第六章 熟悉而陌生的力 第一节 力的初步概念-基于大概念的初中物理探究式教学设计

第六章熟悉而陌生的力第一节力的初步概念——基于大概念的初中物理探究式教学设计一、教学内容分析  本节内容在《义务教育物理课程标准（2022年版）》中隶属于“运动和相互作用”主题，是学生从宏观现象进入力学世界的“叩门砖”。从知识图谱看，“力”作为贯穿整个力学乃至物理学的基础核心概念，其初步建构的质量直接关系到对重力、弹力、摩擦力等具体力的理解，更是后续学习牛顿运动定律、压强、浮力等内容的逻辑起点。课标要求通过常见实例认识力的作用效果，知道力的三要素并用示意图描述力，了解力的作用是相互的。这些要求明确了本课的教学层次：从感性经验出发，经过科学抽象形成初步的物理概念，再回归到解释现象和简单应用。其中蕴含的科学探究思想（如通过观察、实验归纳结论）和模型建构思想（如用示意图表征力）是本课重要的过程方法目标。在素养渗透层面，引导学生从纷繁的“用力”现象中抽象出共同的、本质的特征，是培养科学思维中“模型建构”与“科学推理”素养的绝佳契机；对“力的作用是相互的”的探究与讨论，则能自然地引导学生体会自然界的对称与和谐，初步形成基于证据的科学态度。  学情研判是设计有效教学阶梯的关键。八年级学生已积累了丰富的关于“力”的生活经验，如推、拉、提、压等，这为教学提供了宝贵的感性素材。然而，这些经验往往是模糊、片面甚至存在前科学概念的，例如，普遍认为“力是物体本身的属性”、“施力物体与受力物体不需要接触”、“力的作用是单方面的”。这些认知误区将成为教学中需要着力突破的障碍。基于此，教学过程需设计多层次、可参与的探究活动，让学生在亲身体验和思维碰撞中实现认知的自我修正与建构。为动态把握学情，将嵌入一系列形成性评价点：在导入环节通过情境设问探查前概念；在探究环节通过观察实验操作、倾听小组讨论捕捉理解难点；在巩固环节通过分层练习反馈学习效果。针对不同层次的学生，提供差异化的支持：为基础薄弱的学生提供更具体的操作指导和范例支架；为学有余力的学生设置更具挑战性的分析任务和拓展性问题，引导其进行深度思考。二、教学目标  知识目标：学生能准确叙述力的概念，明确力是物体对物体的作用；能列举并辨析力的作用效果（改变物体形状和运动状态）的各类实例；能初步说明力的作用是相互的，并能用此原理解释相关生活现象；知道力的三要素（大小、方向、作用点）并能用示意图规范地表示一个已知的力。  能力目标：学生能通过观察教师演示和亲身参与小组实验，从具体现象中归纳出力的初步性质和规律；能在给定情境中，识别施力物体与受力物体，并分析力的作用效果；能初步运用“控制变量”的思想，设计简单实验探究影响力的作用效果的因素。  情感态度与价值观目标：学生在探究活动中保持对力学现象的好奇心和求知欲，乐于参与合作实验并积极表达自己的观点；通过感受力的相互作用，体会自然界普遍联系的辩证观点，初步养成实事求是、尊重证据的科学态度。  科学思维目标：重点发展学生的抽象概括与模型建构思维。引导他们从大量具体实例中，忽略非本质细节，抽象出“物体对物体的作用”这一力的本质；学习用示意图这一物理模型将抽象的力直观化、形象化，初步建立“建模”的意识。  评价与元认知目标：引导学生利用“知识清单”进行自我检测，反思对核心概念的理解是否清晰；在小组实验中，能依据评价量规对同伴的操作规范性和结论合理性进行简单评价；课后能通过完成不同层次的作业，自主评估本节课的学习达成度。三、教学重点与难点  教学重点：力的概念建立及其作用效果的理解。确立依据在于，力是整个力学体系的逻辑基石和核心大概念，对它的理解深度决定了后续知识建构的稳固性。从学业评价角度看，无论是辨别力的存在、分析力的效果，还是进行力的图示，都是中考中的基础高频考点，贯穿于各类力学问题的分析之中。