基于“三重融合”的初中物理教学改革与创新

郑成绩 陈祖标

摘 要：在新时代不断叩问中学物理之“难”过程中，福师大陈祖标团队直击问题形成的过程、缘由及机制，提出破解物理之“难”的方法和路径，建构了物理思维“三重融合”模型.本文以“来自地球的力”为例，诠释“三重模型”架构下的初中物理教学改革与创新，力求起到“画像、导航、评价”的作用.

关键词：物理思维;物理教学;学科素养

中图分类号：G6337 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）08-0013-04

基金项目：福建省教育科学规划课题“基于初高衔接的数理协同前置课程模块的研究与实践”（项目编号：FJJKCGZ19-290）.

作者简介：郑成绩（1972-），男，福建晋江人，本科，中学高级教师，研究方向：教学行为研究;

陈祖标（1965-），男，福建南安人，本科，副研究员，研究方向：基础教育与教师教育.

调研表明，对于大多数学不好物理的学生来说，学习物理的困难主要表现为三个“赌点”：一是学生看不懂题目;二是不懂画图建模;三是不懂得列式运算.在新时代不断叩问中学物理之“難”过程中，福师大陈祖标团队直击问题形成的过程、缘由及机制，提出破解物理之“难”的方法和路径，建构了物理思维“三重融合”模型（如图1所示）.在心理学中，根据思维任务的性质、内容和解决问题的方法不同，一般将思维分为实践思维（具物思维）、形象思维（具象思维）和逻辑思维（抽象思维）.实践思维是指以实际动作为支柱的思维;形象思维是指以事物的具体形象和表象为支柱的思维;逻辑思维则是以概念、判断、推理等形式进行的思维.将思维的三种形态，与学生遇到的三个“堵点”，交互分析比对时发现： 三种思维与“三个堵点”恰好一一对应起来了.第一个“堵点”对应实践思维，第二个“堵点”对应形象思维，第三个“堵点”对应逻辑思维.第一个“堵点”呈现出来的情况，说明是学生的实践思维出了问题，而实践思维出问题的原因，则可以合理性地推断是由于“以实际动作为支柱”的实践性教学环节（主要是实验）要么是缺失了，要么是学生还没有从实验教学和实验操练中真正理解和掌握实验的目的与要义;第二个“堵点”的情况，则说明是学生的形象思维出了问题，而形象思维出问题的原因，则要么是“以事物的具体形象和表象为支柱”的物理建模（主要是画图、作图和图示）出问题了，要么是不会画图建模，要么就是在图示中没能准确地表达出来;第三个“堵点”的情况，对应的是逻辑思维出了问题，而逻辑思维出问题的原因，往往是要么“以概念、判断、推理等形式进行”的逻辑演算（主要是公式、定理及列式运算）出问题了，要么是学生列式运算不正确，很大可能性就是结果算错了.

在发现“赌点”找出“原因”后，采取的“对策”是：精心创设对应的三个场景：现实场景、物理场景和数理场景.第一个场景是“现实场景”，即看题读题，掌握问题的关键;第二个场景是“物理场景”，即画图建模，找到解决问题的方法和路径;第三个场景是“数理场景”，即列式运算，求得问题的最终结果.

“三重融合”简而言之，就是要求教师和学生必须结成“学习共同体”，将解决物理问题时需要穿越的“三个场景”以及由此可能生成的三道无形的“障碍”，在有可能形成有形的“路障”之前，要千方百计把它排除掉，让“障碍”不再形成“路障”，而没有了“路障”，当然也就没有了“堵点”，没有了“堵点”，学习也就不存在困难和问题了，“三个场景”不就因此“三重融合”成了单一的“大物理场景”了吗？所谓的物理之“难”，相信已不再是难事了.

“三重融合”场景视目标、学情、内容灵活创设与应用，并非每节课都要面面俱到、平均用力.笔者以沪科版教材八年级“来自地球的力”为例，诠释“三重模型”架构下的初中物理教学改革与创新，力求起到“画像、导航、评价”的作用，案例中将“场景”表述为“情境”.

1 基于“三重融合”模型的教学案例：“来自地球的力”

1.1 教学目标

通过简单的任务设计，培育学生物理观念.通过提出问题、分析问题、解决问题，培养学生的科学思维.通过实验体验，培养学生的科学探究能力.

1.2 设计理念

知识问题化，问题情景化，在生成与互动中落实素养目标，培养学生独立分析、综合、评价的高阶思维能力.

1.3 教学用具

测力计、电子秤、三角板、铁架台等.

1.4 教学过程

1.4.1 情境创设

师：“同学们，今天我们探讨的课题是‘来自地球的力，首先请看屏幕.”随即屏幕出现一个苹果，接着又出现牛顿（如图2所示），紧接着追问“你们联想到什么？”

生： 很快进入牛顿与苹果的故事情境，并且与同学分享.

