以“问题”驱动学生物理学科核心素养的发展 ——以“杠杆”复习课为例

【摘要】教师在充分考虑学生学情的情况下,通过设置符合学生认知规律的问题,引导学生经历科学探究的过程,突破思维误区,可以更好地帮助学生建构知识网络,从而提升学生的物理学科核心素养。本文中,笔者以“杠杆”为例,对核心素养导向下的复习课中如何设计问题、以及问题教学的具体实施提出了自己的思考。

【关键词】核心素养 问题复习 杠杆


1.   理论基础

1.1物理学科核心素养

        物理学科核心素养指的是学生在物理学习的过程中逐渐形成的适应个人未来发展和社会需要的必备能力与关键品格,是科学素养的重要组成部分,主要表现为以下四个方面:一是物理观念,即学生的头脑中要形成物质观念、运动与相互作用观念、能量观念,并能运用这些观念去解释生活中的现象或解决生活中的问题;二是科学思维,主要包括了物理模型建构、科学推理与论证、大胆质疑与创新,要求学生能够客观看待事物之间的联系与内在规律,能够从不同的角度思考、分析问题;三是科学探究,要求学生有探究的一是,能够提出问题、做出猜想与假设、设计与进行实验、分析论证、表达交流;四是科学态度与责任,包括了科学本质观、科学价值观、科学伦理、STSE等要素,要求学生在理解学科的基础上对科学技术形成正确的态度,建立起责任感。

1.2问题式教学对培养学科核心素养的驱动作用

        学起于思,思源于疑,学生在物理课堂上自发的、理想的思维活动必然是伴随着问题产生的。问题式教学指的是教师在学情分析的基础上,根据学生的实际情况,将一系列直指学生“痛点”的问题以恰当的逻辑串连为“链”,学生在教师的引导下由易到难、循序渐进、层层深入地进行实验探究,有利于学生科学思维的发展;同时学生在探究过程中会发现自己对核心概念的理解偏差并进行修正,从而建构正确的物理观念;而在实际问题的解决中,学生的科学态度与责任感也得到了提升。所以,问题式教学对培养学生的物理学科核心素养是具有推动作用的。

2.     问题式教学在《杠杆》复习课中的具体实施

以问题驱动学生物理学科核心素养的发展,其关键包括:问题设计和具体的课堂实施。下面,笔者以人教版物理八年级下册《杠杆》复习课为例,浅析自己的课堂教学实践。

2.1问题的设计

问题的设计是建立在教材分析与学情分析的基础之上的。《课程标准》和《深圳市中考说明》对学生提出了明确的要求:要求学生了解杠杆的概念;理解力臂的意义;会通过实验探究杠杆的平衡条件;能够利用杠杆的平衡条件解决实际问题。笔者通过上新课时的作业情况以及复习阶段的学前小测,发现大部分学生的易错点为:①认为杠杆一定是直的;②认为只有水平静止才是杠杆的平衡状态;③倾斜杠杆力臂的作图不熟练;④不懂探究杠杆平衡状态时支点选在中点的意义。深入分析后,笔者按照学生的认知规律,以“概念——规律——应用”的逻辑,设计了以下五个问题:


问题①:这五幅图中,哪些是杠杆?哪些不是杠杆?

问题②:除(d)在匀速转动外,其余杠杆均静止,哪些杠杆处于平衡状态呢?

问题③:请在(a)(b)(d)(e)四幅图中作出杠杆的力臂。

问题④:要探究杠杆的平衡条件,应该选择哪套装置?为什么?

问题⑤:利用杠杆的平衡条件解决实际问题。

2.1具体教学实施过程

上课前,教师运用一体机播放315维权视频,向学生介绍黑心商家“八两秤”的骗人把戏,学生纷纷摇头,表示真是生活中的骗局令人防不胜防。教师展示杆秤实物,请学生说出杆秤中的物理模型,由此引入杠杆的复习,向学生展示本节课的复习要求与复习目标。

问题①:杠杆的识别

教师向学生展示上面五幅图(学案中同时呈现),给学生充分的时间认真观察。

教师:同学们,这五幅图中哪些是杠杆?哪些不是?谁愿意与大家分享你的观点。

学生1:(a)(c)不是杠杆,其他的都是。因为(a)是弯的,(c)不是硬质。

学生2:只有(c)不是,弯的也可以是杠杆。

教师:看来咱们同学对杠杆的概念还是有争议的,大家不妨查阅课本,判断一下哪位同学的说法是正确的。

学生查阅课本后发现,只有(c)不是杠杆,杠杆是可以绕支点转动的硬棒,从而突破了这一易错点。

【设计意图】备课过程中发现,学生在识别杠杆时,总是习惯性认为杠杆一定是直的,究其原因是教学过程中,我们绝大部分情况是选用直的杠杆作为模型去解释现象或解决问题,学生养成了惯性思维,模糊了杠杆的概念。所以,在复习课上,笔者将这一问题直接暴露在学生面前,生生之间通过思维碰撞,进行概念的再学习从而建构起正确的物理观念。

问题②:杠杆平衡状态的判断

教师:我们继续来研究,如果只有(d)在匀速转动,其余杠杆都处于静止状态,你能告诉大家哪些杠杆平衡了吗?

生1:(b)平衡了。

教师:为什么?

生:因为它处于静止状态。

教师:还有不同的答案吗?

生2:(a)(e)也是平衡状态,因为它们也处于静止状态。

教师: 还有想补充的吗?

