記得初中教材中對“力”的定義嗎？力有哪些作用呢？

生B：力是物體間的相互作用。

生C：力可以改變物體運動狀態或者使物體發生形變。

師：同學們，剛才我們利用身邊的物體施加外力，那如果是桌子、尺子以及彈簧秤呢？請結合我們的日常生活，回憶這些物體是如何發生形變的，在發生形變的時候有哪些異同？

生A：橡皮泥在發生形變后是無法恢復的，但是有些如彈簧等，發生形變后，將外力撤掉，還可以恢復。

教師總結：通過剛才的實驗，同學們進行交流，并得出結論，物體在撤掉外力后可以恢復原有形狀的，稱為彈性形變，最常見的有氣球、彈簧等；反之，有些在撤掉外力后無法恢復原狀，如橡皮泥、電線等。

二、圍繞問題，展開討論

師：同學們，當用力拉彈簧時，彈簧一定會恢復原有狀態嗎？一定會發生彈性形變嗎？

教師借助一個小彈簧，向學生演示實驗。

學生通過仔細觀察、發現，當我使用不同力度拉彈簧時，彈簧的形變不同，甚至會發生塑性形變，由此學生進行討論，并總結。

（設計意圖：在學生原有認知的基礎上，結合初中所學物理知識，給出彈性形變的概念，讓學生直觀地感受“量變到質變”的過程。）

師：同學們，剛才我們還給桌子、椅子施加了外力，你們觀察到桌子和椅子發生形變了嗎？

生A：發生了，只是我們看不到。

生B：沒有，我沒有感受到桌子的變化。

為此學生又展開了新一輪的交流。

為了讓學生理解物體的微小形變，我提出問題：同學們，像彈簧、氣球等在受到外力作用的時候，會發生較為明顯的形變，那說明物體只要受到外力作用就一定會發生形變嗎？

借助教學器材，邀請兩名學生上講臺進行實驗演示（如圖2），學生通過觀察實驗全過程，思考這一現象發生的原因。

A同學沿著圖中F的方向，向桌子施加了一個向下的壓力，此時光點向下移動，放手后，光點開始向上移動。

（設計意圖：讓學生通過動手實驗的方式，利用光點移動來判斷桌子在受到外力后發生了形變，只是這種形變比較微小。）

接著，我拿起提前準備好的塑料水瓶用力一捏，“同學們，你們看到了什么？”

學生一起說塑料水瓶發生了明顯的形變，被捏癟了。

緊接著，我問：“如果我換成玻璃杯呢？”（此時拿起手中的玻璃杯，用力捏，臉上出現痛苦的表情）。

師：老師剛才已經用了很大的力氣捏玻璃杯，但是我們用眼睛無法看到玻璃杯的變化，那玻璃杯是否發生形變呢？請同學們以小組的形式展開討論。

A組代表：我們可以在玻璃杯中裝滿帶有顏色的水，插上帶有細管的瓶塞，觀察玻璃杯液面變化的情況，相較于自來水，帶有顏色的水更易于觀察。

我將自己準備好的實驗器材拿出來，展示給學生看，說：“剛才A組同學說得非常好，老師已經提前準備了一套實驗設備，現在請一位同學上臺演示，同學們看一下水杯發生了怎么樣的變化。”

此時學生從玻璃瓶的中間用力，玻璃瓶中細管的液面緩慢上升。

師：那如果我們從玻璃杯的兩側用力，猜測一下，細管液面會發生變化嗎？

生A：對玻璃杯兩側用力，細管液面會下降。

師：剛才幾組實驗，說明了一個什么問題呢？

生B：生活中有些物體形變過程是我們肉眼看不到的，但的的確確是存在的，這屬于微小形變。

（設計意圖：通過實驗分解的方式，讓學生觀察微小形變發生的過程，同時又利用實驗放大微小形變，如借助細管，讓學生觀察細管液面的變化程度等，因而得出一切物體在受到外力作用的時候會發生形變，只是形變程度不同。）