师：在学生情绪得到调动时候，教师简要介绍牛顿的辉煌成就：发明了微积分，写出了《自然哲学的数学原理》这本巨著，奠定了经典物理基础.以此塑造牛顿的“牛人”形象，并暗示学生：本节课老师将带领大家循着牛顿的思考路线去探究问题的本源，感受“牛人”的思考，努力使自己也能成为“牛人”.

该环节旨在用科普或故事的方式引入课题，激发学生学习兴趣，调动学生参与课堂的积极性、主动性.

1.4.2 问题引领

师：牛顿思考苹果为何不飞天上去，而落向地面？探究这个问题还得从“什么是力？”谈起，什么是力？

生：“力是物体对物体的作用.”学生回答干脆利落，可是当老师追问“什么是作用”时，教室一片安静.

师：其实，教材中对力的定义是很费解的，请看国外教材是如何定义力的（如图3所示）.

师生：教师邀请英语科代表读一下英文句子，读不来.这时教师用流利的英语给学生做示范，学生钦佩之情溢于言表，接着教师用图解的形式解释什么是力，学生心领神会，纷纷“哦”表示已经顿悟.教师趁热打铁，提醒学生注意观察桌上的一瓶矿泉水处于静止状态，当用手拉它的时候，矿泉水运动起来.学生通过观察思考，很快领悟到：矿泉水瓶运动状态发生改变，是受到手的拉力，施力物体是手.请学生继续观察拿在手上的矿泉水瓶处于静止状态，当松手后瓶子落向地面.学生受前面启发可以独立分析原因：矿泉水瓶运动状态发生变化，是地球把矿泉水瓶拉向地面，施力物体是地球.教师肯定学生的分析并引出课题：来自地球的力——重力.

该环节从学生的最近发展区出发，通过创设现实情境，启发学生发现重力，同时进一步理解“什么是力”，培养学生用力的作用效果分析力的物理观念.

师：重力也属于力，力有影响作用效果的“三要素”，那么重力的“三要素”如何呢？

生：能正确回答力的三要素：力的大小、方向、作用点，但重力的方向有的回答“向下”，有的说是“垂直向下”.

师：针对学生存在的普遍的错误认知，教师设计实验，师生共同探究重力方向.

师生：教师将事先泡好的红茶倒入空矿泉水瓶，盖紧瓶盖，再次让学生观察瓶子下落的过程，强调瓶子下落的方向即是重力的方向.因瓶子下落快，观察有一定困难，特别是运动轨迹不明晰.这时教师用绳子绑住矿泉水瓶，请一位学生握住绳子一端，提着矿泉水瓶，引导学生观察：瓶子现在的状态就是它下落到这个位置的“定格”，绳子就是瓶子下落的轨迹，这样重力的方向就“可视化”了，这样的方向叫“竖直向下”.请学生提着矿泉水瓶紧贴黑板，用粉笔画出水平面位置和绳子位置（如图4所示）.竖直向下方向是垂直水平面向下，若是垂直于斜面向下（铁架台置于斜面上），就不是竖直向下（如图5所示），所以“竖直向下”不能改成“垂直向下或向下”.

该环节由学生当场反馈的错误认知入手，创设现实情境，以具物化表征重力方向，让重力方向“可视化”，并用对比方式直观呈现“垂直向下”与“竖直向下”的区别和联系，符合学生认知规律，习得效果较好.

師：利用重力方向总是“竖直向下”，可以设计“重锤线”和“水平仪”.刚才绳子绑上矿泉水瓶的装置就是“重锤线”，若把绳子另一端固定在直角三角板的一顶点上（非直角顶点），就做成“水平仪”，那么它们在生活中有什么应用呢？

生：在教师讲解展示的基础上，学生联系实际，联系生活，都可以例举出生活中的应用实例.

师：肯定学生的精彩表现，引出重力的作用点——重心，介绍物体重心位置，对于质量分布均匀并有规则几何外形的物体，重心在物体的几何中心，对于不规则物体可以用“悬挂法”或“支撑法”找重心.

师生：共同体验找到不规则纸板的重心和圆珠笔的重心，用手指支撑在重心位置，物体处于稳定状态.

师：体验之后，请学生思考三个问题：（1）重心位置一定在物体上吗？（2）重心位置会变化吗？（3）如何提高稳度？

生：以小组合作形式探讨以上问题，小组代表发言.

师：在学生思考、表达的基础上，创设情境解决问题.首先，徒手在黑板画圆（学生很惊讶），并引导学生思考如果这圆代表实心球，那么重心在球上，如果这圆是篮球、排球、乒乓球呢？这时候球心是空心，重心不在物体上，所以重心不一定在物体上.其次，以跳高为例，跨越式（如图6所示）跳高运动员必须让重心高于横杆才能跳过，而背跃式（如图7所示）运动员的重心在横杆之下就能跳过.跳同样的高度，背跃式重心更低，可见重心是可以改变的.