生3:(d)也是平衡状态,因为它匀速转动。

教师:非常好,杠杆的平衡状态并不一定静止,还有可能……

生齐答:匀速转动。

【设计意图】在学习机械运动时,学生知道静止和匀速直线运动都是平衡状态,学生在知识迁移的过程中,出现了一些失误,错误地认为杠杆匀速转动因为不是匀速直线运动,因此只有静止才是杠杆的平衡状态,甚至还有学生认为只有水平静止才是平衡状态。所以将这一问题拿出来与学生讨论,能够帮助学生打破错误的前概念,深化对“杠杆平衡”的理解,促进学生物理观念的建构。

问题③:力臂的作法

教师引导学生在学案上作出(a)(b)(d)(e)四幅图中的动力臂与阻力臂,待学生完成后,请学生将学习成果进行投影,共同批改,复习力臂的作图方法,总结作图过程中的易错点。

【设计意图】这一问题的设计主要目的在于以下两点:一是帮助学生复习力臂的作图方法,规避常见错误;二是铺垫作用,因为问题④的解决过程中需要在学生作图的基础上,分析(b)(d)(e)三图,了解选择(d)作为实验装置的原因。

问题④:再探杠杆的平衡条件

教师:同学们,接下来我们要进行杠杆平衡条件的再探究,我们来看看刚才大家所作的四幅图,我们应该选择哪套装置进行实验呢?

生齐答:选(d)图。

教师:为什么不选择(a)(b)(e)?

生1:因为他们是倾斜的,力臂没有落在杠杆上,如果杠杆上有刻度尺,那就不能直接读出力臂的长度了,测量还要悬空,难度太大了!

教师:好像很有道理,不过(b)图的力臂落在杠杆上了呀,为什么不选它?

生2:因为杠杆自身还有重力,这个重力也会对平衡造成影响!

生3:(d)图中的杠杆也有自身重力呀!

生2:可是(d)图中重力的作用线过支点,力臂等于零,不会有影响。

教师:同学们听懂了吗?

生齐答:听懂了。

教师:经过激烈的讨论,同学们已经把以前的疑难问题都突破了,接下来我们来进行实验的再探究吧!

学生实验,交流,反思。

【设计意图】在平常作业中反馈的情况来看,学生此实验中最令人头疼的问题就是杠杆支点和平衡状态的选择,往往教师会要求学生去记忆,但是没有理解的记忆是无效的,学生不理解导致做题靠猜。在再探究前,教师将此问题暴露,对照四幅图引导学生自己进行理论探究,很好地引导学生进行深度思考,培养了学生的科学思维,深刻的理解也助力学生后续的实验探究,此环节很好培养了学生物理学科核心素养的发展。

问题:杠杆平衡条件的应用

教师:刚刚我们已经完善了杠杆平衡条件的实验探究,对实验选材、操作和结论都有了更深刻的认识。回顾开始上课是我给大家播放的视频,大家能不能运用今天所学来制作并解释“八两秤”的原理呢?

学生小组讨论,用桌面的器材尝试自制“八两秤”。

教师:同学们,你们讨论有结果了吗?

学生小组1:我发现将秤盘下放一块吸铁石就可以了。杆秤的示数会比称量砝码的实际质量大。(现场演示)

学生小组2:我们选用了一个更轻的秤砣,想要让杆秤平衡,动力与动力臂的乘积一定,秤砣轻也就是阻力小,那就需要更大的阻力臂,也就是说需要把秤砣放到离支点更远的地方,对应了更大的读数。

教师:大家的方法都是正确的,第二小组的解释也非常科学精准。确实是这样,在市场中,在秤盘下放吸铁石很容易被顾客识破,所以黑心商家往往会使用空心秤砣。以后大家如果遇到这种情况,应该怎么做?

生1:当场揭穿他!

生2:去市场监管部门投诉!

生3:应该偷拍下证据再去投诉!

……

教师:看来同学们非常具有正义感,我们应该用科学知识服务社会,而不是弄虚作假,同学们在维护自己争当权益的同时也要注意保护自己的人身安全。

【设计意图】干瘪的知识是没有价值的,只有当知识被运用到生活中去解释现象和解决实际问题,物理知识才有了生命力。同样,在这个问题的解决过程中,不仅仅是纸上谈兵,教师为学生小组准备了多样的实验器材,将真正的杆秤带到学生身边,学生通过理论分析与操作尝试,得到了制作方法,并能运用实验规律作出科学的解释。同时,通过实验后的讨论,学生感悟到知识是把双刃剑,应该正确利用物理知识为人类服务,科学态度与责任感得到了进一步增强。

3.    小结反思

日常生活中,我们经常听到周围人抱怨:“我的知识早就还给老师了。”是的,多年以后,学生可能已经淡忘了物理知识,那我们的物理课堂又给学生留下了什么呢?笔者认为,真正的教学不是“教书”,而应该是“教人”,用学科去教人,所以我们的物理教学应该把学生物理学科核心素养的提升放在首要地位。

从《杠杆》复习课来看,笔者在教材、学情分析的基础上,巧妙围绕一幅图设计五个问题,个个问题直指学生“痛点”,学生在这些问题的驱动下进行理论和实验探究,深化对概念和实验的理解,有效完善自己的物理观念,科学思维与实验探究能力得到了培养;教师引导学生运用实验规律解决实际问题,将德育巧妙植入课堂,加强了学生的科学态度与责任感,核心素养得到了有效提升。本节课上,教师教授知识之外,还传授给学生解决问题的方法和优秀的品格,这才是核心素养导向对物理课堂的本质要求。

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