指向核心素养的初中物理多维链接教学实践①——以“摩擦力”教学为例

庄益君

(江苏省江阴市礼延实验学校,江苏 无锡 214432)

《义务教育物理课程标准(2022年版)》注重培养学生的核心素养,重视物理课程的基础性、实践性与发展性,凸显物理概念和规律与实验探究的联系,体现物理课程的特点及育人功能。

项目学习(Project Based Learning,缩写为PBL)是以项目为核心开展的学习活动,基于真实情境、问题、任务、项目进行学习,可借助Burke提出“6E”的教学法:引入、探究、解释、工程、丰富、评价,解决来自真实情境的复杂问题,从而指向核心素养、发展高阶思维、促进深度学习。

笔者在2022年10月的“江苏省新时空·名师空中课堂”执教时进行了教学实践,教学内容为苏科版初中物理八年级下册第八章第三节“摩擦力”,基于项目进行科学探究,实现多维链接,教学设计如图1。

图1

1 与课标链接,引入项目学习靶向目标

本节课力求践行“从生活走向物理,从物理走向社会”的课程理念,确定了以下教学目标:通过常见事例了解摩擦力;通过实验探究,得出物理规律;会用弹簧测力计测量滑动摩擦力的大小;探究并了解滑动摩擦力的大小与哪些因素有关;运用所学知识解决增大有益摩擦和减小有害摩擦的具体问题;在体验与实践中初步形成运动与相互作用观念,并能运用这种观念解释生活现象。

2 与课时链接,创设微项目解释学习内容

与课时链接,基于微项目的学习可以切实解释学习内容。在基于课时的“微项目”实施时,要做到以下3个聚焦。

2.1 聚焦选题

本课的探究主题是“摩擦力”,核心内容是探究滑动摩擦力的影响因素。教学中选择的第一个微项目是让学生组成男女两队进行趣味拔河比赛。在这个以赢得比赛为目标的游戏中,学生积极参与活动,为“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验做好铺垫,如猜想滑动摩擦力的大小与压力、接触面的粗糙程度、相对运动速度等因素有关,都在比赛中进行一一渗透。教学中,选择的第二个微项目是负重运输赛,为设计实验环节中测量滑动摩擦力的方法教学做好了铺垫。

2.2 聚焦指向

物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任,这些都需在解决实际问题的过程中得到培养。

在趣味拔河比赛中,以“玩”引入,以“做”深入,以“思”介入。在首战中,男生选用四轮小推车助阵,输了比赛(图2)。学生在哄堂大笑之后,通过鲜明对比,引发了思考:要赢得比赛,就要受到较大的摩擦力。再战,男生甩掉推车,与女生站在同样的地面上,却又因手拉的一端杆上被裁判悄悄涂了洗手液,再度败北。在此情境下,教师适当引导,学生就会对摩擦力有所感悟。

图2

2.3 聚焦思维

在负重运输赛中,男、女两队同时拉动两个外表相同的沙箱,看谁先把沙箱拉到终点。这个项目的设计看似只是简单的趣味比赛,其实隐藏着思维的聚焦。在用绳子拉沙箱的实验中测量滑动摩擦力,为学生探究滑动摩擦力的影响因素提供方法支持;在如何赢得比赛的讨论环节,引发学生思考并联想到减小摩擦力的方法,为实验探究做好铺垫。

3 与实验链接,实施科学探究

科学探究的重要方式之一是实验探究,项目学习旨在培养学生基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、基于证据得出结论并作出解释、针对科学探究过程进行交流、评估、反思的能力。学生经过两个比赛项目之后,再进行实验探究就水到渠成。

3.1 学生猜想

比赛的体验为学生的猜想做好了铺垫,他们猜想滑动摩擦力的大小可能与压力的大小、接触面粗糙程度、接触面积、运动速度等有关。

3.2 设计实验

(1) 如何测量滑动摩擦力的大小?

刚才我们是通过绳子的拉力来判断摩擦力的大小,有没有更精确的仪器可用于测量呢?斜着拉时,拉力与摩擦力大小相等吗?引出课本“信息快递”中提供的方法:将物体置于水平桌面上,用弹簧测力计沿水平方向拉动,使其做匀速直线运动,此时弹簧测力计的示数等于物体所受滑动摩擦力的大小。

(2) 如何改变各因素?

经过微项目的铺垫,学生能轻松完成实验探究,在实验探究过程中正确运用控制变量法。

3.3 进行实验

除了教材上的常规实验器材外,为了体现学生实验的丰富性,还给学生提供了橡皮筋等,让学生利用随手可得的书和笔作为实验器材,从另外一个角度完成探究,进一步探究滚动摩擦与滑动摩擦的关系。

4 与资源链接,打破项目学习的时空壁垒

与资源链接,多方开发实验资源,针对实验中发现的问题,运用自制教具拓展项目学习的空间,引导学生利用生活器材,深入探究。

4.1 利用自制教具突破实验教学难点

在实验探究过程中师生发现存在两个突出的困难:(1) 匀速拉动较难实现;(2) 弹簧测力计的读数不够稳定。针对以上困难,笔者尝试自制教具,借助力传感器、皮带轮和电动机的组合(图3),加入工程设计元素,解决以上难点。改变压力、速度、接触面积,观察摩擦力的变化。

图3

4.2 利用生活器材,拓展项目研究

教师布置研究项目,要求学生利用生活器材,深化对摩擦力的探究,并录制实验视频。有学生用橡皮筋匀速拉动书本,增加书的本数,改变书与桌子接触面处的粗糙程度,探究滑动摩擦力的大小与正压力的大小、接触面粗糙程度的关系;在书本的下面垫几支铅笔,发现在相同条件下用滚动代替滑动可以减小摩擦。

5 与评价链接,达成项目学习目标

本课的评价遵循“目标—学习—评价—改进”的路径。基于探究、应用摩擦力的学习目标,紧扣整堂课的学习内容,学生在新课结束后对项目学习进行多元评价,并提出改进意见。

生1:在拔河比赛中,男同学输得很冤,原因是他手拉的一端杆上被涂上了洗手液。如果涂上镁粉,再穿上新鞋,增大接触面的粗糙程度,他就能赢得比赛。

生2:在书本下垫几支铅笔的实验设计,与古人运输木材相似,以滚动代替滑动,可以减小摩擦。

在学生实验的评价中引入“云实验平台”,利用视频观察、评价学生的实验完成情况。学生在做分组实验时,可以利用“云实验平台”的摄像和大数据传输功能,将分组实验的活动场景呈现到教室的主屏幕上(图4),为现场评价提供了有效的资源平台。

图4

6 结语

项目学习将综合性实践活动引入到初中物理教学中,实现跨学科融合学习,符合课程改革理念,这种学习方式的效能可以利用表现性评价、学业测试提供佐证。项目学习使学习真实发生,切实培养了学生的核心素养。