生活情境教学之“一锤定理”.pdf

第2 0 卷总第1 1 4期中学理科园地科学素养生活情境教学之“一锤定理”叶丽萍1,叶晴莹1，苏超1，陈智慧1，吴志明,陈水源1*（1.福建师范大学物理与能源学院;2.厦门大学物理科学与技术学院）摘要：中学物理教学需充分挖掘生活情境，帮助学生理解抽象的物理原理、运用物理知识解释生活现象。基于物理生活情境教学，论文以生活常见的情境一锤子为例，研究锤子在各种情境中所涉及的物理原理，并介绍了融入物理教学的意义。通过情境教学培养学生探究能力、模型构建能力，并提高学生的学习兴趣。关键词：生活情境；物理教学；锤子普通高中物理课程标准（2 0 1 7 年版2 0 2 0 年修订)中“注重课程的时代性，关注科技进步和社会发展需求”的课程理念，说明物理教育要贴近学生的真实生活，并注重与生活实际的联系。新课标在教学建议中指出在教学设计和教学实施中重视情境的创设。而最直观的情境来源于生活,所以物理教育生活化既是新课改的要求，也是教育实施的具体化。首先，杜威在实用主义“教育即生活”中指出教育是从个人实际的生活经验出发 2 1,最好的教育就是在生活和经验中学 3 。他在五步教学法中也指出情境是教学的第一阶段 4。其次，陶行知提出“生活即教育”并认为生活含有教育的意义、教育以生活为中心、生活决定教育，教育改造生活 5。教育要解决生活中的变化，而生活瞬息万变，因此生活中的每个场景和生活方式均含有教育的意义。最后，建构主义学习理论认为教学是引导学生从原有的知识经验中生长出新的知识经验的过程,要求学生在真实或类似真实的情境中学习 6 。因此，在物理教学中要充分应用生活情境，结合学生的认知规律、“教育即生活”“生活即教育”、建构主义学习理论的理论依据以及相关物理知识的教育目标，通过教学设计，帮助学生把生活中模糊的经验认知，慢慢转化为严谨的物理学中的概念认知,在生活与物理学中搭建起自已的桥梁 7 。本文以生活中常见工具一一锤子为例，从锤子所涉及的不同生活情境出发，结合教学设计，发现生活情境在物理教学中可以培养学生科学探究、科学建模等能力。并且生活情境教学可以加强生活与教学之间的联系，缩短知识点与学生之间的距离，让学生在解决实际问题过程中获得创新思维的发展。1与锤子相关的物理情境电磁铁雷神之锤原理斧锤劈柴力的合成与分解锤子悬重力与空实验重心锤柄上理论上锤柄越长越好速度相等锤头形状不同，与物体的接触面积不同，产生的压强不同惯性击锤柄下端紧固锤头锤子锤钉动量定理子橡胶子中的物理原理锤锤瓷砖杠杆原理羊角锤拔钉子点的角任意扁头锤、圆头锤与八角锤锤子是敲打物体使其移动或者变形的工具，最常用来敲钉子、拔钉子、敲击物体等等。锤子有各种各样的类型，例如敲击锤、羊角锤、橡胶锤、球头锤、鸭嘴锤等等。人们挥动锤子时会快速带动手柄末端的沉重锤头以获得足够的力量。教师可以合理应用锤子的各种场景让学生感悟生活中的物理，培养学生应用物理的能力。锤子所涉及的生活情境以及物理原理如图1 所示。实际生活情境中使用锤子的场景还有很多，下面举例说明锤子的各种使用情境如何融人中学物理教学，突出生活情境教学的优势。2锤子情境下的案例分析2.1案例一：生活情境教学,培养学生科学探究能力一以“动量定理”为例“动量定理”是人教版选择性必修一第一章第二节的内容。它既是对动量的进一步探索又为动量守恒定律奠定基础，具有承上启下的作用。动量定理知识点本身也是牛顿第二定律的另一种表现形式，侧重于力在时间上的累积，既可以用于恒力情况也可以用于变力情况。学生在学习动量定理时难以厘清为何要推导力与动量的关系，以及如何灵活运用动量定理来解释真实生活情境。本案例将从生活情境出发，在真实情境中引导学生进行自主探究得到动量定理的相关要素，进一步得到相关结论，突出科学本质，培养学生探究能力，最后再次回归到生活情境中解决生活问题，形成“生活一物理一生活”的闭环。同轴转动压强的影响因素图1 锤子中的物理原理图能量守恒定律弹性势能软锤一一用与动能的竹片做锤柄转化的大铁锤航天用锤一太空锤一锤子敲击后不反弹锤柄容易弯曲减震护手*通讯作者32第2 0 卷总第1 1 4期物理知识点本身与生活实际情境联系紧密并且物理学科的实践性也强，需要学生灵活运用物理原理解释生活现象以及解决生活实际问题。在图2 所示的教学中，从教师教学角度看，从用不同的锤子敲瓷砖产生对比强烈的效果入手，调动学生的原认知并引导学生观察此生活现象提出“为什么不同的锤子敲瓷砖却产生不同的效果”问题。