白亚君

摘 要：以“探究加速度与力、质量的关系”一课教学为载体，重点融入情景教学，在传统实验的基础上引入实际问题的探究，通过与实验有关的各种情景的设定，使学生准确、快速地找到抓手解决问题，完成实验误差分析和体验，促成科学探究的达成，有效地培养物理学科的核心素养.

关键词：物理学科;核心素养;科学探究;情景教学;体验

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）15-0038-03

作者简介：白亚君（1976-），女，河北人，本科，中学一级教师.研究方向：中学物理学科教学.

我国新一轮的课程改革，着重强调自主学习、合作学习和探究学习，科学探究成为科学教学的主要目标之一.近几年的中高考改革在试题上更是逐渐体现出对学生自身综合能力的考查，特别是中考改革中新增加的案例分析更是需要学生具备一定的科学探究和思维的能力，因此培养学生建构基本的探究能力和习惯尤为重要.笔者以 “探究加速度与力、质量的关系”一课为例，突破传统实验方式，在钩码质量不断增加，出现a-F图像发生弯曲时，由学生自己发现问题并运用所学的知识和器材寻求解决问题的方式，发挥学生的主观能动性，形成一定的分析、处理能力，及培养团结协作精神，建构学生的基本科学探究素养.

1 创设经验情景，发现物理问题，形成猜想与假设

1.1 生活中的启示，看一看、说一说

视频播放：十字路口红灯变绿灯时各种类型车子启动的场景，让学生观察不同车子启动的快慢受什么因素的影响，并结合上一节学习的知识通过分析、猜想加速度与什么物理量有关.学生会观察到启动的时候电瓶车和摩托车非常快，说明运动状态改变快，加速度大;而公交车启动很慢，说明运动状态改变慢，加速度小.

1.2 新旧知识衔接，想一想、推一推

通过前面一节牛顿第一定律的学习，学生能够想到力是改变运动状态的原因，再结合描述物体运动状态改变的物理量是加速度，从而推断出影响物体加速度大小的物理量是物体受到的力，但发现公交车启动时的牵引力应该大于电瓶车，为什么公交车启动反而慢呢？学生带着问题再次思考运动状态的改变的难易程度即惯性还与物体的质量有关，质量大的物体运动状态难改变，质量越小的物体运动状态越容易改变，而电瓶车的质量小于公交车，所以推断出加速度应该还与物体的质量有关.

1.3 运用数学思维，猜一猜、列一列

数理结合是学好物理的关键，物理的规律都是构建在一定的数学模型上的.经过前面的观察、推理，让学生通过猜想构建加速度与力和质量之间关系的基本数学模型，依据牵引力越大运动状态改变越快，猜想出加速度与力可能是正比关系;依据公交车比电瓶车启动慢，猜想加速度与质量可能是反比关系，建构出三者之间基本的数学关系，列出简单的表达式，为后续的研究提供方向.

通过观察情境提出问题是科学探究的前提，否则探究则无从谈起.学生首先能够通过质疑形成问题，再进一步地思考，就是对问题的成因进行猜想，对问题的可能结果作出假设.科学猜想并不是随意的猜测，它是指能结合自己原有的知识和经验，并依据所看、所想，对情境中观察到的先行的成因或结果作出与之相关的假设并进行解释的过程.所以在物理教学中培养学生的猜想能力，增强学生运用自己原有的知识和经验去审视所发现事实的意识，并提升学生观察、分析新的事件，且在其中寻找与原有知识和经验类型相似的特点和规律的能力，这将有助于学生物理探究的建构，提升物理核心素养.

2 体验实验情景，进行探究体验，激发对科学的好奇心和求知欲

“猜一猜”“列一列”的课堂体验，以生活中学生的真实感受导入，把以前学习的知识结合实际运用到科学思维中，通过上述一系列活动，学生已经做好了科学探究的准备.接下来，教师引导“加速度与力和质量都存在着关系，那么通过实验探究应采用什么方法？怎样利用现有的实验器材测定物体的加速度？怎样分别改变物体所受的拉力和物体的质量？”学生通过实验设计、相关方案的制定，从中获取并处理信息，并基于证据分析、论证而得出结论，同时对探究的过程及结果进行分析、交流、反思、改进等，从中体会科学规律的简洁性和普适性，激发学生探索科学奥秘的热情.

实验探究：用控制变量法，分别改变物体受到的拉力和物体的质量，研究加速度与两者的关系，通过数据表格和图像分析得出结论.要求：运动的轨道要保持水平并尽量光滑，用钩码的重力作为拉动小车的动力，通过在小车上加配重片以改变小车质量，用DIS的位移传感器测定小车运动的加速度.

2.1 实验一：质量一定时，用DIS研究加速度与力的关系

步骤：（1）用天平测小车的质量M.

（2）测钩码的重力（作为小车的拉力），每个钩码5g，一共4个.

（3）安装传感器，将细线连接小车，跨过滑轮系住小钩码，释放小车测定加速度.

（4）将上述测得的数据记录在表格中.

（5）保持小车质量不变，改变钩码的个数重复实验.

（6）处理数据，得出结论，并利用实验数据画出a-F图像（如图1）.

2.2 实验二：拉力一定时，用DIS研究加速度與物体质量的关系

步骤：（1）测钩码的重力（作为小车的拉力），只悬挂一个钩码.

（2）用天平测小车的质量M，每个配重片的质量为50g，一共4个.

