“二力平衡”教学设计与反思①

(江苏省常州西藏民族中学,江苏 常州 213000)

1 引言

学生的认知经验是学生在实践活动与生活体验中建构和生成的关于自己生活世界的价值观念、思维方式、知识与技能、情感体验及反思行为等构成的综合体。[1]物理是一门与学生的生活密切联系的学科,学生认知经验是教学的起点,初中物理课堂教学应基于此进行设计。笔者结合自身的教学实践,对苏科版八年级物理教材“二力平衡”一节内容进行教学设计。

2 创设真实情境，让学生感受力与运动的联系

人们的生活离不开力与运动,学生在生活中已获得大量有关力与运动的体验,但是他们还没有建构起有关力与运动的科学观念。为了唤起学生关于力与运动的经验,可以在引入环节播放生活中物体运动的视频，从贴近学生的实际生活经验的现象入手,让学生通过真实的运动感受到力与运动之间的密切关系,为进一步学习本节内容创设良好的情境。

3 列举生活实例，让学生了解二力平衡的相关概念

二力平衡知识是学生研究力与运动问题的关键,也是分析力与运动的基础。由于学生已有的知识与技能、情感体验等已经对“平衡”概念有一定的了解,对于平衡状态、平衡力与二力平衡的概念并不需要过多的讲解和分析。[2]因此,教师需要基于学生认知经验设计观察生活实例的活动,通过实例引导他们自主分析在平衡状态下物体的受力和运动情况。我们可以从生活中选取静止的物体和做匀速直线运动的物体,引导学生分析这些物体的运动状态和受力情况。这样的设计比较贴近学生经验,从静到动,从简单的平衡状态到多力的平衡状态,学生很容易从这些熟悉的事例中理解平衡状态和二力平衡的概念,继而为本节探究二力平衡条件的实验打下基础。

4 制造认知冲突，设计二力平衡条件的实验

探究二力平衡的条件不仅是本节的重、难点,也是提升学生思维品质和探究能力的重要环节。教科书上直接把实验器材和实验方案呈现给学生,从某种程度上说,降低了学生探究实验的难度,但是,通过分析学生的学情，我们发现：利用实验改进过程中出现的问题制造与学生直觉经验的认知冲突,可以激发学生探究的欲望,提升学生的思维品质。在设计探究二力平衡条件的实验时,可以将实验过程改进为以下三步。

(1) 从研究竖直方向的两个力到研究水平方向的两个力。在这一环节的设计中,首先呈现给学生一个静止在桌面上的木块,学生通过受力分析后不难发现,研究竖直方向重力和支持力时,支持力的测量比较困难,进而想到研究水平方向的两个力。在教师引导下,同学们认为在木块两端的细绳上挂钩码,可以对木块施加两个水平方向的拉力,这样改进后的实验装置操作起来较为方便。

(2) 从水平木板装置到竖直铁架台装置。将两端系有细线的木块放在水平木板上,木块两端各挂一个相同的钩码时,木块确实处于平衡状态,但是,当两边所挂钩码个数不相等时木块仍然平衡。此处教师通过演示实验设疑,目的在于打破学生常规思维,让学生产生认知冲突,促使他们进一步发现木块与木板之间的摩擦阻碍了实验的进行,于是,学生纷纷想办法减小摩擦,最后一致认为利用竖直铁架台把木块悬空可以最大限度减小摩擦。

(3) 从木块作为研究对象到选择纸牌代替木块。教师演示将木块用细线悬吊在两个铁架台之间时,解决了木块与木板之间的摩擦问题,却又出现了新的问题,此时木块受三个力作用,而我们实验探究的是两个力的平衡。如何将三个力演变成只研究两个力的平衡呢?这里主要是排除重力对实验的影响,学生很容易想到换一个较轻的物体,而他们在生活中常见的轻质物体就是纸牌。我们知道物体所受重力是无法消除的,对于本实验只能最大限度减小重力对实验的影响,教师需要在这里向学生渗透一种重要的物理思想,即物理实验中经常会忽略次要因素对实验的影响。

在设计探究二力平衡条件的实验方案这一环节,我们可以将实验的改进过程作为一种教学资源渗透到教学中。教师通过设计问题串引导学生积极思考,使学生在原有经验的基础上产生思维冲突,学生在参与实验改进的过程中学会思考、学会质疑,从而使他们的思维得到延伸。当学生看到共同改进的实验装置更完善时,他们不仅能深刻理解探究的问题,而且对实验生成了新的认识,这就是学生创新思维的萌芽。[3]

5 组织小组合作，探究二力平衡的条件

探究二力平衡条件的实验不是实验的简单展示,而是学生共同合作、交流讨论的探究活动,实验的目的不仅是得出实验的结论,还要让学生从小组合作中体验思维碰撞。本环节要注重向学生渗透科学方法的教育,关于控制变量法,只要教师稍加点拨,学生便可想到。[4]大部分学生猜想到二力平衡的条件有：大小相等、方向相反、作用在同一直线上。在实践教学中,学生比较容易通过实验得出“大小相等”和“方向相反”的条件,对于“作用在同一直线上”这个条件的探究较为困难,学生自主探究活动的重点就是探究这个条件。

在学生实验过程中,教师要巡视指导,注意寻找学生实验的典型案例。例如,在探究“作用在同一直线上”的条件时学生可能出现向上拉纸片或向下拉纸片的情况,也可能出现将纸片的两端细线调节到高度不一样的情况,教师找几个典型的小组，在大家面前展示他们的实验情况,小组之间相互评价,集思广益,在教师的引导下共同改进自己的实验过程,得出实验结论。在学生总结出二力平衡的三个条件后,可以让学生尝试将纸片从中间剪开,观察纸片是否保持平衡,引导学生发现二力平衡其实还有一个隐含的条件——作用在同一物体上。

6 结语

课堂教学设计的目标就是引导学生运用已有的知识经验去解释新现象、解决新问题,让他们经历认知冲突,从而引起心理上的不平衡,产生获得平衡的认知需要。同时,课堂教学还要兼顾学生认知过程中的最近发展区,这也是我们教学设计中的着眼点。[5]初中阶段的学生仍然停留在“经验性”思维阶段,中学物理课堂的教学应基于学生经验进行设计,使物理教学的过程更符合学生的认知特点和知识经验,这样才能促使学生在课堂中更好地建构物理知识、学习物理思维方法、培养探究精神。