因此，必须通过丰富的感知活动和思辨过程，让学生真正内化“力是物体间的相互作用”这一本质。  教学难点：对“力的作用是相互的”这一性质的理解，以及力的示意图的规范绘制。难点成因在于，“相互性”较为抽象，与学生“力是单方面施加”的前概念强烈冲突，需要精巧的实验设计和逻辑推理来突破。例如，有同学会问：“我推墙，墙没动，是不是墙没有推我？”这时我们就得引导他们感受手臂肌肉的形变。而力的示意图则是学生首次接触的物理模型，将三维空间中的力抽象为二维有向线段，涉及大小、方向、作用点三个要素的准确表征，学生在初始阶段容易遗漏要素或画不规范，需要清晰的步骤指导和反复练习。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含图片、动画、课堂练习）；魔术道具（遥控小车，实为磁力控制）；演示用弹簧、海绵、磁铁、小车、滑板车。1.2实验器材（分组）：每桌配备：弹簧（或橡皮筋）2根、条形磁铁2块、海绵1块、小车（带挂钩）1辆、气球2个、A4白纸1张。1.3学习材料：分层学习任务单（含探究记录表、分层练习题）；力的示意图绘制模板。2.学生准备  预习教材相关章节，思考“什么是力”；携带直尺、铅笔。3.环境布置  学生4人一组，围坐便于讨论与实验；黑板划分为“核心概念区”、“探究生成区”与“示例图示区”。五、教学过程第一、导入环节1.情境激疑：同学们，今天老师先给大家表演一个“隔空取物”的小魔术。请看这辆小车，我不用手推，也不用线拉，能否让它动起来呢？（教师使用隐藏的磁铁遥控小车移动）大家是不是觉得很神奇？其实，这背后隐藏着我们今天要揭开的一个科学秘密。2.问题提出：生活中，我们常说“用力”、“吃力”，那么，从物理学的角度看，究竟什么是“力”？力产生时，需要满足什么条件？它又能让物体发生哪些变化呢？3.路径明晰：今天，我们将化身“力的侦探”，通过一系列动手实验和头脑风暴，从我们熟悉的生活现象出发，去探寻“力”这个陌生概念的真正面貌。首先，让我们从力的“足迹”——力的作用效果开始查起。第二、新授环节任务一：寻觅力的“足迹”——感知力的作用效果1.教师活动：首先，请大家用力捏一下手中的海绵，观察它的变化。再请一位同学到前面来，用力拉讲台上的弹簧。同时，我在桌面上推一下这个小车。好，请大家告诉我，在刚才的活动中，海绵、弹簧和小车有什么共同的变化吗？除了形状改变，力还能引起别的变化吗？大家看，静止的小车被我推了一下，它从静止变为运动；运动的小车被我的手挡住，它从运动变为静止。我轻轻改变推的方向，小车的运动方向也变了。这些变化又说明什么？我们来归纳一下。2.学生活动：动手捏海绵、观察同学拉弹簧和教师推小车。思考并回答：海绵变瘪了，弹簧变长了，小车动起来了。在教师引导下，进一步分析小车运动快慢和方向的变化。尝试归纳：力能使物体发生形状的改变（形变），也能使物体的运动状态发生改变（包括运动快慢和方向）。3.即时评价标准：1.能否准确描述观察到的现象。2.能否从形状改变和运动状态改变两个维度对现象进行分类归纳。3.小组讨论时，能否倾听并整合他人的观察结果。4.形成知识、思维、方法清单：★力的作用效果：1.力可以改变物体的形状（使物体发生形变）。例如，捏橡皮泥、拉弓。哪怕是很微小的形变，也证明有力的存在。2.力可以改变物体的运动状态。运动状态的改变包括三种情况：由静到动、由动到静、运动快慢或方向发生改变。这里可以问问学生：“物体匀速直线运动需要力来维持吗？”为后续学习埋下伏笔。▲科学方法：归纳法。从多个具体实例中，找出共同特征，得出一般性结论。任务二：揭开力的“面纱”——抽象力的概念1.教师活动：我们发现了很多力的“足迹”，那么力本身到底是什么呢？请分析这几个例子：人推车、手提箱子、压路机压路面。请大家找一找，每一个“力”都涉及几个物体？它们分别扮演什么角色？我听到有同学说“人用力推车”，这个“力”能脱离人而单独存在吗？