指向学生“物理观念”形成与发展的教学实践

杨金虎

与物理概念相比，物理观念更具普遍性和综合性。从高中物理教学的角度来看，物理观念是解释现实生活和自然现象的基础，它涵盖了物质观、运动与相互作用观以及能量观等方面。在物理教学中，教师需要正确区分物质观念和物质知识。物质知识是基于理性化的人类经验，并且是人类理性认识的产物，它具有一定的主观性，是对事实和观点的支撑。而物质观念则是对知识观念的支持，它涉及我们对物质本质和特征的理解，其关系如图1所示。

学生通过课堂教学媒介学习具体的物理知识，并将其沉淀下来形成个人的物理思维和物理观念。学生学业能力的提升与思维能力的发展以及对学科的理解密切相关，这不仅仅是简单的学科知识积累。因此，笔者摒弃传统的知识本位思想，以人教版高中物理必修1“弹力”为例，尝试构建学生物理观念的具体路径。

一、创设游戏情境，实现课程导入

师（演示操作）：同学们，老师手中有一根弹簧和一根电线，分别对其施加外力，你们观察到什么现象？

生A：老师，弹簧的形状发生了改变。

生B：老师，电线的体积有所改变。

师：根据实验结果，现在请同学们分别对桌子上的弹簧、气球、橡皮泥、尺子等施加外力，你们观察到了什么？发现了哪些异同？

学生间进行交流和分享。

生A：老师，我发现了橡皮泥、电线等物体在发生形变后无法恢复。

生B：老师，我发现物体的弹性形变有很多种，如压缩、拉伸和弯曲等。

（设计意图：结合实际生活中的物体，让学生的在体验中感受物理知识，强化同学间的合作与交流。）

教师借助多媒体设备向学生展示杭州第19届亚运会上的视频集锦。

师：同学们，在这场运动会中有非常多的精彩瞬间值得我们回味，请同学们结合刚才播放的视频选段，思考一下，视频中的运动项目有哪些共同点呢？

生A：跳板、撑竿跳和射箭项目都需要借助工具外出，在运动期间，物体会发生形变。

师：这位同学总结得非常好，接下来，我们将学习本节课的内容——弹力。

（设计意图：从刚才的动手操作到观看亚运会视频材料，通过创设情境的方式，帮助学生回忆，进而引出本章节的内容。）

师：同学们，你们还记得初中教材中对“力”的定义吗？力有哪些作用呢？

生B：力是物体间的相互作用。

生C：力可以改变物体运动状态或者使物体发生形变。

师：同学们，刚才我们利用身边的物体施加外力，那如果是桌子、尺子以及弹簧秤呢？请结合我们的日常生活，回忆这些物体是如何发生形变的，在发生形变的时候有哪些异同？

生A：橡皮泥在发生形变后是无法恢复的，但是有些如弹簧等，发生形变后，将外力撤掉，还可以恢复。

教师总结：通过刚才的实验，同学们进行交流，并得出结论，物体在撤掉外力后可以恢复原有形状的，称为弹性形变，最常见的有气球、弹簧等；反之，有些在撤掉外力后无法恢复原状，如橡皮泥、电线等。

二、围绕问题，展开讨论

师：同学们，当用力拉弹簧时，弹簧一定会恢复原有状态吗？一定会发生弹性形变吗？

教师借助一个小弹簧，向学生演示实验。

学生通过仔细观察、发现，当我使用不同力度拉弹簧时，弹簧的形变不同，甚至会发生塑性形变，由此学生进行讨论，并总结。

（设计意图：在学生原有认知的基础上，结合初中所学物理知识，给出弹性形变的概念，让学生直观地感受“量變到质变”的过程。）

师：同学们，刚才我们还给桌子、椅子施加了外力，你们观察到桌子和椅子发生形变了吗？

生A：发生了，只是我们看不到。

生B：没有，我没有感受到桌子的变化。

为此学生又展开了新一轮的交流。

为了让学生理解物体的微小形变，我提出问题：同学们，像弹簧、气球等在受到外力作用的时候，会发生较为明显的形变，那说明物体只要受到外力作用就一定会发生形变吗？

借助教学器材，邀请两名学生上讲台进行实验演示（如图2），学生通过观察实验全过程，思考这一现象发生的原因。

A同学沿着图中F的方向，向桌子施加了一个向下的压力，此时光点向下移动，放手后，光点开始向上移动。

（设计意图：让学生通过动手实验的方式，利用光点移动来判断桌子在受到外力后发生了形变，只是这种形变比较微小。）

接着，我拿起提前准备好的塑料水瓶用力一捏，“同学们，你们看到了什么？”

学生一起说塑料水瓶发生了明显的形变，被捏瘪了。

紧接着，我问：“如果我换成玻璃杯呢？”（此时拿起手中的玻璃杯，用力捏，脸上出现痛苦的表情）。

师：老师刚才已经用了很大的力气捏玻璃杯，但是我们用眼睛无法看到玻璃杯的变化，那玻璃杯是否发生形变呢？请同学们以小组的形式展开讨论。

A组代表：我们可以在玻璃杯中装满带有颜色的水，插上带有细管的瓶塞，观察玻璃杯液面变化的情况，相较于自来水，带有颜色的水更易于观察。

我将自己准备好的实验器材拿出来，展示给学生看，说：“刚才A组同学说得非常好，老师已经提前准备了一套实验设备，现在请一位同学上台演示，同学们看一下水杯发生了怎么样的变化。”