三、探索彈力本質，形成物理觀念

教師向學生展示撐竿跳運動視頻，并引導學生觀察視頻，思考撐竿跳的原因。

生A：運動員在撐竿的過程中，撐桿會發生形變，這個形變在恢復的過程中給運動員產生了一個外力，促使運動員往高處跳。

師：這到底是一個怎么樣的過程呢？教師將準備好的小車、彈簧、鉤碼拿出來，組裝成實驗器材，并展開演示實驗。

實驗一：拉動彈簧，在彈簧恢復過程中，小車的運動狀態是否發生改變呢？

實驗二：拉動彈簧，使其發生塑性形變，此時再拉動彈簧，彈簧是否恢復，與其接觸的小車運動狀態是否發生改變呢？

生A：實驗一中的小車運動狀態發生改變，這是因為受到彈簧的作用。

生B：實驗二中的小車未發生運動，這是因為彈簧已經發生了塑性形變，無法給到小車外力。

師：若是我們將實驗中的彈簧換成木塊，讓其與小車接觸，小車是否會發生運動？為什么呢？

生C：小車不會運動，因為木塊未能給小車一個力的作用。

師：那現在有哪位同學結合剛才的實驗，總結一下什么是彈力？

生A：物體發生彈性形變后，因為其要恢復原來的狀態，會對與它接觸的物體之間產生作用，這個力就稱為“彈力”。

師：A同學概括得非常好，彈力是指兩個相互接觸的物體之間，由于相互擠壓發生彈性形變而產生力的作用。

師：現在，我們請同學們利用身邊的物體感受一下彈力，相互交流，嘗試說出在這個場景下什么是施力物體，什么是受力物體，判斷一下彈力產生的原因。

（設計意圖：通過對比實驗，讓學生觀察實驗現象和實驗結果，總結彈力是什么，并分析彈力是如何產生的，彈力產生的三要素，這是本節課的教學難點和重點。）

A同學拿著一本書放在水平桌面上。

A同學的同桌說道：將一本書放在書桌上，此時桌面對書有一個向上的支持力，說明書對書桌是一個向下的壓力。

回顧剛才的視頻，運動員撐竿跳的時候，我們可以明顯地看到撐桿被運動員壓彎，撐桿發生彈性形變；運動員在跳板時，跳板同樣被壓彎，此時跳板發生了彈性形變，撐桿、跳板都有彈力產生。

生A：兩個物體相互接觸就產生了彈力。

師：那如果是兩個靜止的木塊呢？雖然它們相互接觸，但是沒有擠壓，是不是沒有彈力產生呢？

生B：應該是兩個物體相互接觸，且發生擠壓。

師：那我們將水氣球放在泡沫板上，分別觀察水氣球和泡沫板的變化。

生A：泡沫板發生了向下的形變，若是要恢復，則是方向向上，因而對水氣球的支持力是向上的。

生B：水氣球的形變方向是向上的，恢復原有形狀的過程方向是向下的，因而給泡沫板一個向下的力。

師：泡沫板對水氣球的支持力是垂直于接觸面的，且指向水氣球；水氣球對桌面的壓力是與施力物體恢復狀態的方向相同，因而是垂直于接觸面且指向被壓物體。

師：同學們，那我們觀察一下教室的吊燈，教室的吊燈是用一根繩子懸掛一個白熾燈，處于靜止狀態，哪位同學分析一下白熾燈的受力情況？

四、聯系例題，學以致用

問題1：用力擠壓教室內的地板，教室地板未發生形變，因此有學生認為，當物體足夠堅硬，物體在受到外力時不會發生形變，你覺得這種說法正確嗎？

生A：這種說法是錯誤的。任何物體在受到外力作用后都會發生形變，沒有物體能夠在受力時完全不發生形變。實際上，所有的物體都具有一定的彈性，無論是堅硬的金屬、巖石，還是柔軟的橡膠，它們都會在受到外力作用下發生形變。

問題2：關于形變，下列說法正確的是（? ）

A．物體形狀的改變叫彈性形變

B．物體受到外力作用后發生的形狀改變叫非彈性形變

C．只有發生彈性形變的物體才可以產生彈力

D．任何物體在外力的作用下都能發生形變，受力后不發生形變的物體是不存在的

（設計意圖：理解彈性形變和非彈性形變的區別有助于學生更好地掌握彈力的概念，培養學生的物理觀念。）

五、教學反思

物理學科中的知識往往是零散的，即使學生掌握了大量具體知識與技能，也不能從物理學的角度去認識自然、理解自然、改造自然，也就無法培養出物理核心素養。在實際教學過程中，教師需要采取恰當、生動的方法引導學生將物理知識與生產、生活密切聯系起來。教師應該重視物理情境的創設，讓學生置身于真實的物理場景中，還原物理概念和物理規律的建構過程。

（作者單位：東營市勝利第二中學）

編輯：溫雪蓮