师生：请一位学生站到讲台前，单脚站立时轻轻一推身体就会晃动，可双脚站立时却不容易推动.学生受到启发：在重心位置不变时，稳度与支撑面有关，增大支撑面可以提高稳度.接着，请全体学生想办法让手中的圆珠笔立在指尖上，学生兴趣很浓可是无人能做到，这时教师用小刀作配重，圆珠笔稳站指尖（如图8所示）.观察现象后，学生既感兴趣又茫然，处于“愤悱”状态，教师及时启发：把小刀和笔看成整体，重心降低，稳度提高，从而得出结论：在支撑面不变时，降低重心可以提高稳度.为了让课堂气氛轻松些，顺便展示人的最稳姿势（如图9所示），学生在笑声中“悟道”，效果很好.

该环节除了落实“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念外，更重要的是通过现实情境中稳度的探究，让学生再次体会“控制变量法”的应用.

师：下面探究重力的大小与物体质量的关系，请两个学生帮忙测量物体的质量和重力并记录数据.为了提高实验的精确度，使用数显测力计测重力，电子秤测质量.

师生：教师收集学生随机提供的小物件，有钥匙链、小剪刀、文具袋、运动手环等.一位同学测量质量和重力，另一同学现场将数据录入电脑Excel表格，其他学生观摩过程并记录数据（如图10所示）.

师：请学生认真观察数据，找出规律.

生：因为所获取的数据是随机的，学生虽然认真观察，但还是找不到规律.

师：适时点拨数据分析的方法：可以用物理量相乘或相除的方法试试.

师生：用电脑Excel表格处理数据，通过对处理数据的分析，很快得出结果（如图11所示）.发现：G与m的比值是个定值98N/kg.

师：这是个重大发现，物理中把G与m的比值叫重力加速度，记为g，则G/m=g=9.8N/kg，可以写成G=mg，说明：物体所受的重力跟它的质量成正比.

师生：共同回顾之前学过的比值定义法定义的物理量：v=st .

师：其实，对于数据的处理还有一种方法“图像法”，请用描点法画出“G-m”图像.

师生：教师巡视、指导.学生完成作图后，教师用插入图像的办法得到图像（如图12所示）.

师：图像呈现是直线并且通过原点，表明G与m成正比.

该环节主要创设“物理情境”介绍“比值定义法”和物理思维——具象思维的数形化，通过数形结合，有效处理数据，直观呈现物理规律，这些方法的掌握和能力的培养为今后高中的物理学习奠定了基础，体现了初高衔接，落实了“物理观念、科学探究、科学思维、科学态度与责任”的学科素养.

1.4.3 目标检测

师：组织观看微视频“高空走钢丝”，并要求学生思考回答“为什么表演者要拿一根长棒”？

生：感受惊险一幕的同时能明白：这是降低重心，提高稳度.

师：给学生点赞的同时播放第二个视频“宇航员在月球上行走”，要求学生观察后完成以下题目：

月球对一个物体的吸引力只有地球对该物体的吸引的六分之一.在地球上用弹簧测力计称得一个物体的物重是9.8 N，问：

（1）这个物体在月球上的物重是多少？

（2）它在月球上的质量是多大？

该环节旨在创设数理情境，检测教学目标的达成情况.发现三分之二左右学生能学以致用，部分学生认为月球上吸引力变小是因为质量变小.教师针对学生的错误认知，强调质量不随位置变化的属性，并根据公式G=mg分析出原因是g月=g地/6.

1.4.4 课后延伸

依托福建省教育资源公共服务平台应用APP向学生推送作业：（1）根据自己的体重估算受到的重力，画出重力示意图;（2）端坐时，身体不前倾，小腿与大腿保持垂直，能站起来吗？如何能站起来？为什么？

2 教学反思

教育部2017年印发《普通高中物理课程标准（2017年版）》指出：学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力.物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面.“三重融合”与物理学科核心素养是相契合的，可以说，物理课的教与学，其实就是在教师的指导下，学生经历科学探究，掌握学习方法，锻造科学思维，形成物理观念，养成科学态度，并为日后担当作为或科学发现奠基铺路的基础.

参考文献：

[1]陈祖标.中学物理之“难”：溯源、探微、建模与主张[J].福建基础教育研究，2020（02）：4-9+20.

[2]杨万胜.有关新形势下初中物理教学改革与创新[J].课程教育研究，2020（15）：170-171.

[3]叶树英.基于新课改下初中物理教学创新思路[J].新课程（中学），2019（12）：182.

[4]彭聃龄.普通心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[5]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2020-12-01）