巧用探究式教学助力中学生自主构建物理模型

甄伟亮

【摘要】以“牛顿第三定律”的教学为例，探讨如何创设真实的教学情景，让学生在探究过程中形成物理观念，自主构建物理模型，从而促进学生物理学科核心素养的养成和发展。

【关键词】探究;物理模型;模型分析;核心素养

一、引言

基于建构主义的“模型教学”对教和学提出了一些新的要求，一是要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者;二是要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者;三是要求教学过程使用全新的教育思想、教学模式、教学方法、教学设计等。为了发挥学生的主动性、积极性，相应的教学设计主要围绕“学习策略”和“学习环境”两个方面进行，前者是整个教学设计的核心——通过各种学习策略激发学生去主动建构物理模型;后者则是注重模型建立的过程，强调模型的立体面，旨在提高学生的科学素质，掌握物理学主要思想方法，为学生终身学习打下基础。

“探究式教学”通过为学生提供充分的探究式学习机会，逐步培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析问题和解决问题的能力，以及交流和合作的能力等。

可见，“探究式教学”与“建模能力”的培养是完美搭配的，笔者以“牛顿第三定律”为例，探讨如何利用“探究”的模式培养学生建模能力。

二、教学设计

（一）体验性活动——引冲突、激兴趣

教学情景1：课前小游戏（拔河）：让一男一女两个学生上讲台进行手拉手拔河比赛，结果男生赢了。

教师提问：为什么男生会赢？假如让你坐到滑板上再拔河，你觉得你还会赢吗？你拉她的时候有没有感觉到她也在拉着你？

学生活动：思考赢得比赛的原因，并产生认知冲突，激发求知欲。通过老师的引导，明确课程的学习目标以及内容。

教学情景2：认识作用力与反作用力

材料用具：圆珠笔笔芯、滑块、木板、弹簧测力计、玻璃管。

学生活动1  让学生将圆珠笔笔芯竖立，手指轻压笔尖，笔芯怎样？手指有什么感觉？说明了什么？

学生：笔芯被压弯，手指感到疼痛，说明手指对笔芯有力的同时笔芯对手指也有力的作用。

学生活动2  如图1所示，让学生用弹簧测力计拉放在木板上的滑块（没拉动），为什么滑块不动？滑块是否对木板也有作用力？怎样证明？

学生讨论后回答：在木板下放两根玻璃管，通过观察到的木板运动说明木板对滑块有摩擦力的同时，滑块对木板也有摩擦力，并且两个摩擦力的方向是相反的。

设计意图：通过学生活动，让学生直观感知物体间力的作用（不管是弹力还是摩擦力）都是相互的，然后引导学生对信息进行初步加工，得出“作用力和反作用力”的概念。在教学中让学生讨论研究“怎样证明滑块对木板也有摩擦力”可以丰富学生经历物理概念形成的学习过程，强化物理模型构建的过程与方法，加深对物理概念的深度理解。

（二）探究性活动——探新知，建模型

实验目的：定量探究作用力与反作用力的大小关系。

实验方案一  用A、B两个弹簧测力计探究作用力和反作用力的大小关系，学生分组实验并完成导学案上的表格。

学生质疑：弹簧测力计在运动的时候很难读数。

实验方案二  用力传感器探究作用力和反作用力的大小关系，教师介绍力传感器的原理，然后邀请学生上讲台演示（引导学生在静止、匀速、加速、减速等情景中做实验），学生得出的作用力与反作用力之间的关系如图2所示。

学生总结：不管是静止状态还是匀速、加速、减速运动状态，两物体之间的作用力和反作用力都是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。这就是牛顿第三定理。

设计意图：通过以上的探究实验，使学生逐步深入问题情景，知道如何定理描述“物体间相互作用力”的关系，并且让学生经历从定性到定量、感性到理性的科学探究过程。

（三）进阶性活动——挖内涵，分析模型

教学情景3：邀请学生上讲台重做课前小游戏，其中男生坐在滑板上，结果女生赢了。（如图3所示）

学生活动：分组讨论输赢的原因到底是什么？

学生讨论后回答：①第一次男生赢是因为男生拉女生的力大于地面对女生的摩擦力。②第二次女生赢是因为女生拉男生的力大于地面对男生的摩擦力。③两次比赛里，男生拉女生的力与女生拉男生的力大小都是相等的。④输赢跟力气大小没有关系，跟所受的摩擦力有关。

设计意图：当物理模型被构建后，就需对其进行分析，以了解模型的结构和内容，做出以模型为基础的推论。通过让学生经历“认为力气大拔河赢”——“原来拔河输赢力气一样大”——“输赢与物体受到的摩擦力有关”这样的探究过程，引导学生观察物理现象，分析物理模型，归纳本质属性，总结其内涵，体验其适用范围，形成其外延，以促使学生进一步对物理概念、规律的理解。

（四）迁移性活动——学致用，拓展模型

教学情景4：播放视频——长征2号运载火箭发射。

学生活动：分组讨论火箭升空的原理，并动手尝试用气球模拟火箭发射。（如图4、图5所示）

设计意图：通过小组讨论的形式，让学生学会用课堂上刚刚构建的物理模型解释物理新情景，甚至在已构建物理模型的基础上进行延伸，再构建一个新的物理模型。以应用知识型小实验为载体，教师设计与生产，生活紧密联系的物理模型，让学生自主探究，同时解释其疑問，有利于提升学生的迁移应用能力。

三、教学反思

在“牛顿第三定律”教学过程中发现，探究式课堂有助于学生在模型建立、模型分析和模型拓展阶段自主建构物理模型，有利于激发学生学习兴趣，有利于学生形成清晰的物理概念，有利学生对物理规律的正确理解，有利于学生解决实际问题，落实物理学科核心素养的培养目标。

【参考文献】

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[2]曹会，郁建石.指向核心素养的“四主”教学模式的构建与实践研究[J].中学物理教学参考，2019（11）：1-4.

[3]刘大明，江秀梅.“多方建模”突破物理模型思维障碍[J].教学月刊，2018（1/2）：22-26.