課堂教學中滲透物理學科素養(yǎng)探析

【摘

要】初中階段的學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。如何在物理教學中充分利用實驗、借用具體事物鋪設臺階，引導學生形成相應的物理觀念和科學思維，并逐步掌握科學探究方法，養(yǎng)成正確的科學態(tài)度與責任感，是每個教師教學備課的重要任務之一。本文以“科學探究：滑動摩擦力”為例，淺談在課堂教學中如何滲透物理學科素養(yǎng)的培養(yǎng)?！娟P鍵詞】科學素養(yǎng)；滑動摩擦力；物理教學為了貫徹“立德樹人”的教育方針，教師需要在物理教學中充分挖掘校內(nèi)外課程資源，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好各方面教育力量，讓學生在親歷物理學習的過程中，逐步構(gòu)建和完善原有的知識體系，從而提高學生的物理核心素養(yǎng)，為學生適應社會的發(fā)展需要做好準備，也為社會的發(fā)展培養(yǎng)所需要的人才。而“科學探究：滑動摩擦力”一課在力學中占據(jù)重要地位。從教學角度講，它是“什么是力”的延續(xù)，同時學好該課有利于后續(xù)學習“科學探究：牛頓第一定律”和“二力平衡”等課程。簡單來說，“科學探究：滑動摩擦力”在教學課程中起到了承上啟下的作用。從中考的角度講，“科學探究：滑動摩擦力”在中考中占有較大分數(shù)份額，難度也較大，有許多難點與重點。從初高中銜接的角度說，“科學探究：滑動摩擦力”一課可以為高中繼續(xù)學習滑動摩擦力的定量計算f=μFN做準備。鑒于“科學探究：滑動摩擦力”地位的重要性，本文就以“科學探究：滑動摩擦力”為例，淺談如何在教學中滲透物理學科核心素養(yǎng)。一、課程的引入采取單一式講授法的物理教學是乏味且枯燥的，不利于學生的長久發(fā)展。因此，教師如何在課堂教學中創(chuàng)設學生熟悉的物理場景，從熟悉的場景里展示出乎預料的現(xiàn)象，從而利用預料之外的現(xiàn)象吸引學生的注意力，激起學生質(zhì)疑，引發(fā)學生的深思，促進學生的探索，這對于課程的引入是非常重要的。課堂教學開始時，教師可以先請學生推薦班級的一名“大力士”和一名“弱女子”，然后組織“大力士”和“弱女子”進行兩場有趣的“拔水管”比賽，并且每次比賽前先請學生猜測一下比賽結(jié)果。第一次是“大力士”和“弱女子”直接上場拔水管，第二次先在“大力士”水管那端涂抹一些潤滑油，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，為什么涂抹了潤滑油后，“大力士”慘敗給“弱女子”呢？這樣就自然而然引入了課題“科學探究：滑動摩擦力”。通過有趣的“拔水管”比賽，不僅完成了課程的引入，更活躍了課堂氣氛，吸引了學生眼球，在增添了學習興趣的同時還為下面學習“滑動摩擦力的影響因素”和“增大減小摩擦力的方法”做好了鋪墊，可謂一舉多得。二、滑動摩擦力的方向滑動摩擦力的方向是與相對運動的方向相反，而不是與運動方向相反，在教學中教師往往忽略“相對”二字，抑或是單純填鴨式的灌輸教學，而不作任何講解，導致學生學習中存在著困惑。要想突破該難點并不困難，只需利用一把毛刷和書本即可。實驗一，讓學生把毛刷豎立在書本上靜止不動（圖1），觀察毛刷刷毛的形狀，此時是豎直的，說明此時并未受到摩擦力。實驗二，保持書本不動，將毛刷水平向左移動，觀察刷毛形狀（圖2）。刷毛向右彎曲，說明刷毛受到向右的摩擦力。通過對比實驗一和實驗二，學生很容易理解摩擦力的產(chǎn)生條件要滿足有相對運動或相對運動趨勢。緊接著一鼓作氣讓學生在導學案上把刷毛所受摩擦力畫出來，強化摩擦力的作圖（圖3）。實驗三，保持毛刷不動，將書本向右抽出，觀察刷毛形狀（表1）。實驗前先讓學生猜測刷毛還會受到摩擦力嗎？還會彎曲嗎？如果彎曲，是向哪個方向彎曲？大部分學生猜測是受到向左摩擦力，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，由此說明刷毛受到向右的摩擦力。此時學生可能很迷茫，為什么刷毛沒有運動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？教師可以拋出實驗記錄單（表2）讓學生填表，并讓小組討論摩擦力的方向有什么特點。實驗二：保持書本不動，將毛刷水平向左移動實驗三：保持毛刷不動，將書本向右抽出通過填表，并對比表中數(shù)據(jù)（表4），學生輕而易舉得到毛刷所受到的滑動摩擦力的方向與以書本為參照物時的毛刷運動方向相反。而以地面為參照，又因為不特殊說明參照物時，是默認以地面為參照物，所以滑動摩擦力的方向是與相對運動方向相反，而非與運動方向相反。這里的“相對”是以接觸物體為參照標準的。實驗二：保持書本不動，將毛刷水平向左移動實驗三：保持毛刷不動，將書本向右抽出隨處可見的實驗器材毛刷和書本，就可以輕松完成對滑動摩擦力方向中“相對”二字的講解，使抽象的物理概念變得具體，既符合學生現(xiàn)階段的認知特點，又為之后的滑動摩擦力改進實驗（圖4）的設計埋下了伏筆。三、滑動摩擦力的大小是與壓力有關而非重力傳統(tǒng)的探究“滑動摩擦力的影響因素”是將物體水平放置，當物體水平放置時，根據(jù)二力平衡，重力大小等于支持力大小，又因為支持力與壓力是一對相互作用力，大小相等，所以壓力大小恰好等于重力大小。導致不少學生在探究滑動摩擦力與壓力大小時，誤認為滑動摩擦力與重力有關。為了突破該難點，教師可以從學生熟悉的事物入手設問，為什么某同學用黑板擦擦黑板，總是擦得很干凈，有什么訣竅嗎？某同學就會說大力壓黑板擦就可以擦得很干凈。緊接著問用力壓黑板增大什么，增大了壓力，黑板擦得很干凈又說明了滑動摩擦力變大了，而此過程中重力是不變的。由此可見，滑動摩擦力確實與壓力有關。為了進一步說明滑動摩擦力與重力無關可以設計這么一個實驗。第一次先用彈簧測力計測出一大鉤碼重力G1，然后將其夾在兩塊亞克力板中間，用彈簧測力計勻速豎直向上運動，讀出彈簧測力計示數(shù)F1（圖8）。此時對大鉤碼進行受力分析（圖9），大砝碼所受滑動摩擦力為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，用彈簧測力計勻速豎直向上拉（圖7），讀出彈簧測力計的示數(shù)為F2，然后取下大砝碼和小砝碼，測出其組成整體的重力G2。同理可得，其實大砝碼和小砝碼組成整體所受滑動摩擦力為f２=F２-G２。比較發(fā)現(xiàn)f1=f２，由此說明滑動摩擦力與重力無關。通過該實驗將抽象物理原理變得簡明易懂，在解決學生困惑的同時突破了難點。四、增大減小摩擦總之，教師教授增大和減小摩擦時可以讓學生舉出生活實例，然后緊扣物理知識引入提問：除了涂抹潤滑油還有什么方法可以使“弱女子”在這場“拔水管”比賽中獲勝嗎？既完成了課堂引入的問題，又完成了課堂教學內(nèi)容，