3.1.2 弹力 教学设计 -2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

面向高中物理核心素养下的“弹力”教学设计 摘要：本节课以“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念为指导，结合高一学生的认知特点，围绕物理学科核心素养的培养，对“弹力”这一核心概念进行教学设计。通过奥运情境引入，激发民族自豪感；利用“微小形变放大”实验突破思维障碍；通过自主探究胡克定律培养科学探究能力；结合中国古代科学成就增强文化自信。引导学生在体验与探究中，完成从感性认识到理性思维的进阶。 关键词：核心素养；教学设计；弹力；胡克定律 1. 引言 “核心素养”作为学生适应终身发展与社会发展需求的必备品格和关键能力，既聚焦个人修养、社会关爱、家国情怀的内在涵养，又注重自主发展、合作参与、创新实践的外显能力建构。落实核心素养培养是各学科教学的应然追求，物理学科核心素养具体涵盖物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度。在实际教学中，教师应构建真实的情境，引导学生经历科学探究过程。本文以高中物理人教版必修第一册“弹力”为例，探讨如何在课堂教学中落地核心素养，甄选契合学生兴趣特点的教学素材，构建系列趣味教学活动体系，致力于在知识建构过程中实现物理学科核心素养的有机融入与渐进提升。 “弹力”的教学设计 0.1 课时安排 《重力与弹力》第二课时“弹力” 2.2 课程标准要求 普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）要求为：认识重力、弹力。通过实验，了解胡克定律。 2.3 教材分析 《重力与弹力》是高中物理人教版必修第一册第三章第1节的内容，是力学的核心内容之一，在整个高中物理中占有相当重要的地位，是以后正确进行受力分析的基础。第二课时“弹力”其重点是弹力产生的原因及弹力的方向，难点是常见的弹力方向的确定。教材从物体的明显形变引入，继而通过放大的思想演示“微小形变”的过程中，用实例引出了形变、弹性形变和弹力的概念。然后通过研究形变来探究弹力产生的原因、弹力的方向和作用点，探究支持力、压力和绳子的拉力这几种弹力产生的原因和方向，最后引出胡克定律。 2.4 学情分析 （1）知识层面 通过前面的对“重力及相互作用”的学习，学生已经对力的三要素及作用效果等有了一定的了解。而且在初中阶段的学习过程中，也对弹力有了初步感性地认识和一定的理论基础。在高中教学中要进一步帮助学生深化对弹力的理解。 （2）能力层面 本节课的授课对象是高一年级学生，他们具有一定的科学探索精神，具备一定的观察能力、逻辑思维能力和分析归纳能力，但对于物理知识的理解与运用较弱，抽象思维能力欠佳，很难将定量分析实验结果，需要教师重点引导。 （3）心理特点 高一年级学生理性思维逐步增强，对科学真理的好奇心较强，对实验有较强的探索欲和求知欲，但欠缺对问题深入的思考及理性的思维。因此本节课主要采用从直观现象入手，让学生亲历探究过程，逐步引导学生分析实验现象得出结论，降低学生学习难度。 （4）思维障碍 弹力产生的原因及其方向的判定，是学生普遍感到难以把握的问题。为此，在这节课的教学中要精心设计，通过形象直观的多媒体动画教学帮助学生突破难点，并让学生在分析习题的过程中，对物理概念的理解，形成物理观念，落实科学思维的培养，并在实验中学会科学探究，领悟科学探究的真谛。 2.5 教学目标 （1）物理观念 1、能通过观察实验，建立形变、弹性形变及弹性限度的概念。 2、理解弹力产生的条件，能从力的物质性角度理解弹力的本质。 3、能利用力的相互作用观念，准确判断常见弹力（压力、支持力、拉力）的方向。 （2）科学思维 1、在探究物体形变的过程中，体会并掌握“微小形变放大法”这一重要科学思维方法。 2、通过弹力方向分析，培养模型建构能力和逻辑推理能力，从现象中抽象出物理规律。 （3）科学探究 1、经历“探究弹簧弹力与形变量关系”的完整实验过程，学会设计实验方案。 2、能运用图像法（F-x图像）处理实验数据，分析并总结出胡克定律，体验科学规律的发现过程。 （4）科学态度与责任 1、通过观看奥运健儿视频，感受力学之美，增强民族自豪感。 