課堂教學(xué)中滲透物理學(xué)科素養(yǎng)探析

【摘

要】初中階段的學(xué)生思維模式正從具體思維轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄笏季S，雖然抽象思維有所發(fā)展，但還不完善，需要依托于具體事物。如何在物理教學(xué)中充分利用實(shí)驗(yàn)、借用具體事物鋪設(shè)臺(tái)階，引導(dǎo)學(xué)生形成相應(yīng)的物理觀念和科學(xué)思維，并逐步掌握科學(xué)探究方法，養(yǎng)成正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感，是每個(gè)教師教學(xué)備課的重要任務(wù)之一。本文以“科學(xué)探究：滑動(dòng)摩擦力”為例，淺談在課堂教學(xué)中如何滲透物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)?！娟P(guān)鍵詞】科學(xué)素養(yǎng)；滑動(dòng)摩擦力；物理教學(xué)為了貫徹“立德樹人”的教育方針，教師需要在物理教學(xué)中充分挖掘校內(nèi)外課程資源，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好各方面教育力量，讓學(xué)生在親歷物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中，逐步構(gòu)建和完善原有的知識(shí)體系，從而提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，為學(xué)生適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需要做好準(zhǔn)備，也為社會(huì)的發(fā)展培養(yǎng)所需要的人才。而“科學(xué)探究：滑動(dòng)摩擦力”一課在力學(xué)中占據(jù)重要地位。從教學(xué)角度講，它是“什么是力”的延續(xù)，同時(shí)學(xué)好該課有利于后續(xù)學(xué)習(xí)“科學(xué)探究：牛頓第一定律”和“二力平衡”等課程。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“科學(xué)探究：滑動(dòng)摩擦力”在教學(xué)課程中起到了承上啟下的作用。從中考的角度講，“科學(xué)探究：滑動(dòng)摩擦力”在中考中占有較大分?jǐn)?shù)份額，難度也較大，有許多難點(diǎn)與重點(diǎn)。從初高中銜接的角度說(shuō)，“科學(xué)探究：滑動(dòng)摩擦力”一課可以為高中繼續(xù)學(xué)習(xí)滑動(dòng)摩擦力的定量計(jì)算f=μFN做準(zhǔn)備。鑒于“科學(xué)探究：滑動(dòng)摩擦力”地位的重要性，本文就以“科學(xué)探究：滑動(dòng)摩擦力”為例，淺談如何在教學(xué)中滲透物理學(xué)科核心素養(yǎng)。一、課程的引入采取單一式講授法的物理教學(xué)是乏味且枯燥的，不利于學(xué)生的長(zhǎng)久發(fā)展。因此，教師如何在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的物理場(chǎng)景，從熟悉的場(chǎng)景里展示出乎預(yù)料的現(xiàn)象，從而利用預(yù)料之外的現(xiàn)象吸引學(xué)生的注意力，激起學(xué)生質(zhì)疑，引發(fā)學(xué)生的深思，促進(jìn)學(xué)生的探索，這對(duì)于課程的引入是非常重要的。課堂教學(xué)開始時(shí)，教師可以先請(qǐng)學(xué)生推薦班級(jí)的一名“大力士”和一名“弱女子”，然后組織“大力士”和“弱女子”進(jìn)行兩場(chǎng)有趣的“拔水管”比賽，并且每次比賽前先請(qǐng)學(xué)生猜測(cè)一下比賽結(jié)果。第一次是“大力士”和“弱女子”直接上場(chǎng)拔水管，第二次先在“大力士”水管那端涂抹一些潤(rùn)滑油，再拔水管，結(jié)果始料不及“大力士”慘敗給“弱女子”。緊接著教師提問(wèn)，為什么涂抹了潤(rùn)滑油后，“大力士”慘敗給“弱女子”呢？這樣就自然而然引入了課題“科學(xué)探究：滑動(dòng)摩擦力”。通過(guò)有趣的“拔水管”比賽，不僅完成了課程的引入，更活躍了課堂氣氛，吸引了學(xué)生眼球，在增添了學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)還為下面學(xué)習(xí)“滑動(dòng)摩擦力的影響因素”和“增大減小摩擦力的方法”做好了鋪墊，可謂一舉多得。二、滑動(dòng)摩擦力的方向滑動(dòng)摩擦力的方向是與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反，而不是與運(yùn)動(dòng)方向相反，在教學(xué)中教師往往忽略“相對(duì)”二字，抑或是單純填鴨式的灌輸教學(xué)，而不作任何講解，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)中存在著困惑。要想突破該難點(diǎn)并不困難，只需利用一把毛刷和書本即可。實(shí)驗(yàn)一，讓學(xué)生把毛刷豎立在書本上靜止不動(dòng)（圖1），觀察毛刷刷毛的形狀，此時(shí)是豎直的，說(shuō)明此時(shí)并未受到摩擦力。實(shí)驗(yàn)二，保持書本不動(dòng)，將毛刷水平向左移動(dòng)，觀察刷毛形狀（圖2）。刷毛向右彎曲，說(shuō)明刷毛受到向右的摩擦力。