在探究中体验科学方法提升科学素养——例谈必修模块“弹力”的课堂教学设计，本文主要内容关键词为：弹力论文,教学设计论文,模块论文,课堂论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
提升学生的科学素养是中学物理教学的重要任务之一。课程标准明确地把提高学生科学素养作为学科课程的总目标。具体是通过“知识与技能”“过程与方法”和“情感态度与价值观”三个维度的目标要求而体现出来。因此。在物理课堂教学中，强调和体验问题的探究过程，加强科学方法的教育与熏陶，不仅能使学生学会掌握知识与技能、认识并掌握科学的研究方法和科学的思维品质，而且还能初步培养学生的科学态度和科学精神。在实现新课程三维目标的过程中，提高学生的科学素养。
要实现以上目标，离不开具体、合适的教学内容以及课堂教学的平台。
高中物理“弹力”一节的教学是整个高中物理较早进入学生学习的力学内容。从学生知识基础的现状来看，他们在生活中已接触到一些弹力的现象，对弹力有粗浅的认识，但认识不全面，特别是在物体发生微小形变时产生弹力的认识了解不够，即有经验的感性认识无法提高到理性认识；另外，对弹力大小、方向等的认识也仅停留在经验上。从学习的方法与过程的角度来看，学生有生活中的经验，但缺少用科学的方法去探究问题本质的过程与经历；从教材的安排上来看，既有对弹力产生定性的研究，又有力学模型——轻弹簧弹力大小的定量研究及弹簧模型的建立，这就为学生探究活动创造了较大的空间，为学生体验和应用科学方法提供了一定的平台与载体。下面就“弹力”的教学设计与课堂教学的现场，来尝试如何实现新课标中所倡导的理念，让学生在探究学习中体会科学的思想，使用科学的研究方法去探究问题，由此提升他们的科学素养。
一、在物理概念建立的探究过程中，体验和使用科学方法，提升学生积极的思维习惯和善于发现的科学品质
以弹力概念为例，由于学生对弹力有比较感性的认识，生活中接触过实际的弹力，但思维过程中的前概念存在一定的缺陷，由此在原有认知的基础上可进行如下设计。
现象观察：把生活中的现象通过多媒体还原在课堂中。
视频一 拉弓动作，利用动画片《哪吒》中哪吒拉轩辕箭的视频；
视频二 体育比赛项目中的撑竿跳视频；
视频三 学生平时活动中拍皮球的视频；
视频四 勇气号登陆火星时的模拟场景视频。
“视频一”用学生熟悉的动画视频激发学生学习的热情，“视频二”至“视频四”三段视频让学生体会体育、科技、生活等与物理学之间的联系。
边播放视频边让学生观察，通过学生的分组讨论与合作，一起交流、分析、归纳，完成预先设计的探究引导表，得出在不同环境下的不同弹力的产生存在同样的原因（见表1）。
用表格进行比较分析，让学生体会应用更加简捷的方法（列表法）对数据信息的分析。通过图1所示流程的探究活动，弹力的概念比较自然地在学生的头脑中建立起来，同时也使学生体验了概念建立的过程（观察、同学之间的相互讨论与交流、归纳、总结等亲身经历的活动），更重要的是大量的科学研究的方法与科学思想在学生的探究中得以应用和体会，在一定程度上提升了学生的科学素养。
图1
二、通过模拟前人的探究历程，挖掘和展现科学智慧与科学思想，在模拟探究中进行科学方法的体验、科学思想的熏陶
在弹力的概念建立后，教材介绍了物体发生微小形变时弹力的产生，通过演示实验来显示微小的形变，这里可以充分挖掘隐含在实验背后的科学方法、科学思想，在学生获得感性的微小形变的认知中真正领略实验放大的科学思想。具体设计流程如图2。
其中的问题导入采用如图3所示的情境，放在桌上的物体对桌面是否有弹力？弹力是如何产生的？桌面对物体是否有弹力？这个弹力又是如何产生的？由于物体对桌面的挤压使桌面发生了弹性形变，桌面在恢复原状时对物体产生了弹力，真是这样吗？我们为什么没有看到桌面的形变呢？让我们一起来探究桌面的形变吧。在教材安排的实验基础上作如下设计：把一铁架台放在桌面上，铁架台上固定一可以伸缩的轻杆（可用伸缩笔或天线代替），在轻杆的末端用红色的橡皮泥包住，如图4(1)所示。