2、通过了解我国东汉学者郑玄对弹力规律的早期记载，对比西方胡克定律，增强对中华优秀传统文化的认同感。 3、养成实事求是的科学态度，在合作探究中提升团队协作能力。 4、通过学习弹力在生产生活中的运用，发展将知识服务于人类的愿望。 2.6 教学重难点 教学重点： 弹力产生条件；自主设计实验探究弹簧的弹力与伸长量的关系及实验操作 教学难点： 弹力有无的判断及弹力方向的判断 2.7教学方法 1.教法：演示法（微小形变放大）、实验法、启发式教学法、练习法。 2.学法：观察法、小组合作探究法、归纳总结法。 2.8教学过程设计 2.8.1创设生活情境，趣味导入新课 [教师活动] 利用多媒体播放精心剪辑的“奥运赛场上的物理”视频集锦。画面依次呈现：中国女排主攻手大力扣杀排球时排球极度扁平的瞬间慢放、跳水运动员起跳前压弯跳板的特写、撑竿跳高运动员将杆压成半圆腾空而起的画面、射箭运动员满弓待发的定格。 [教师设问] “请同学们仔细观察这些精彩瞬间，无论是被扣杀的排球、被压弯的跳板、撑杆，还是拉满的弓弦，它们在受力时，在形态上有什么共同的特征？为什么它们能帮助运动员完成这些高难度的动作？” [学生活动] 学生被震撼的体育画面吸引，结合生活经验进行思考。 [学生回答] 生1：“它们的形状都发生了改变。” 生2：“它们都弯了或者瘪了。” 生3：“感觉它们好像都储存了一种力量，想要恢复原来的样子，所以把人或球弹了出去。” [教师引导] “同学们观察得很仔细，用词也很精准。在物理学中，我们把物体形状或体积的改变统称为形变。今天，我们就从‘形变’开始，一起走进‘弹力’的世界。” [设计意图] 利用奥运视频导入，既能迅速集中学生注意力，又能从直观的视觉冲击中抽象出“形变”这一物理概念，同时渗透爱国主义教育，激发学生的学习热情。 2.8.2动手体验，区分形变类别 [教师活动] 给每组学生分发实验器材（弹簧、橡皮筋、橡皮泥、细铁丝）。发布任务：“请同学们分别对这些物体施加外力（如拉、压、弯等），然后撤去外力，仔细观察它们在受力时和撤力后的状态变化。” [学生活动] 学生分组动手操作，相互交流观察到的现象。 [学生汇报] 小组代表发言：“我们发现弹簧和橡皮筋在松手后，能立刻恢复原来的形状；但是橡皮泥被捏扁后就回不去了，保持了扁的状态；铁丝也是，弯了也就弯了，回不来了。” [教师讲解] “归纳得很好。在物理学中，我们把撤去外力后能恢复原状的形变，称为弹性形变（如弹簧、橡皮筋）；而撤去外力后不能恢复原状的形变，称为塑性形变（如橡皮泥、铁丝）。” [教师追问] “那是不是弹簧在任何时候都能恢复原状呢？”（教师随手演示：用力过度拉伸一个小弹簧，松手后弹簧无法恢复，变得松松垮垮。） [学生活动] 观察到弹簧被拉坏了，发出惋惜声。 [教师总结] “这说明弹性形变是有范围的，如果外力过大，超过了这个范围，物体就会发生塑性形变，甚至损坏。这个范围我们称之为弹性限度。所以在工程建设和日常生活中，我们都要注意在弹性限度内使用物体。” [设计意图] 通过亲手操作和对比观察，让学生从感性认识上升到理性分类，明确本节课主要研究的是“弹性形变”，并自然引出“弹性限度”的安全教育。 2.8.3巧用放大思想，显化微小形变 [教师设问] “刚才我们看到的弹簧、气球受力形变都很明显。那如果我们用力按压坚硬的课桌，或者用力捏这个厚壁玻璃瓶子，它们发生形变了吗？” [学生讨论] 课堂出现分歧，引发争论。 生A：“肯定变形了，力能改变物体的形状嘛，这是力的作用效果。” 生B：“没变形吧，桌子那么硬，我按下去它纹丝不动啊，眼睛根本看不出来。” [教师引导] “看来大家的争议在于‘眼睛看不见’。既然肉眼看不见，我们能不能想办法让这种‘看不见’的形变‘显形’呢？这就是物理学中非常重要的‘放大法’思想。” [演示实验1：激光放大法] 如图1所示，在桌面上放置两个平面镜M、N，让一束激光依次反射投射到墙上，形成一个光斑。 [教师操作] “现在请一位力气大的同学上来，用力按压桌面中间。请大家盯着墙上的光斑，看有没有动？” [学生活动] 一名学生用力按压，全班同学屏息凝视。观察到墙上的光斑发生了明显的移动（下移或上移）。 [学生惊叹] “真的动了！光斑跑了！说明镜子的角度变了，桌子真的变形了！” [演示实验2：液面放大法] 取一个装满红色水的椭圆截面玻璃瓶，瓶塞插有细玻璃管。 [教师操作] “再看这个玻璃瓶。我用手沿椭圆短轴方向用力捏瓶身，请注意细管中的液面。” [学生活动] 观察到细管中的液面明显上升，松手后又下降。 [教师总结] “这两个实验生动地告诉我们：一切物体在受力时都会发生形变。有的形变明显，有的形变微小。我们可以通过‘光学放大’或‘液面放大’将微小形变呈现出来。这种‘化隐为显’的方法是科学探究中的重要智慧。” [设计意图] 这是本节课的科学思维核心。通过“看不见”到“看见”的转化，利用“放大法”突破了学生的思维障碍，培养了学生透过现象看本质的能力，同时也解决了“坚硬物体是否形变”的认知冲突。 2.8.4 逻辑推理，构建弹力概念与方向 [教师讲解] “物体发生弹性形变后，它自然想要‘恢复原状’。在这个恢复的过程中，它就会对跟它接触的物体产生力的作用，这个力就是弹力。可见，弹力产生的条件有两个：一是直接接触，二是发生弹性形变。” [师生探究] “弹力的方向往往是大家最头疼的。我们能不能从‘施力物体要恢复原状’这个本质出发来判断？” [案例分析1：书放在桌面上] [教师提问] “书放在桌面上，书把桌面压得向下微小弯曲。桌面想要恢复原状（向上），所以桌面对书的弹力（支持力）方向向哪？” [学生回答] “向上！” [教师提问] “反过来，桌面把书的底面压得向上微小凹陷。书想要恢复原状（向下），所以书对桌面的弹力（压力）方向向哪？” [学生回答] “向下！” [教师总结] “非常好。压力和支持力本质上都是弹力。压力和支持力的方向，总是垂直于接触面，指向被压或被支持的物体。” [案例分析2：灯泡悬挂在电线下] [教师提问] “灯泡悬挂在电线下，把电线拉长了。电线想要恢复原状（缩短），它对灯泡的拉力方向向哪？” [学生回答] “向上，沿着电线收缩的方向。” [教师总结] “绳子的拉力也是弹力。绳子的拉力方向，总是沿着绳子指向绳子收缩的方向。” [设计意图] 摒弃死记硬背结论，引导学生利用“施力物体恢复形变方向”这一物理本质进行逻辑推理。这种模型建构的过程，有助于学生在面对复杂情境（如曲面接触、杆的弹力）时，依然能从本质出发解决问题。 2.8.5 史料融入，实验探究胡克定律 [教师活动] 展示PPT资料：中国东汉学者郑玄在《考工记》注中写道：“假令弓力胜三石，引之中三尺，弛其弦，以绳缓擐之，每加物一石，则张一尺。” [教师解读] “这段话的意思是：如果一张弓能承受三石的力，拉满是三尺。如果我们慢慢挂重物，每增加一石的重量，弓就张开一尺。” [教师设问] “这段古文说明了什么物理规律？大家能翻译成现代物理语言吗？” [学生活动] 学生讨论后得出：“力越大，伸长得越长。而且好像是成比例的——加一石，张一尺。” [教师讲解] “没错！早在公元2世纪，我国学者就定性甚至半定量地发现了弹力与形变量的关系，这比西方胡克定律早了1000多年！这充分体现了我国古代科学家的智慧。那么，弹力与形变量之间究竟有怎样的定量关系呢？让我们像科学家一样来探究一下。” [分组实验：探究弹簧弹力与伸长量的关系] [教师引导] 明确变量：“我们要研究弹力 F 和伸长量 x 的关系。” 设计方案： “F 如何测？”（引导学生利用二力平衡原理，弹力大小等于悬挂钩码的重力） “x 如何测？”（强调 x 是形变量，即挂钩码后的长度 L 减去原长 L0，而不是弹簧的总长度） 数据记录：“请设计表格，至少记录5组不同钩码数量下的数据。” [学生活动] 学生4人一组，分工合作（一人挂钩码，一人量长度，一人记录数据）。 [数据处理] 教师引导学生建立直角坐标系，以伸长量 x 为横轴，弹力 F 为纵轴，将实验数据描点作图。 [师生研讨] “观察大家画出的图像，你们发现了什么规律？” [学生回答] “这些点几乎在一条过原点的直线上。说明弹力和伸长量成正比！” [教师总结] “这个结论就是著名的胡克定律：F = kx。其中 k 叫劲度系数，单位是牛每米（N/m）。” [教师追问] “我巡视时发现，第一组和第三组测出来的斜率（k值）不一样，这是为什么？难道定律错了吗？” [学生讨论] “不一样是因为我们用的弹簧粗细、长短不一样。说明 k 值是由弹簧其自身性质决定的，不是一个常数。” [设计意图] 从郑玄的史料引入，既自然过渡到探究环节，又落实了科学态度与责任中的文化自信。