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二，學(xué)生很容易理解摩擦力的產(chǎn)生條件要滿足有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。緊接著一鼓作氣讓學(xué)生在導(dǎo)學(xué)案上把刷毛所受摩擦力畫出來(lái)，強(qiáng)化摩擦力的作圖（圖3）。實(shí)驗(yàn)三，保持毛刷不動(dòng)，將書本向右抽出，觀察刷毛形狀（表1）。實(shí)驗(yàn)前先讓學(xué)生猜測(cè)刷毛還會(huì)受到摩擦力嗎？還會(huì)彎曲嗎？如果彎曲，是向哪個(gè)方向彎曲？大部分學(xué)生猜測(cè)是受到向左摩擦力，刷毛向左彎曲，抑或是不受到摩擦力，刷毛豎直。結(jié)果出乎意料，發(fā)現(xiàn)刷毛居然向右彎曲，由此說(shuō)明刷毛受到向右的摩擦力。此時(shí)學(xué)生可能很迷茫，為什么刷毛沒(méi)有運(yùn)動(dòng)卻依舊受到了摩擦力？為什么向右抽書，卻受到向右的摩擦力？教師可以拋出實(shí)驗(yàn)記錄單（表2）讓學(xué)生填表，并讓小組討論摩擦力的方向有什么特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)二：保持書本不動(dòng)，將毛刷水平向左移動(dòng)實(shí)驗(yàn)三：保持毛刷不動(dòng)，將書本向右抽出通過(guò)填表，并對(duì)比表中數(shù)據(jù)（表4），學(xué)生輕而易舉得到毛刷所受到的滑動(dòng)摩擦力的方向與以書本為參照物時(shí)的毛刷運(yùn)動(dòng)方向相反。而以地面為參照，又因?yàn)椴惶厥庹f(shuō)明參照物時(shí)，是默認(rèn)以地面為參照物，所以滑動(dòng)摩擦力的方向是與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，而非與運(yùn)動(dòng)方向相反。這里的“相對(duì)”是以接觸物體為參照標(biāo)準(zhǔn)的。實(shí)驗(yàn)二：保持書本不動(dòng)，將毛刷水平向左移動(dòng)實(shí)驗(yàn)三：保持毛刷不動(dòng)，將書本向右抽出隨處可見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)器材毛刷和書本，就可以輕松完成對(duì)滑動(dòng)摩擦力方向中“相對(duì)”二字的講解，使抽象的物理概念變得具體，既符合學(xué)生現(xiàn)階段的認(rèn)知特點(diǎn)，又為之后的滑動(dòng)摩擦力改進(jìn)實(shí)驗(yàn)（圖4）的設(shè)計(jì)埋下了伏筆。三、滑動(dòng)摩擦力的大小是與壓力有關(guān)而非重力傳統(tǒng)的探究“滑動(dòng)摩擦力的影響因素”是將物體水平放置，當(dāng)物體水平放置時(shí)，根據(jù)二力平衡，重力大小等于支持力大小，又因?yàn)橹С至εc壓力是一對(duì)相互作用力，大小相等，所以壓力大小恰好等于重力大小。導(dǎo)致不少學(xué)生在探究滑動(dòng)摩擦力與壓力大小時(shí)，誤認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力與重力有關(guān)。為了突破該難點(diǎn)，教師可以從學(xué)生熟悉的事物入手設(shè)問(wèn)，為什么某同學(xué)用黑板擦擦黑板，總是擦得很干凈，有什么訣竅嗎？某同學(xué)就會(huì)說(shuō)大力壓黑板擦就可以擦得很干凈。緊接著問(wèn)用力壓黑板增大什么，增大了壓力，黑板擦得很干凈又說(shuō)明了滑動(dòng)摩擦力變大了，而此過(guò)程中重力是不變的。由此可見(jiàn)，滑動(dòng)摩擦力確實(shí)與壓力有關(guān)。為了進(jìn)一步說(shuō)明滑動(dòng)摩擦力與重力無(wú)關(guān)可以設(shè)計(jì)這么一個(gè)實(shí)驗(yàn)。第一次先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出一大鉤碼重力G1，然后將其夾在兩塊亞克力板中間，用彈簧測(cè)力計(jì)勻速豎直向上運(yùn)動(dòng)，讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F1（圖8）。此時(shí)對(duì)大鉤碼進(jìn)行受力分析（圖9），大砝碼所受滑動(dòng)摩擦力為f1=F1-G1。第二次，在大砝碼下掛一小砝碼，但其直徑遠(yuǎn)小于兩塊亞克力板的縫隙，確保壓力不變，只改變重力，將大砝碼和小砝碼視為整體，用彈簧測(cè)力計(jì)勻速豎直向上拉（圖7），讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F2，然后取下大砝碼和小砝碼，測(cè)出其組成整體的重力G2。同理可得，其實(shí)大砝碼和小砝碼組成整體所受滑動(dòng)摩擦力為f２=F２-G２。比較發(fā)現(xiàn)f1=f２，由此說(shuō)明滑動(dòng)摩擦力與重力無(wú)關(guān)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)將抽象物理原理變得簡(jiǎn)明易懂，在解決學(xué)生困惑的同時(shí)突破了難點(diǎn)。四、增大減小摩擦總之，教師教授增大和減小摩擦?xí)r可以讓學(xué)生舉出生活實(shí)例，然后緊扣物理知識(shí)引入提問(wèn)：除了涂抹潤(rùn)滑油還有什么方法可以使“弱女子”在這場(chǎng)“拔水管”比賽中獲勝嗎？既完成了課堂引入的問(wèn)題，又完成了課堂教學(xué)內(nèi)容，