蔡琼娜

［摘 要］在“探究形变与弹力的关系”的课堂教学中，通过自制教具、创设贴近实际生活的真实情境，将物理问题生活化、可视化，以增强学生的体验，让学生在观察、实验、思考、讨论、总结中形成物理观念，并培养科学探究素养。

［关键词］生活情境；可视情境；体验式教学

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）02-0067-03

《国务院办公厅关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》（国办发〔2019〕29号）提出要深化课堂教学改革，“强化实验操作”“认真开展验证性实验和探究性实验教学”“积极探索基于情境、问题导向的互动式、启发式、探究式、体验式等课堂教学”，促进学生系统掌握各学科基础知识、基本技能、基本方法，培养适应终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力。

在“探究形变与弹力的关系”的教学中，笔者带着“如何更好地帮助学生形成物理观念，培养科学探究素养”这个问题，尝试设计多种课堂体验活动，让学生在真实的课堂体验活动中认识形变与弹力。

一、重现生活情境，体验形变

【问题1】在初中，我们知道物体在力的作用下形状发生改变，称之为“形变”，是不是所有物体的形变都可以直接看得到？

教具：弹簧、橡皮筋、橡皮泥、泡沫棉、铁线、矿泉水瓶、微小形变演示装置［自制光线“放大”装置（如图1）、自制玻璃瓶形变“放大”装置（如图2）］。

［生活情境］展示生活中常见的能发生明显形变的物品（弹簧、橡皮筋、橡皮泥、泡沫棉、铁线）。

教师把手放在讲台上用力压，然后提问：讲台面有没有发生形变？

让学生自己体验用最大的力压桌面，观察桌面是否会形变。学生体验、观察后，发现看不到形变。

［实验体验1］体验桌面的微小形变。

教师介绍自制光线“放大”装置的原理（如图3），并邀请学生体验光线“放大”实验。

学生按压放有自制光线“放大”装置的桌面，体验桌面形变（光斑移动）。

教师：桌面受到力的作用，也会发生形变，只是形变不明显，我们称之为“微小形变”，需要通过特殊装置“放大”才能看出来。

［生活情境2］体验玻璃瓶的微小形变。

教师向学生展示按压矿泉水瓶和玻璃瓶，并引导学生观察：矿泉水瓶和玻璃瓶是否都发生形变。

学生观察发现矿泉水瓶可明显看到形变，玻璃瓶没有明显形变，但结合桌面形变，学生可以猜出玻璃瓶也发生了形变。

教师：如何观察玻璃瓶的形变？

学生讨论、分享自己的想法。

［实验体验2］体验玻璃瓶的微小形变。

教师介绍自制玻璃瓶形变“放大”装置的原理，邀请学生操作体验。

学生按压装有形变“放大”装置的玻璃瓶，体验玻璃瓶形变。

教师（小结）：物体受到外力作用后会发生形变。在外力撤走后，有些物体的形变会恢复原状，这种形变称为“弹性形变”；有些物体的形变不能恢复原状，这种形变称为“非弹性形变（或塑性形变）”。

【问题2】物体的弹性形变有没有限度？

教具：实验室里好的弹簧测力计和损坏的弹簧测力计。

［生活情境3］展示好的弹簧测力计和损坏的弹簧测力计。

学生观看，思考弹簧为什么不能恢复原状？

教师（小结）：外力使弹簧发生弹性形变，若外力过大，弹簧不能恢复原状，称为超过弹簧的“弹性限度”。

【问题3】生活中有哪些发生弹性形变的物体？如何利用呢？

［生活情境4］展示图4和图5，体会杆的形变和蹦床的形变。

学生思考杆的形变、蹦床的形变对与之接触的物体有什么作用。学生能回答：形变后的杆和蹦床能让人动起来。

教师：发生弹性形变的物体会对与之接触的物体产生力的作用，改变其运动状态，这个力称为“弹力”。

（1）定义：产生形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这个力称为弹力。

（2）产生条件：物体发生弹性形变；两物体间有接触。

二、创设实验情境，体验弹力的产生和方向

【问题4】弹力的产生需要两个相互接触的物体。在具体情景中，哪个物体发生弹性形变？哪个物体是施力物体？哪个物体又是受力物体？弹力方向怎么确定？

（一）支持力、压力

教具：砝码、海绵、装水的气球、桌面。

［生活情境5］将一个砝码放在海绵上（如图6）。

教师：大家看到哪些物体发生形变？形变方向向哪？结合弹力概念，分析这个过程中哪个物体会受到弹力？

学生：海绵往下凹，由于要恢复原状，对与之接触的砝码有弹力作用。

教师：砝码受到的弹力方向如何？为什么？

学生：海绵要往上恢复原状，就会对砝码产生向上的弹力。

教师：海绵对砝码产生向上的弹力，我们称之为“支持力”，关系如下：

[海绵：发生向下凹的弹性形变

（形变物体，施力物体）][要恢复原状][砝码：受到向上的支持力

（受力物体）]

教师：砝码放在海绵上，海绵有明显形变，那砝码（下表面）有没有发生形变呢？形变方向又怎么样呢？

（课堂上，学生基本上都会说重物也会发生形变，但形变方向不太清楚。）

［实验情境1］砝码形变不明顯，方向无法判断。类比实验：把装水的气球放桌面上（气球类比砝码，桌面类比海绵）。

学生观察、对比水气球放在桌面上前后的形状是否变化（如图7和图8），判断气球形变方向。（气球放在桌面上，气球会往上凹）

教师：砝码形变确实存在，只是我们肉眼看不出来！通过观察用水气球代替砝码进行类比实验，可以清楚看到水气球往上凹的形变，因此，可以类比得出砝码放在海绵上时，砝码也会发生向上凹的形变。由于砝码要向下恢复原状，因此便会对与之接触的海绵产生向下的弹力，我们称为砝码对海绵的“压力”，关系如下：