再通过将瓷砖换成钉子进行演示实验，让学生进行经过发现锤子影响钉子钉人深浅这个问题到提出猜想、制定实验方案、动手实验、得出结论整个实验探究的整个流程，培养学生发现问题并提出物理问题、在考虑多因素时利用控制变量法制定实验方案以及学生的证据意识、在交流与讨论中进行科学表诉与解释的能力。接着根据这些因素有目的地进行理论推导，培养学生科学推理、逻辑论证的能力；最终得出动量定理的规律以及意义，丰富学生运动与相互运动的物理观念。最后回归生活情境，引导学生对生活情境进行模型建构，利用动量定理解决实际问题，培养学生物理为生活服务的意识。从学生学习角度看，学生从常见的生活情境中进入学习状态，学生的思维过程流畅无阻碍。并且学生可以动手参与整个实验探究过程，逐步探究科学本质，学生课堂参与的积极性以及物理学习兴趣都能提高，同时在整个教学流程中，学生始终围绕着真实生活情境，让学生感悟到在生活中学习物理，物理又回归生活。2.2案例二：从真实情境中构建物理模型一一以“变力做功 为例变力做功是人教版必修二第八章第一节“功功率”中的一个拔高知识点，它是对做功的进一步探究，也是更加贴近生活实际情境的物理原理运用。学生在以往的学习中更多的接触到的是恒力以及恒力做功，对于变力以及变力做功这些概念比较陌生，也无法直接套用恒力做功的计算去解决实际生活中的变力问题。本案例将从街边“十元三锤”挑战实际情境出发，引导学生进行物理模型的构建，帮助学生掌握变力做功问题。物理模型是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的重要手段和方法，物理模型的构建应基于实际的生活情境 8 。在图3 所示的教学中，从教师教学角度看，从实际的生活情境中提出问题，并进行情境复现，给学生更加直观的印象。逐步引导学生对情境进行分析，帮助学生进一步理解变33中学理科园地动量定理教学流程创设铁锤、橡胶锤分引导学生观察两种生活情境的视频和图片，别敲瓷砖的生活情境提出初步猜想引导学生猜想导致钉子进入木板深度不同引入新课，实验演示的因素有哪些锤子砸钉子并根据猜想设计实验探究设计学生根据实验器材设计实验方案：学生自主探究影响钉实验器材：铁锤、钉子、双面不同同一橡胶锤不同端从同一高度砸钉子子进入木板深度的原材质的橡胶锤、因可换锤头若干实验探究结果分析讨总结影响钉子受力效果的因素：作用时间、论锤子的重力、锤子速度的变化量动量定理理论推导并依据实验探究的具体因素有目的地进行理解读论推导并解读理论意义动量定理在生活中的引导学生用公式解释怎么敲钉子才能使钉运用子受力最大工图2 动量定理教学流程图变力做功教学流程“十元三锤”砸钉子挑战情引导学生观看挑战视频，提出问题：商境导入家制胜的关键是什么？工情境复现：用最大的力砸钉子，探究钉子进入木板情况问题具体化：若某人每次做功W，第一次进入h1。钉子受到的阻力为：f=kh，试问要使长度为L的钉子完全进入木板，需要砸多少次？变力转化为平均力：将每个阶段的变力转变为平均力图像法：画出f-h图像，类比运动学过程中的方法引导学生判断图像意义回归初始问题：分析商家的制胜秘决力做功过程，形成能量转化的物理观念。再提炼关键信息、构建物理模型，从数学角度对模型进行分析论证,培养学生严谨思维习惯，并且提供学生进行批判性思考的机会。再利用不同的方法对模型进行一致性分析以及利用模型解决实际问题，培养学生构建物理模型要经历的“情境一构建物理模型一论证物理模型一物理模型分析应用”的完整思维过程。从学生学习的角度看，从学生感兴趣的“十元三锤”挑战与变力做功的知识出发，这两个认知原来是相互独立的，通过情境的层层剖析，构建物理模型，将这两个认知进行构建重组,这一过程符合建构主义的知识观，在学生原有认知的（下转第3 6 页）科学素养不同质量的铁锤从同一高度砸钉子相同质量的铁锤从不同高度下砸钉子引导学生对做功过程中能量的转化进行分析：每次对钉子做功相同，钉子移动的距离逐渐减小。根据功的计算公式：W=fs，推导出钉子受到的阻力是变力引导学生对问题情境进行分析并构建物理模型立(o+)Ah引导学生对每一次做功过程做的功W的2表达式进行推导，发现钉子进入深度的(0+kh）h=12f0h h2 h;ha图3 变力做功教学流程图规律以及判断至少锤几次的方法表诉引导学生根据f-h图像的意义进行情境问题分析，推导每次钉子进入深度的关系，并与平均力法进行比较引导学生从做功W、阻力f两方面分析是如何保证商家制胜第2 0 卷总第1 1 4期作，物理教师需结合学生成长规律及现实需求，引导学生走出课堂，以集体旅行的方式开展研学活动，丰富学生体验，有效发展思维品质 3 。