实验环节强调数据处理（特别是图像法），这是高中物理科学探究能力的重要体现。 2.8.6 学以致用，解决实际问题 [随堂检测] 问题1：用力挤压教室内的地板，教室地板未发生形变，因此有学生认为，当物体足够坚硬，物体在受到外力时不会发生形变，你觉得这种说法正确吗？ 生A：这种说法是错误的。任何物体在受到外力作用后都会发生形变，没有物体能够在受力时完全不发生形变。实际上，所有的物体都具有一定的弹性，无论是坚硬的金属、岩石，还是柔软的橡胶，它们都会在受到外力作用下发生形变。 问题2：关于形变，下列说法正确的是（） A．物体形状的改变叫弹性形变 B．物体受到外力作用后发生的形状改变叫非弹性形变 C．只有发生弹性形变的物体才可以产生弹力 D．任何物体在外力的作用下都能发生形变，受力后不发生形变的物体是不存在的 [教师活动] 展示珠港澳大桥的桥梁支座图片和各式各样的汽车避震弹簧图片。 [教师提问] “为什么宏伟的桥梁要有伸缩缝和支座？”（引导学生思考热胀冷缩及受力形变，防止产生过大弹力破坏结构）。 “汽车避震器为什么有的粗有的细？如果赛车用了家轿的细弹簧会怎样？”（引导学生用劲度系数的概念解释，适应不同路况和载重）。 [设计意图] 开展课堂检测，检验知识掌握情况，理解弹性形变和非弹性形变的区别有助于学生更好地掌握弹力的概念，培养学生的物理观念。同时引导学生将课堂知识延伸到工程应用和日常生活，认识物理在生活当中的实际价值，践行新课标当中“从生活走进物理，从物理走向社会”的理念。 2.8.7 引导归纳总结，构建知识网络 [教师活动] “课程接近尾声，请同学们回想一下：这节课我们经历了一场怎样的思维旅程？请大家协助我完成板书的思维导图。” （教师在黑板勾勒框架，引导学生填充关键词） [师生互动] 教师：“起点是‘形变’。对于看不见的形变，我们用了什么方法？” 学生（齐答）：“微小形变放大法！” 教师：“判断弹力方向，我们抓住了什么核心？” 学生：“恢复原状的趋势！” 教师：“定量研究时，我们对话郑玄，得出了什么定律？” 学生：“胡克定律，F=kx！” 教师：“本堂课，我们不仅收获了知识，更重要的是学会了‘转化’、‘建模’和‘探究’的方法。” [设计意图] 此环节并非简单的知识罗列，而是通过引导学生元认知反思，将零散的知识点结构化、网络化，不仅巩固了知识，更强化了对科学思维方法的感悟，起到画龙点睛的作用。 2.8.8 布置分层作业，拓展探究空间 基础巩固：课后习题2、3题（弹力方向判断）。 拓展探究：利用橡皮筋探究其弹力与伸长量的关系。思考：它是否遵循胡克定律？其F-x图像与弹簧有何不同？（培养批判性思维） [设计意图]根据学生具体情况开展分层联系，拓展题的设计旨在打破“所有弹性体都严格遵守胡克定律”的思维定势，培养学生的批判性思维和探索欲。 2.9板书设计 1. 教学反思 本节课在教学设计上力求突破传统“满堂灌”的模式。首先，情境创设有温度。利用奥运视频和郑玄史料，不仅让物理课堂有了“生活味”，更有了“文化味”。其次，思维培养有深度。对于“微小形变”这一难点，没有直接给出结论，而是通过“激光放大”和“液面放大”两个实验，让学生亲眼见证，深刻体会了“转化与放大”的科学思维方法。最后，探究过程有广度。在胡克定律探究中，不仅关注结论的得出，更关注图像法的应用和对劲度系数物理意义的理解。不足之处在于，对于“弹力方向”的分析，部分空间想象力较弱的学生可能仍感吃力，后续可考虑制作更直观的实体模型（如海绵模型）辅助教学。 参考文献： [1] 中华人民共和国教育部.教育部关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见（教基二〔2014〕4号）[Z]，2014． [2]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心编著.普通高中教科书《物理》必修第一册[M]．北京：人民教育出版社，2021年版． [3]中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S]. 北京：人民教育出版社，2020. [4]张军朋，许桂清. 中学物理课程与教学论[M]. 北京：北京大学出版社，2021. 学科网（北京）股份有限公司 $