非常好！这说明力不能脱离物体而存在。那么，一个物体能否对自己施力呢？请思考。2.学生活动：分析教师所举例句，找出施力物体与受力物体。讨论并得出结论：每一个力都涉及两个物体，一个是施力物体，一个是受力物体。力是物体对物体的作用。思考并辩论“一个物体能否对自己施力”，初步理解力的作用必须发生在两个物体之间。3.即时评价标准：1.能否在给定实例中准确找出施力物体与受力物体。2.能否用“物体对物体的作用”来表述力的概念。3.能否反驳“自力更生”的错误观点。4.形成知识、思维、方法清单：★力的定义：力是物体对物体的作用。理解这个定义要抓住三个关键点：1.力的物质性：力不能离开物体而独立存在，谈到力，必涉及两个物体。2.力的相互性（初步渗透）：发生作用的两个物体，谁是施力物，谁是受力物是相对的。例如，手拍桌子，手是施力物，桌子是受力物；但同时手也会感到疼，说明桌子也在对手施加力。3.力的作用不一定需要接触？大家想想磁铁隔空吸引铁钉，这又怎么解释？我们留个悬念。任务三：破解力的“双向秘密”——探究力的相互性1.教师活动：刚才我们留下了一个悬念：力是否一定要接触？另外，施力物体是否也会受到力？让我们通过实验来揭秘。活动一：每两位同学一组，穿上滑板鞋（或站在光滑地板上），面对面站立，甲同学推乙同学。观察发生了什么？活动二：将两个气球充足气，口对口放开，观察它们的运动。活动三：用A4纸弯成一个拱桥，将小车放在桥顶，观察小车和纸桥的变化。请大家根据实验现象，小组讨论：你能得出什么关于力的惊人性质？2.学生活动：分组进行三个探究实验，观察并记录现象。实验发现：甲推乙，乙运动的同时，甲也会向后运动；两个气球同时向相反方向运动；小车压弯纸桥的同时，纸桥也给小车一个支撑力使其静止。热烈讨论，得出结论：物体间力的作用是相互的。3.即时评价标准：1.实验操作是否安全、规范，观察是否仔细。2.能否从多个实验现象中提炼出共通的规律。3.小组能否用清晰的语言向全班汇报结论及证据。4.形成知识、思维、方法清单：★力的相互性：物体间力的作用是相互的。这是力学中一个极其重要的基本原理。需深入理解：1.同时性：相互作用力同时产生、同时消失。2.异体性：作用在两个不同的物体上，因此作用效果不能抵消。例如，鸡蛋碰石头，鸡蛋碎了而石头无恙，但两者受到的力大小是相等的，效果不同是因为物体本身承受能力不同。▲科学探究：设计对比实验。通过设计多个从不同角度验证同一结论的实验，使结论更具普遍性和说服力。任务四：描绘力的“肖像”——学习力的三要素及示意图1.教师活动：既然力有如此重要的作用，我们如何科学地描述一个具体的力呢？比如，同样是推门，手放在门把手附近推，和放在门轴附近推，效果一样吗？这说明力产生的效果还与什么有关？对，作用点。同样拉弹簧，轻轻拉和使劲拉，效果不同，这说明力有大小。我们往不同方向推桌子，桌子运动方向不同，这说明力有方向。因此，我们把力的大小、方向、作用点称为力的三要素。如何直观地表示一个力呢？物理学家发明了“力的示意图”。请看绘制规则（投影）：确定受力物体和作用点；沿力的方向画一条带箭头的线段；箭头末端标注力的大小（符号和单位）。我来示范画一个：用20N的力水平向右推桌子。2.学生活动：听讲并理解力的三要素如何影响力的作用效果。观察教师示范，学习力的示意图画法。在任务单上练习：画出用50N的力沿斜面向上拉小车的示意图，以及小球静止在桌面上所受支持力的示意图（教师提示作用点画在重心）。3.即时评价标准：1.能否说出力的三要素。2.绘制的示意图是否包含作用点、方向箭头和大小标注三个要素，是否规范整洁。4.形成知识、思维、方法清单：★力的三要素：力的大小、方向、作用点。它们共同决定了力的作用效果。任何一个要素改变，力的作用效果就可能改变。★力的示意图：用一根带箭头的线段来直观表示力。画法要点：1.