[砝码：发生向上凹的弹性形变

（形变物体，施力物体）][要恢复原状][海绵：受到向下的压力

（受力物体）]

学生把砝码受到的支持力、海绵受到的压力画到学案上（如图9），讨论支持力、压力的产生和方向有什么特点。（支持力和压力都是由于一个物体发生弹性形变而对与之接触的另一物体产生的力，它们的方向相反）

教师：支持力和压力，是很常见的弹力，它们的产生是由于两个物体叠放在一起，且都发生形变，并对与之接触的物体产生弹力作用。放在上面的物体受到向上的支持力，放在下面的物体受到向下的压力，而且方向与接触面垂直。

教师：生活中，哪些情景也存在支持力和压力？大家举例说说。

学生1：书本放在桌面上，书本受到支持力，桌面受到压力。

学生2：人坐在椅子上，人受到支持力，椅子受到压力。

……

教师：书本放在桌面上，支持力和压力分别是由于谁发生形变产生的？

学生：书本受到的支持力是由于桌面发生形变产生的，而桌面受到的压力是由于书本发生形变产生的。

练一练：完成例1（例1略。通过例题练习，巩固对支持力、弹力方向的理解）

（二）拉力

教具：绳子、钩码、弹簧、气球、挂钩。

［生活情境1］用绳子拉钩码。

教师展示绳子拉钩码的情形（如图10），然后提问：大家能看到绳子和钩码发生的形变吗？

学生：看不到绳子和钩码的形变。

［实验情境2］用弹簧代替绳子，在其下面挂一个钩码。

教师展示弹簧拉钩码的情形（如图11），提问：大家能看到弹簧发生的形变吗？

学生：弹簧被拉长。

教师：绳子的形变肉眼看不出。用弹簧代替绳子，可看到弹簧被拉长，由于要恢复原状，弹簧对钩码产生向上的拉力，关系如下：

[要恢复原状

（收缩）][弹簧/绳子：发生拉长的弹性形变

（形变物体，施力物体）][砝码：受到沿弹簧/绳子收缩方向的拉力

（受力物体）]

［实验情境3］用水气球代替钩码，绑在绳子上。（如图12和图13）

学生：水气球被拉长，由于要恢复原状，对绳子产生向下的拉力。

教师（小结）：通过类比观察得到：在弹簧拉钩码和绳子拉水气球的情景中，钩码和水气球都发生被拉长的形变，由于要收缩恢复原状，对与之接触的物体产生拉力。因此，拉力方向沿着弹簧和绳子收缩的方向。关系如下：

[要恢复原状

（收缩）][钩码/水气球：发生拉长的弹性形变

（形变物体，施力物体）][弹簧/绳子：受到沿钩码/水气球收缩方向的拉力

（受力物体）]

三、实验探究，体验弹簧弹力的大小

教具：弹簧测力计、刻度尺、4个质量相同的钩码。

【问题5】弹簧弹力大小跟什么有关？（引导学生进行实验探究）

实验器材：弹簧、刻度尺、多个质量相同的钩码。

讨论与猜想：跟弹簧的形变大小有关。

实验探究：根据已有实验器材，结合猜想设计实验，并进行实验操作，记录数据（如表1）。

数据处理：计算对应弹簧的形变量，总结弹簧和弹簧形变量的关系。

实验小结：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的形变量x成正比，即[F=kx]。这一结论称为“胡克定律”，[k]为弹簧的劲度系数。

四、教学反思

本节课的教学难点在于学生对微小形变的认识，以及具体弹力产生过程中形变物体、施力物体和受力物体的认识，因此，笔者通过创设生活化的情境和条件，让学生参与、体验形变和弹力知识的建构过程。

（一）重现可视的生活情境

物理知识源自生活。本节课学习和分析的情境、展示的图片都是学生在日常生活常见的，学生从这些可视的生活情境出发学习物理，体验物理知识与生活的紧密联系，能有效提高教学实效。

（二）创设可视化的实验情境

（1）自制教具，使现象可视。学生通过课前预习或课堂学习，可能见过光线“放大”装置图和玻璃瓶形变装置图，但不一定有真实体验。因此，笔者通过多种自制装置或教具的展示，使學生在课堂上现场体验，使形变、弹力变得可触摸、可感受、可体验。

（2）创设实验，使现象可视。桌面的形变、玻璃瓶的形变以及放在海绵上的重物、挂在绳子下方的重物发生的微小形变，过程很抽象，学生很难判断其形变方向，笔者想方设法使这种微小形变可视。如用水气球替代钩码、弹簧代替绳子等方式，以明显变化类比微小变化，让学生感受，帮助学生深入认识形变的本质。

（三）促进学生核心素养的发展

本节课通过重现生活情境，创设实验、自制教具等措施，将抽象问题具体化，增强学生的真实体验，而不是让学生对着图片假想“现象”或“情景”。在亲历知识再生成的过程中，学生获得情感体验、认知体验和行为体验，在观察、实验、思考、讨论、总结中形成物理观念，并收获科学探究方法，形成实事求是的科学态度和责任。

［   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：2017年版［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］  宋小丽.高中思想政治课体验式教学的运用研究［D］.武汉：华中师范大学，2018.

（责任编辑 易志毅）