例谈基于物理核心素养提升的习题课教学——共点力平衡问题的教学片段

李 祥

(江阴长泾中学,江苏 江阴 214411)

例谈基于物理核心素养提升的习题课教学
——共点力平衡问题的教学片段

李 祥

(江阴长泾中学,江苏 江阴 214411)

近来关于提升学生核心素养的教育思想渐渐为大多数教师认可，并在平时的教学过程中不断尝试.本文是在提升学生物理核心素养这个目标指导下，笔者对一节高三一轮复习的习题课——共点力平衡问题的思考和做法,通过具体的内容和操作来体现物理核心素养的培养.

物理核心素养;习题课;共点力平衡;教学案例

物理教学的价值应该是提升学生的物理学核心素养.物理核心素养的关键要素包括“物理观念与应用”、“科学思维与创新”、“科学探究与交流”、“科学态度与责任”4个方面.“物理观念与应用”是指对物理学科发展中核心概念和规律的理解与应用;“科学思维与创新”是指了解并掌握研究问题的思想和方法;“科学探究与交流”是指解决问题的意识和能力;“科学态度与责任”是指对科学研究的热情和实事求是的态度.这些要素如何在物理教学中得到体现便是一线教师所要面对的课题.本文笔者通过对一节习题课的教学来谈谈想法和做法.

这节习题课属于高三一轮复习共点力的平衡这个专题.笔者围绕一个模型进行迁移变化,在解题的过程中以求达到提升学生物理核心素养的目的.

图1

例题.如图1所示,一根不可伸长的细绳的两端分别固定在L型支架上的A、B点,一光滑的小滑轮放置在细绳上,滑轮下面挂着质量为m的重物,若只将细绳的A端缓慢向上移动一小段距离,则移动过程中

(A) 细绳所受拉力保持不变.

(B) 细绳所受拉力逐渐增大.

(C) 细绳所受拉力逐渐减小.

(D) 细绳与竖直方向的夹角α和β都减小.

图2

图3

解析:此题的难点在于学生难以把握细绳的A端缓慢向上移动一小段距离的过程中绳子夹角的变化情况.无法确定夹角的变化就无法采用图解法或者函数解析法.此时最好的方法、最直接的方法也是最让人信服的方法就是——实验法.于是笔者设计了一个简易的装置(如图2).通过实验我们可以清楚地看到在A端缓慢向上移动的过程中,左侧的细绳没有动,右侧的细绳向上平移但不改变张角.然后利用力的传感器将力的大小通过数字化信息系统在计算机上显示出来,数据直接显示拉力是不变的(如图3).在教学过程中我们可以辅助理论的分析,让学生体会实验与理论相结合的思想,让学生感受实验和理论完美吻合是多么的美妙.我们可以充分利用这个装置来将以前 “纸上谈兵”的题目以迁移的形式呈现,然后通过实验直观地感受各个物理量的变化.但我们必须意识到实验法只能帮助我们观察变化,最终做题还是要靠解析法.

在例题的基础上我们可以通过改变动作来迁移出新的题目:

迁移1:在上面的例题中如果只将细绳的B端缓慢向左移动一小段距离,则移动过程中

(A) 细绳所受拉力保持不变.

(B) 细绳所受拉力逐渐增大.

(C) 细绳所受拉力逐渐减小.

(D) 细绳与竖直方向的夹角α和β都增大.

解析:此题可以先通过现成的实验装置进行模拟实验从而得到结果,再让学生通过图解法或者函数解析法来解决.

迁移2:如果只将L型支架逆时针缓慢旋转90°,则移动过程中

(A) 细绳所受拉力保持不变.

(B) 细绳与竖直方向的夹角α和β都减小.

(C) 细绳所受拉力先增大后减小.

(D) 细绳与竖直方向的夹角α和β都先增大再减小.

图4

解析:此题是笔者原创,是问题迁移的必然产物.此题也可以先通过现成的实验装置进行模拟实验从而得到结果.用解析法解决比较困难,需要用到转换的思想,变支架的旋转为绳子的旋转,另外还需要了解椭圆的相关知识.我们可以通过PPT的动画演示来辅助教学(截图如图4).在解题的过程中我们不断发现困难并想方设法克服困难,从中开拓眼界、提升能力.另外我们也体会到多种手段和技巧的配合使用能更好地解决问题.

下面围绕核心素养的4个要素来谈谈教学过程中是如何提升学生核心素养的.

1 物理观念与应用

“物理观念与应用”是从物理学视角形成的关于物质、运动、能量和相互作用的基本认识;是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华;是运用物理知识和方法解释自然现象和解决实际问题的能力.在本节课中需要学生对相互作用有基本的认识和解决问题的能力,需要知道重力和弹力的概念以及椭圆的基本知识，会受力分析，能运用力的合成和分解以及动态平衡的处理方法，掌握平行四边形定则.学习和运用这些知识的过程就是提升核心素养的过程.

2 科学思维与创新

“科学思维与创新”是从科学视角对客观事物本质属性、内在规律及相互关系的认识,是分析综合、抽象概括、推理论证等科学思维方法的内化;是基于事实证据和科学推理对已有观点或结论进行质疑、批判,并提出创造性见解的能力和品质.在本节课中可以强化学生对共点力平衡中的绳子模型的认识和解决能力从而提升学生建构物理模型的意识和能力.在解题过程中培养学生使用不同的思维方法从定性和定量两个方面进行科学推理,找出规律并形成结论.在迁移2中需要用到转换的思想(对于学生算是一种创新的要求),变支架的旋转为绳子的旋转从而再借助椭圆的知识来解决问题.回看这两个迁移其实也是在培养学生举一反三的意识和能力,让学生养成在今后能够自发地迁移、积极地考虑问题的多样性和复杂性,这正是科学的思维与创新.

3 科学探究与交流

“科学探究与交流”是指具有科学探究的意识,能在真实情景中提出科学问题,形成猜想与假设,利用科学方法获取和处理信息并形成结论.在本节课例题的解决中就需要学生对于绳子夹角的变化提出猜想和假设,再借助几何知识和物理知识进行证明.当然也可以通过实验操作得到直接的结论再辅助理论的分析.在迁移2中需要学生探究椭圆的特性,借助几何知识和物理知识一起解决问题,在教学过程中教师可以借助PPT的动画来显示旋转过程中的变化情况.在题目讲解的过程中可以让学生培养科学探究的意识和发现问题、使用各种科技手段和方法设计科学探究、获取证据从而解决问题的能力.

2017-02-13)