课堂教学中渗透物理学科素养探析

【摘

要】初中阶段的学生思维模式正从具体思维转变为抽象思维，虽然抽象思维有所发展，但还不完善，需要依托于具体事物。如何在物理教学中充分利用实验、借用具体事物铺设台阶，引导学生形成相应的物理观念和科学思维，并逐步掌握科学探究方法，养成正确的科学态度与责任感，是每个教师教学备课的重要任务之一。本文以“科学探究：滑动摩擦力”为例，浅谈在课堂教学中如何渗透物理学科素养的培养。【关键词】科学素养；滑动摩擦力；物理教学为了贯彻“立德树人”的教育方针，教师需要在物理教学中充分挖掘校内外课程资源，统筹协调好各方面教育力量，让学生在亲历物理学习的过程中，逐步构建和完善原有的知识体系，从而提高学生的物理核心素养，为学生适应社会的发展需要做好准备，也为社会的发展培养所需要的人才。而“科学探究：滑动摩擦力”一课在力学中占据重要地位。从教学角度讲，它是“什么是力”的延续，同时学好该课有利于后续学习“科学探究：牛顿第一定律”和“二力平衡”等课程。简单来说，“科学探究：滑动摩擦力”在教学课程中起到了承上启下的作用。从中考的角度讲，“科学探究：滑动摩擦力”在中考中占有较大分数份额，难度也较大，有许多难点与重点。从初高中衔接的角度说，“科学探究：滑动摩擦力”一课可以为高中继续学习滑动摩擦力的定量计算f=μFN做准备。鉴于“科学探究：滑动摩擦力”地位的重要性，本文就以“科學探究：滑动摩擦力”为例，浅谈如何在教学中渗透物理学科核心素养。一、课程的引入采取单一式讲授法的物理教学是乏味且枯燥的，不利于学生的长久发展。因此，教师如何在课堂教学中创设学生熟悉的物理场景，从熟悉的场景里展示出乎预料的现象，从而利用预料之外的现象吸引学生的注意力，激起学生质疑，引发学生的深思，促进学生的探索，这对于课程的引入是非常重要的。课堂教学开始时，教师可以先请学生推荐班级的一名“大力士”和一名“弱女子”，然后组织“大力士”和“弱女子”进行两场有趣的“拔水管”比赛，并且每次比赛前先请学生猜测一下比赛结果。第一次是“大力士”和“弱女子”直接上场拔水管，第二次先在“大力士”水管那端涂抹一些润滑油，再拔水管，结果始料不及“大力士”惨败给“弱女子”。紧接着教师提问，为什么涂抹了润滑油后，“大力士”惨败给“弱女子”呢？这样就自然而然引入了课题“科学探究：滑动摩擦力”。通过有趣的“拔水管”比赛，不仅完成了课程的引入，更活跃了课堂气氛，吸引了学生眼球，在增添了学习兴趣的同时还为下面学习“滑动摩擦力的影响因素”和“增大减小摩擦力的方法”做好了铺垫，可谓一举多得。二、滑动摩擦力的方向滑动摩擦力的方向是与相对运动的方向相反，而不是与运动方向相反，在教学中教师往往忽略“相对”二字，抑或是单纯填鸭式的灌输教学，而不作任何讲解，导致学生学习中存在着困惑。要想突破该难点并不困难，只需利用一把毛刷和书本即可。实验一，让学生把毛刷竖立在书本上静止不动（图1），观察毛刷刷毛的形状，此时是竖直的，说明此时并未受到摩擦力。实验二，保持书本不动，将毛刷水平向左移动，观察刷毛形状（图2）。刷毛向右弯曲，说明刷毛受到向右的摩擦力。通过对比实验一和实验二，学生很容易理解摩擦力的产生条件要满足有相对运动或相对运动趋势。紧接着一鼓作气让学生在导学案上把刷毛所受摩擦力画出来，强化摩擦力的作图（图3）。实验三，保持毛刷不动，将书本向右抽出，观察刷毛形状（表1）。实验前先让学生猜测刷毛还会受到摩擦力吗？还会弯曲吗？如果弯曲，是向哪个方向弯曲？大部分学生猜测是受到向左摩擦力，刷毛向左弯曲，抑或是不受到摩擦力，刷毛竖直。结果出乎意料，发现刷毛居然向右弯曲，由此说明刷毛受到向右的摩擦力。此时学生可能很迷茫，为什么刷毛没有运动却依旧受到了摩擦力？为什么向右抽书，却受到向右的摩擦力？教师可以抛出实验记录单（表2）让学生填表，并让小组讨论摩擦力的方向有什么特点。实验二：保持书本不动，将毛刷水平向左移动实验三：保持毛刷不动，将书本向右抽出通过填表，并对比表中数据（表4），学生轻而易举得到毛刷所受到的滑动摩擦力的方向与以书本为参照物时的毛刷运动方向相反。而以地面为参照，又因为不特殊说明参照物时，是默认以地面为参照物，所以滑动摩擦力的方向是与相对运动方向相反，而非与运动方向相反。这里的“相对”是以接触物体为参照标准的。实验二：保持书本不动，将毛刷水平向左移动实验三：保持毛刷不动，将书本向右抽出随处可见的实验器材毛刷和书本，就可以轻松完成对滑动摩擦力方向中“相对”二字的讲解，使抽象的物理概念变得具体，既符合学生现阶段的认知特点，又为之后的滑动摩擦力改进实验（图4）的设计埋下了伏笔。三、滑动摩擦力的大小是与压力有关而非重力传统的探究“滑动摩擦力的影响因素”是将物体水平放置，当物体水平放置时，根据二力平衡，重力大小等于支持力大小，又因为支持力与压力是一对相互作用力，大小相等，所以压力大小恰好等于重力大小。导致不少学生在探究滑动摩擦力与压力大小时，误认为滑动摩擦力与重力有关。为了突破该难点，教师可以从学生熟悉的事物入手设问，为什么某同学用黑板擦擦黑板，总是擦得很干净，有什么诀窍吗？某同学就会说大力压黑板擦就可以擦得很干净。紧接着问用力压黑板增大什么，增大了压力，黑板擦得很干净又说明了滑动摩擦力变大了，而此过程中重力是不变的。由此可见，滑动摩擦力确实与压力有关。为了进一步说明滑动摩擦力与重力无关可以设计这么一个实验。第一次先用弹簧测力计测出一大钩码重力G1，然后将其夹在两块亚克力板中间，用弹簧测力计匀速竖直向上运动，读出弹簧测力计示数F1（图8）。此时对大钩码进行受力分析（图9），大砝码所受滑动摩擦力为f1=F1-G1。第二次，在大砝码下挂一小砝码，但其直径远小于两块亚克力板的缝隙，确保压力不变，只改变重力，将大砝码和小砝码视为整体，用弹簧测力计匀速竖直向上拉（图7），读出弹簧测力计的示数为F2，然后取下大砝码和小砝码，测出其组成整体的重力G2。同理可得，其实大砝码和小砝码组成整体所受滑动摩擦力为f２=F２-G２。比较发现f1=f２，由此说明滑动摩擦力与重力无关。通过该实验将抽象物理原理变得简明易懂，在解决学生困惑的同时突破了难点。四、增大减小摩擦总之，教师教授增大和减小摩擦时可以让学生举出生活实例，然后紧扣物理知识引入提问：除了涂抹润滑油还有什么方法可以使“弱女子”在这场“拔水管”比赛中获胜吗？既完成了课堂引入的问题，又完成了课堂教学内容，