起点（或终点）通常画在力的作用点上。2.箭头方向表示力的方向。3.线段长度大致表示力的大小（需标出数值）。4.箭头末端标出力的符号（如F）和大小（如F=20N）。▲易错提醒：支持力、拉力等方向容易画错，要牢记拉力沿绳子方向，支持力垂直于接触面指向被支持物体。第三、当堂巩固训练  现在我们来动笔练一练，看看“力的侦探”们是否真正掌握了破案工具。任务单上有三组题目，请大家根据自身情况，至少完成两组。基础层（全员必做）：1.判断：①力可以脱离物体而存在。（）②只有一个物体也能产生力的作用。（）2.游泳时，手向后划水，人却向前进，这说明了________________。综合层（建议大多数同学完成）：3.如图所示，足球在操场上滚动，请分析足球在A点（受脚踢）、B点（空中飞行）、C点（被守门员抱住）分别受到的力及其作用效果。4.用示意图画出：放在水平地面上的箱子，受到竖直向下、大小为100N的重力。挑战层（学有余力选做）：5.（情境应用题）2022年北京冬奥会短道速滑比赛中，运动员在弯道加速时，冰鞋与冰面之间的相互作用非常复杂。请利用本节课所学的力的知识，至少提出两个关于此情景的物理问题，并尝试做出初步分析。（例如：运动员蹬冰时，施力物体是什么？力的作用效果如何？）  （学生练习时，教师巡视，重点关注基础层学生的掌握情况，收集综合层和挑战层的典型解答。随后，通过投影展示有代表性的正确和错误答案，组织学生进行互评和讲评。对于第5题，可邀请有想法的同学分享，激发全班思考。）第四、课堂小结 &sp; 旅程接近尾声，请各位“侦探”整理一下今天的收获。给大家3分钟时间，以小组为单位，用思维导图或关键词云的形式，在白板上梳理本节的核心知识脉络。（学生活动，教师巡视指导）很好！我看到大家的导图都抓住了“力是物体对物体的作用”这个核心，并延伸出了作用效果、相互性、三要素和示意图这几个分支。这就是一个完整的“力”的初步档案。回顾一下，我们今天是如何学习的？从生活现象出发，提出问题，设计实验，收集证据，得出结论，最后学习用物理模型（示意图）来描述它。这就是物理学探究世界的基本方法。  作业布置：1.基础性作业（必做）：完成课后练习第1、2、3题，梳理本节知识清单。2.拓展性作业（建议完成）：观察家庭生活中与力有关的现象（如用筷子夹菜、用扳手拧螺母），写一篇短文，分析其中涉及的力的知识（至少包含施力/受力物体、作用效果、相互性中的两点）。3.探究性作业（选做）：设计一个简单的小实验或小制作，验证或应用“力的作用是相互的”这一原理，并录制1分钟解说视频。下节课，我们将深入力的世界，认识两位重要的“力家族”成员——弹力和重力。六、作业设计基础性作业（必做，巩固双基）：1.熟读并理解本节知识清单中的所有核心概念。2.完成教材配套练习册中本节的基础练习题部分（通常为选择题和填空题），重点巩固力的概念、作用效果和相互性。3.在作业本上规范绘制以下力的示意图：①用30N的力水平向左拉桌子。②静止在斜面上的木块受到的重力（大小为50N，方向竖直向下）。拓展性作业（建议多数学生完成，注重应用与迁移）：4.【情境分析】观看一段撑杆跳高或射箭运动的短视频。撰写一份简短的“力学分析报告”，指出视频中至少三个体现力的知识的地方（需说明是哪个物体对哪个物体施力，产生了什么效果，或者体现了什么力的性质）。5.【家庭小实验】利用一把刻度尺和几本书，探究如何用最小的力将刻度尺一端压翘起来。记录你的实验方法和发现，并尝试用“力的三要素”的知识解释原因。探究性/创造性作业（供学有余力学生选做，强调深度与创新）：6.【微项目：制作“反冲小车”】利用气球、吸管、瓶盖等材料，设计制作一辆利用“力的作用是相互的”原理前进的小车。记录制作过程、测试结果，并分析其工作原理和影响小车行驶距离的因素。7.【跨学科思考】“四两拨千斤”是武术中的一种技巧。