例如，在学习“透镜成像”单元时，物理教师可以照相机为切入点，带领学生现场参观“照相机生产流程”，了解其内部构造，学生间相互讨论成像的原理，并做好研学记录表，将所见所想嵌人表格中。从宏观视角来讲，研学活动不应该局限于物理领域，教师要充分利用各种资源来设计研学旅行计划，如在“新材料及其应用”学习中，教师可开展研学旅行，引中学理科园地导学生探究自然资源类别及应用领域，着重分析纳米技术、绿色能源等，学生组合可以自由搭配，以调查的形式了解能耗情况，了解新材料对自然和社会经济发展的意义，形成可持续观念。又如“眼睛和眼镜”一课中，先让学生模拟眼睛的近视远视和矫正实验（如表1），弄清原理及矫正方法后，再次研学，鼓励学生到一些眼镜商店打工，在专业技术员的引导下学习验光、配镜技术，展开深人的物理探索，增强科学认知能力。在项目化学习过程中，学生真正实现了学习进步，带动了各项能力的成长。表1科学素养实验图近视是晶状体变厚对光线折射能力变强原理远视是晶状体变薄对光线折射能力变弱材料光具座、蜡烛、焦距不同的凸透镜和凹透镜，用橡皮膜做的水透镜，注射器水透镜内注入适量水，调节光屏、蜡烛位置使之成清晰的像。然后适当再注人水，可见像模糊了，当用一合适凹透镜置水透操作步骤镜前像恢复清晰；如从水透镜内抽出一定量的水，像也变模糊了，当用一适当凸透镜置于水透镜前时像又变清晰了校本课程建设是一项系统化的工程，它也是促进初中物理教育改革的主要方向。在新时期教育背景下，教师要积极开发整合资源，根据班级学情创建校本课程体系，为学生个性化发展提供开放式平台。与此同时,教师需严格遵循STEM教育理念，组织项目化活动，在任务导向下，诱发学生思考，并通过实践来解决问题，从而发展学生核心素养，为日后学习做好充足的准备。2522222852825252228528528285282828528252828228282852825282252828285282528285282525282528（上接第3 3 页）基础上进行知识的构建。同时也在利用模型解决问题的推导过程中培养了学生的科学推理的科学思维。3总结论文从一个简单的生活工具一一锤子人手，对不同情境中的锤子及其涉及的物理原理进行分析描述，并在此基础上进行了“动量定理”“变力做功”2 个相关教学流程设计，对其生活情境的教学效果进行了分析。研究说明在物理教学过程中结合学生的生活经验，灵活运用情境，可激发学生原有认知，搭建新旧知识的桥梁，逐步渗透物理观念，提高学生的科学探究能力、论据意识、科学表述能力和应用物理原理解释生活现象的能力。参考文献：1中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(2 0 1 7 年版2 0 2 0 年修订)S.北京：人民教育出版社,2 0 2 0:2,52.参考文献：1柳向辉.浅析 STEAM+理念下高中物理创新实验校本课程的开发和实践 学周刊，2 0 2 2(1):2.2张华.校本课程：落实学科实践的有效载体：以初中物理电在我家 校本课程建设为例 J.基础教育课程，2 0 2 2(6):5.3李晓雪.STEAM教育理念下高中物理校本课程研究 J数理化解题研究,2 0 2 2(3 3):3.2杜威.杜威教育论著选 M赵祥麟,王承绪，译.上海：华东师范大学出版社，1 9 8 1:3 7 5.3杜威.民主主义与教育 M.王承绪,译.北京：人民教育出版社,1 9 9 0.4谭琳赫尔巴特四步教学法与杜威五步教学法之比较 教育实践与研究(小学版),2 0 0 8,1 59(1 1):4-7.5李小静.基于“生活即教育”的发展性任务在初中化学教学中的应用 .化学教学,2 0 2 1,41 3(8):52-55.6陈威.建构主义学习理论综述 J.学术交流,2 0 0 7(3):1 7 5-177.7 朱海涛.高中物理：用情境教学培养学生的核心素养 人民教育,2 0 2 2,8 8 3(2 4):6 5.8秦黎.注重物理模型构建提升科学思维能力：以“电场线 教学为例 J.物理教学,2 0 2 2,44(1 2):1 1-1 4.36