此时学生从玻璃瓶的中间用力，玻璃瓶中细管的液面缓慢上升。

师：那如果我们从玻璃杯的两侧用力，猜测一下，细管液面会发生变化吗？

生A：对玻璃杯两侧用力，细管液面会下降。

师：刚才几组实验，说明了一个什么问题呢？

生B：生活中有些物体形变过程是我们肉眼看不到的，但的的确确是存在的，这属于微小形变。

（设计意图：通过实验分解的方式，让学生观察微小形变发生的过程，同时又利用实验放大微小形变，如借助细管，让学生观察细管液面的变化程度等，因而得出一切物体在受到外力作用的时候会发生形变，只是形变程度不同。）

三、探索弹力本质，形成物理观念

教师向学生展示撑竿跳运动视频，并引导学生观察视频，思考撑竿跳的原因。

生A：运动员在撑竿的过程中，撑杆会发生形变，这个形变在恢复的过程中给运动员产生了一个外力，促使运动员往高处跳。

师：这到底是一个怎么样的过程呢？教师将准备好的小车、弹簧、钩码拿出来，组装成实验器材，并展开演示实验。

实验一：拉动弹簧，在弹簧恢复过程中，小车的运动状态是否发生改变呢？

实验二：拉动弹簧，使其发生塑性形变，此时再拉动弹簧，弹簧是否恢复，与其接触的小车运动状态是否发生改变呢？

生A：实验一中的小车运动状态发生改变，这是因为受到弹簧的作用。

生B：实验二中的小车未发生运动，这是因为弹簧已经发生了塑性形变，无法给到小车外力。

师：若是我们将实验中的弹簧换成木块，让其与小车接触，小车是否会发生运动？为什么呢？

生C：小车不会运动，因为木块未能给小车一个力的作用。

师：那现在有哪位同学结合刚才的实验，总结一下什么是弹力？

生A：物体发生弹性形变后，因为其要恢复原来的状态，会对与它接触的物体之间产生作用，这个力就称为“弹力”。

师：A同学概括得非常好，弹力是指两个相互接触的物体之间，由于相互挤压发生弹性形变而产生力的作用。

师：现在，我们请同学们利用身边的物体感受一下弹力，相互交流，尝试说出在这个场景下什么是施力物体，什么是受力物体，判断一下弹力产生的原因。

（设计意图：通过对比实验，让学生观察实验现象和实验结果，总结弹力是什么，并分析弹力是如何产生的，弹力产生的三要素，这是本节课的教学难点和重点。）

A同学拿着一本书放在水平桌面上。

A同学的同桌说道：将一本书放在书桌上，此时桌面对书有一个向上的支持力，说明书对书桌是一个向下的压力。

回顾刚才的视频，运动员撑竿跳的时候，我们可以明显地看到撑杆被运动员压弯，撑杆发生弹性形变；运动员在跳板时，跳板同样被压弯，此时跳板发生了弹性形变，撑杆、跳板都有弹力产生。

生A：两个物体相互接触就产生了弹力。

师：那如果是两个静止的木块呢？虽然它们相互接触，但是没有挤压，是不是没有弹力产生呢？

生B：应该是两个物体相互接触，且发生挤压。

师：那我们将水气球放在泡沫板上，分别观察水气球和泡沫板的变化。

生A：泡沫板发生了向下的形变，若是要恢复，则是方向向上，因而对水气球的支持力是向上的。

生B：水气球的形变方向是向上的，恢复原有形状的过程方向是向下的，因而给泡沫板一个向下的力。

师：泡沫板对水气球的支持力是垂直于接触面的，且指向水气球；水气球对桌面的压力是与施力物体恢复状态的方向相同，因而是垂直于接触面且指向被压物体。

师：同学们，那我们观察一下教室的吊灯，教室的吊灯是用一根绳子悬挂一个白炽灯，处于静止状态，哪位同学分析一下白炽灯的受力情况？

四、联系例题，学以致用

问题1：用力挤压教室内的地板，教室地板未发生形变，因此有学生认为，当物体足够坚硬，物体在受到外力时不会发生形变，你觉得这种说法正确吗？

生A：这种说法是错误的。任何物体在受到外力作用后都会发生形变，没有物体能够在受力时完全不发生形变。实际上，所有的物体都具有一定的弹性，无论是坚硬的金属、岩石，还是柔软的橡胶，它们都会在受到外力作用下发生形变。

问题2：关于形变，下列说法正确的是（  ）

A．物体形状的改变叫弹性形变

B．物体受到外力作用后发生的形状改变叫非弹性形变

C．只有发生弹性形变的物体才可以产生弹力

D．任何物体在外力的作用下都能发生形变，受力后不发生形变的物体是不存在的

（设计意图：理解弹性形变和非弹性形变的区别有助于学生更好地掌握弹力的概念，培养学生的物理观念。）

五、教学反思

物理学科中的知识往往是零散的，即使学生掌握了大量具体知识与技能，也不能从物理学的角度去认识自然、理解自然、改造自然，也就无法培养出物理核心素养。在实际教学过程中，教师需要采取恰当、生动的方法引导学生将物理知识与生产、生活密切联系起来。教师应该重视物理情境的创设，让学生置身于真实的物理场景中，还原物理概念和物理规律的建构过程。

（作者單位：东营市胜利第二中学）

编辑：温雪莲