请你从物理学的角度（结合力的三要素），查阅资料，尝试解释这一技巧可能蕴含的力学原理，并与数学中的“杠杆原理”建立初步联系。七、本节知识清单及拓展★1.力的定义：力是物体对物体的作用。理解关键：力不能脱离物体存在，至少涉及两个物体。★2.力的作用效果：(1)改变物体的形状（使物体发生形变）。(2)改变物体的运动状态。运动状态改变包括：由静止变为运动、由运动变为静止、速度大小改变、运动方向改变。★3.力的相互性：物体间力的作用是相互的。即甲对乙施力时，乙同时也对甲施力。这两个力称为相互作用力，它们大小相等、方向相反、作用在同一直线上，但作用在两个不同的物体上。★4.力的三要素：力的大小、方向、作用点。它们共同决定了力的作用效果。★5.力的示意图：用一根带箭头的线段直观地表示力。画法：在受力物体上沿力的方向画线段，末端画箭头，箭头旁标出力的大小和符号（如F=10N）。作用点通常画在受力物体上。▲6.施力物体与受力物体：在描述力时，必须明确哪一个物体施加了力（施力物体），哪一个物体受到了力（受力物体）。这是分析力学问题的第一步。▲7.形变的种类：有些形变明显（如弹簧伸长），有些形变微小（如桌面被压）。微小形变通常需要特殊方法（如光放大）才能观察，但它确实存在，证明了力的存在。▲8.运动状态的理解：物理学中，物体的“运动状态”由其速度来描述。速度是矢量，有大小和方向。只要速度的大小或方向任何一个发生变化，运动状态就改变了。▲9.相互作用力的特点：同时产生、同时消失、同种性质。例如，鸡蛋碰石头，鸡蛋给石头的力和石头给鸡蛋的力都是弹力，同时产生（接触瞬间），同时消失（分离瞬间）。▲10.力的作用不一定需要直接接触：例如，磁铁吸引铁钉、地球吸引苹果（重力），这些力通过“场”来传递，属于非接触力。接触力（如推、拉、摩擦）则需物体接触。▲11.力的单位：在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号N。1N的力大约相当于托起两个鸡蛋所用的力。▲12.力的图示与示意图区别（拓展）：力的图示严格要求线段长度按比例表示力的大小，用于精确计算；力的示意图只需大致表示，重点在于方向和作用点，是更常用的分析工具。八、教学反思  （一）目标达成度分析：从当堂巩固练习的反馈来看，约85%的学生能准确完成基础层和综合层题目，表明“力的概念”、“作用效果”、“相互性”等核心知识目标基本达成。在力的示意图绘制上，仍有约20%的学生出现作用点定位不准（如未画在重心或接触点）或忘记标出力的大小的问题，这说明将抽象概念转化为规范模型的技能需要更多的专项训练和个别指导。挑战层问题的回答虽不乏亮点，但系统性较弱，显示高阶思维的应用尚处于萌芽阶段。  （二）教学环节有效性评估：1.导入环节：“磁力遥控小车”的魔术迅速聚焦了全班注意力，成功制造了认知冲突，驱动了探究欲望。有学生课后还来追问原理，说明导入的“悬疑”效果良好。2.新授环节：四个探究任务构成了逻辑清晰的认知阶梯。任务一（作用效果）从直观感知入手，门槛低，全员参与度高。任务二（力的概念）的抽象过程稍显跳跃，部分学生从“现象”归纳“定义”时感到困难，可能需要增加更多对比实例（如“离开物体谈力”的荒谬例子）来搭建思维桥梁。任务三（相互性）的实验设计是亮点，三个小实验从不同角度验证同一结论，尤其是“气球对吹”和“纸桥承重”，现象直观有趣，极大地促进了学生对这一抽象性质的理解。有小组在汇报时说：“原来我推墙的时候，墙也在‘推’我，只不过我赢了！”这种生动的表达说明他们真正理解了。任务四（示意图）时间稍显仓促，学生练习和教师巡视指导的时间不足，是导致后续绘图错误的原因之一。  （三）学生表现深度剖析：在小组活动中，观察到了明显的分层现象。约三分之一的“引领者”能迅速理解任务，组织实验，并清晰表达；约一半的“参与者”能跟