（3）安装传感器，将细线连接小车，跨过滑轮系住小钩码，释放小车测定加速度.

（4）将上述测得的数据记录在表格中.

（5）保持F不变，改变小车的质量（在小车上逐一添加配重片）重复实验.

（6）处理数据，得出结论，并利用实验数据画出a-m图像（如图2）.

学生讨论：得到a-m图像能否验证之前加速度与质量的关系？引导学生画出a-1/m图像进行验证（如图3）.

3 组织交流情景，锻炼独立思维，增强协同意识与合作精神

学生活动：通过实验数据及图像分析得出结论.

學生通过对实验数据的分析和对图像的解读，在之前实验学习的基础上，运用控制变量的描述方法，总结得出实验结论，从而完成对之前猜想的验证.结论的总结可以通过学生以个体为单位，其他学生补充;或以小组为单位，通过组内讨论，形成比较完善的表述后，再派代表来陈述.学生在总结的同时，通过交流、讨论，获得最严密、最完善的结论.

4 创设实际情境，培养严谨态度和求实精神

严谨的科学态度和实事求是的精神是科学进步和发展的必要条件，而有些物理实验都是在一定的近似条件下才得出的结论，当条件变化时往往就不再符合既定的规律了，这也是数学公式和物理规律最本质的区别，物理规律只有在一定的条件下才能符合数学的规律关系.本实验在前面老师只给了学生4个小钩码，现在让学生两组合在一起做实验，每组再加5个钩码，再次测量物体质量不变时加速度与力的关系，因为DIS软件的图像拟合默认是直线，所以教师教学生用Excel表格来画图像，更能反映真实情况.学生做的图像如图4所示.这时发现在拉力较大的情况下，图像不再是完美的直线，而是发生了弯曲.组织学生讨论图线弯曲的原因，是不是说明加速度与力不再成正比了？这也就是物理学中实验的一个非常重要的部分——误差讨论.

引导学生从实验的原理出发分析原因：首先在前面实验时，我们是将钩码的重力直接作为拉动小车运动的拉力了，那么这两个力真的相等吗？如果不相等，问题在哪里？为什么之前钩码重力比较小时结论是成立的，而钩码重力变大时就不成立了？如果找到误差的原因，我们能不能将实验进行改进，使误差减小？

物理学是一门实验科学，而物理实验更有助于培养学生严谨的科学态度和实事求是的精神.所以，实验的过程中更要让学生深深地感悟到严谨和求实的重要性，引领学生在实验中如实记录、客观对待所获取的数据，并遵循基本的学术道德规范.只有尊重事实，才能发现问题，真正找到解决问题的办法.

5 问题解决，促进物理核心素养的达成

发现问题的目的是为了最后解决问题，同学通过对原理的分析，发现钩码拉动小车加速运动时，钩码自己也在加速，实际上钩码的重力使车和钩码都沿绳产生了加速度.所以实际上：mg=（m+M）a，而我们之前列的关系式是mg=Ma，发现两者在mM的时候是没有太大差别的，也就是接近正比关系，但是当m逐渐增大时，m不能再被忽略掉，就出现了偏离正比的曲线.同学们通过对于上述误差的分析，借用实验室的现有设备，发现只要能直接测出拉动小车加速运动的力，所有的问题就会迎刃而解了.而实验室中刚好有可以测量拉力的传感器，如果将传感器连接在小车和钩码之间的细线上，或者是传统一点，在细线和钩码之间加一个弹簧秤，直接测出拉动小车的力就可以了（如图5）.学生找到问题、解决问题，再次尝试，最后得出了理想的、不受钩码重力大小限制的直线，同时也对前面的实验结论进行了完善，加入mM的成立条件，圆满地达成了科学探究素养的目标.

科学探究能力的培养，应该渗透在整个物理教学过程中.无论是物理知识的教学，还是物理问题的解决，都应引导学生发现问题、提出问题，并依据问题收集和选择相关的信息，通过证据、运用逻辑，对问题给出合理的解释，准确地表述问题解决的过程和得出的结果.学生能力的提升与发展，是与他们在学习中的行为紧密联系的.要想提升和发展某种能力，就必须经历与之相关的过程.要使学生发展科学探究能力，就必须在教学过程中让学生经历问题的发现与提出的过程，实施证据收集和解释的行为，经历表述解决问题的过程，教学设计要融入情境设计，让学生能亲身感受，真正实现把培养学生科学探究能力的目标落实到学生探究的行为上，很好地促进了物理核心素养的达成.

6 结束语

科学探究是人们认识和了解自然，并从中获取知识的主要方式，更是学生学习自然科学的一种重要方法.它是对学生的一种综合的、关键的科学能力和素养的培养.在探究的环节中融入情景教学，能让学生迅速地进入情境、获取信息、发现问题，让学生获得探究的抓手，教师在旁引导、辅助，设计好需要的情境，为学生提供施展的舞台，可以高效地促进学生物理核心素养的达成.

参考文献：

[1]刘信生.物理探究实验如何科学实施——以“探究滑动摩擦力和浮力”两则实验谈科学思维的本质[J].中学物理，2021，39（04）：30-33.

[2]李安发.基于物理核心素养的情境创设研究[J].中学物理，2020，38（14）：5-8.

[3]董超.物理学科素养在中学物理课堂教学中的体现——以测量匀变速直线运动的速度与加速度的实验教学为例[J].中学物理，2019，37（15）：19-21.

（收稿日期：2021-04-28）