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指向学生“物理观念”形成与发展的教学实践
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
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