先让轻杆伸出一定的长度，用力压桌面，可以发现轻杆末端橡皮泥的空间位置有一点点的移动，但不明显，把轻杆伸长一些，再用力压桌面，会发现轻杆末端橡皮泥的空间位置变化明显一些了，再伸长一些，现象更明显。但轻杆的长度总是有限的，可以用一束光代替轻杆（如用激光二极管发出的光来，如图4(2)），让光束射到墙上，观察墙上光斑的位置。从知识与技能要求来看，学生不但知道桌面发生的形变的真实性，同时也能体会出教材实验中平面镜的作用。从过程与方法看，通过这样的过程设计，学生很自然地明白实验中隐含着把微小量进行放大的科学思想，在以后的学习中会尝试着去使用（如万有引力的测定，库仑定律等）。特别是在实验结束后让学生反思实验成功的地方，这不仅促进学生掌握和领悟科学方法、科学思想和科学智慧，而且对提升学生的科学素养起到一定的积极作用。
图4
三、在建立模型的过程中体验和使用科学，培养研究问题的思路与方法，提升科学的思维品质
在弹力概念建立后，学生基本有这样的感性认识：弹力的大小与物体形变的程度有关系，形变越大，产生的弹力也越大。在此基础上，有必要让学生进一步去探究定量的关系，但直接让学生去研究各种情况下的定量关系是不现实的，因此教师可进行一定的引导。
问题一 通过前面的观察我们知道物体发生弹性形变后会产生弹力，那我们猜想弹力的大小与什么有关呢？
问题二 列举一些常见的形变与弹力大小关系的实例。（撑竿跳的撑竿形变、跳水时跳板的形变、拍皮球时皮球的形变、拉橡皮筋时橡皮筋的形变，拉弹簧时弹簧的形变等）
问题三 上述例子中如果让我们去研究定量的关系，选取怎样的研究对象较好？（一般学生都会选择弹簧为研究对象）
问题四 研究对象选择弹簧较其他研究对象有什么有利的地方？
问题五 如何设计实验去探究弹簧形变与弹力大小？
问题六 研究定量关系时是水平放置弹簧好还是竖直放置研究好？分析两种情况下的利弊。
问题七 弹簧自身的重力是否要考虑？
通过上述的问题探究，教师和学生一起经历了具有一般科学研究特点的探究过程，即模型的构建过程（如图5）。于是在学生的思维中就形成了轻弹簧的物理模型，更重要的是经历这一过程后知道了：研究问题可以由一般到特殊、由简单到复杂、由形象到抽象、由实物到理想模型、抓主要因素忽略次要因素等，为以后的学习研究提供了较为重要的方法，在以后的学习中，学生也能够模拟使用这些方法去体会和构建更多的理想化模型。
图5
四、通过学生动手实验的探究活动，让学生在动手中体验和使用科学方法，培养学生严谨、诚实的科学品质及认同感
探究弹簧的形变与弹力大小关系的实验是较能体现上述思想的好材料。
1.实验方案的选择与设计
在教师的引导下，学生通过自己主动的探究活动，顺利地找到弹簧的形变与弹力大小的关系，能有意识地去理解弹簧劲度系数的物理含义及图象中图线斜率的含义；在实验的过程中，体验了许多科学研究的方法（物理的理想化模型、实验数据记录的表格法、数据分析时的图象法、规律的数学函数表达等等）；经过这些探究活动，学生领略了科学的实验，在实验中找到了研究的乐趣，对科学探究有一定的亲近感和认同感，逐渐提升了自身的科学素养。
在新课改的大背景下，让学生自主学习、探究学习、合作学习已成为现代教学的共识，通过对物理课堂教学的深层次设计，将有助于更好地达到新课标的教学目标，最终提升学生的科学素养。在教学设计中加强对学生进行科学方法的学习和体验是高中物理教师所面临的紧迫任务。相当部分的科学方法和科学思想隐含在教材里面，我们要结合学生的原有认知结构，在学生的学习过程中进行隐性或显性的方法论的教学；经常模拟物理学中典型的探究过程进行方法教学，在基于问题的探究式教学环境中，让学生了解和掌握科学方法，培养学生的科学品质。改变实验教学的现状，让学生在实验探究中体验科学方法，培养探究学习的情感，提升学生的科学素养。
在平时的课堂教学中，抓住“进行物理的科学方法和科学思想的教育”这一突破口，使物理知识的传授与能力培养的可操作性难题得到了解决；实现了新课程的最终目标，在物理教学过程中使知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观有机地结合在一起，使教师的教法与学生的学法有机地结合起来，物理教学必然会达到更高的境界，从而真正实现大物理教育。