基于核心素養(yǎng)的物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變以《牛頓第一定律》為例

（浙江省湖州市安吉縣高級(jí)中學(xué) 浙江湖州 313300）

核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過(guò)程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。物理學(xué)科作為一門科學(xué)基礎(chǔ)性學(xué)科，是科學(xué)精神這一核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要陣地，在高中物理學(xué)科教學(xué)中學(xué)科核心素養(yǎng)具體體現(xiàn)為四個(gè)維度：物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任，每個(gè)維度都有其特定的素養(yǎng)形式與素養(yǎng)內(nèi)涵。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)中基于核心素養(yǎng)的知識(shí)架構(gòu)和目標(biāo)定位

面對(duì)新的要求，在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中我們可以先按傳統(tǒng)的教學(xué)方式羅列出教學(xué)內(nèi)容及需要完成的教學(xué)目標(biāo)，再根據(jù)核心素養(yǎng)的要求進(jìn)行新的架構(gòu)，提出符合課堂教學(xué)進(jìn)程和核心素養(yǎng)要求的教學(xué)目標(biāo)，從而指導(dǎo)完成教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)?！杜ｎD第一定律》一課揭示了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，是動(dòng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)，是牛頓物理學(xué)的基石。筆者以本課為例談?wù)劵诤诵乃仞B(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容架構(gòu)及教學(xué)目標(biāo)設(shè)定。

1.原有教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)

目標(biāo)類別 教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo)知識(shí)與技能1.理解牛頓第一定律的內(nèi)容和意義，了解伽利略理想實(shí)驗(yàn)的推理過(guò)程。2.知道什么是慣性，會(huì)正確解釋有關(guān)慣性的現(xiàn)象。過(guò)程與方法1.通過(guò)斜面小車實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，初步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過(guò)科學(xué)史的簡(jiǎn)介，對(duì)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教育。2.通過(guò)伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生以科學(xué)方法論的教育。

2.基于核心素養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容及教育目標(biāo)設(shè)定

核心素養(yǎng) 素養(yǎng)表現(xiàn) 素養(yǎng)內(nèi)涵教學(xué)目標(biāo)物理觀念物質(zhì)的觀念 形成經(jīng)典物理的物質(zhì)觀并能解釋生活現(xiàn)象。知道質(zhì)量是慣性大小的量度并能解釋生活中的慣性大小的現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)的觀念及應(yīng)用 形成經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)觀并能解釋生活現(xiàn)象。理解慣性的概念，知道物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持并能解釋運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。相互作用的觀念及應(yīng)用 初步形成相互作用觀并能解釋生活現(xiàn)象。理解不受力的物體是不存在的，理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，理解牛頓第一定律。能量的觀念 形成經(jīng)典的能量觀并能解釋自然現(xiàn)象。通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)的重演初步感受能量守恒的思想。科學(xué)思維模型建構(gòu) 根據(jù)問(wèn)題和情境，對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象和概括，構(gòu)建物理模型。∕科學(xué)推理 具有規(guī)律意識(shí)，能進(jìn)行科學(xué)推理，形成物理規(guī)律。知道牛頓第一定律是邏輯推理的結(jié)果；能從實(shí)驗(yàn)事實(shí)到理想情況的外推；培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理的能力。科學(xué)論證 具有使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)，和評(píng)估科學(xué)證據(jù)的能力。能利用現(xiàn)代技術(shù)、工具來(lái)論證牛頓第一定律的正確性，能通過(guò)大量生活事實(shí)來(lái)論證牛頓第一定律的正確性。質(zhì)疑創(chuàng)新 具有批判性思維的意識(shí)，善于基于證據(jù)的大膽質(zhì)疑。體驗(yàn)從伽利略突破亞里士多德理論的過(guò)程，體會(huì)伽利略提出新理論駁斥舊理論的方法和精神，激發(fā)質(zhì)疑創(chuàng)新精神。實(shí)驗(yàn)探究科學(xué)探究意識(shí) 在不同情境中發(fā)現(xiàn)并提出可探究的物理問(wèn)題，會(huì)合理猜測(cè)和假設(shè)。利用小實(shí)驗(yàn)激發(fā)問(wèn)題意識(shí)（木塊和隱輪木塊做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，激發(fā)關(guān)于運(yùn)動(dòng)和拉力關(guān)系的猜想）。實(shí)驗(yàn)探究具有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案和獲取證據(jù)的能力，能正確實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究方案，使用各種科技手段和方法收集信息；利用斜面重演伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程和方法。分析論證 會(huì)使用不同方法和手段分析、處理信息，描述、解釋探究結(jié)果和變化趨勢(shì)。能通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述實(shí)驗(yàn)事實(shí)，同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)趨勢(shì)推理理想條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用氣墊導(dǎo)軌等現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。合作交流 具有合作與交流的意愿與能力，能準(zhǔn)確表述和評(píng)估探究過(guò)程與結(jié)果與同學(xué)合作實(shí)驗(yàn)，并交流討論，發(fā)表自己的觀點(diǎn)，培養(yǎng)合作交流意識(shí)和能力。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任科學(xué)本質(zhì) 能正確認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)，認(rèn)識(shí)到物理是人類有意義的探究過(guò)程。通過(guò)從亞里士多德到伽利略再到笛卡爾再到牛頓逐步形成牛頓運(yùn)動(dòng)定律的科學(xué)史實(shí)，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)與不易?？茖W(xué)態(tài)度 具有學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲，實(shí)事求是，善于基于證據(jù)和推理發(fā)表自己的見(jiàn)解。通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)感受探究的樂(lè)趣，養(yǎng)成分析物理問(wèn)題的習(xí)慣。通過(guò)合作學(xué)習(xí)，養(yǎng)成樂(lè)于與他人合作的精神。STSE 理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境的關(guān)系。慣性的學(xué)習(xí)增強(qiáng)學(xué)生的交通安全意識(shí)。

總體來(lái)看在涉及具體知識(shí)性教學(xué)目標(biāo)時(shí)，核心素養(yǎng)注重知識(shí)技能的主干要求，而在精神品質(zhì)的目標(biāo)要求時(shí)又回歸具體，這樣的倒置安排恰恰體現(xiàn)了立德樹(shù)人的高位目標(biāo)要求。

二、基于核心素養(yǎng)的教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考

課堂教學(xué)是實(shí)施教學(xué)的第一載體，在具體的教學(xué)過(guò)程中我們要整合原有教學(xué)內(nèi)容、模式、方法，并根據(jù)新的基于核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。根據(jù)基于核心素養(yǎng)定出后的《牛頓第一定律》教學(xué)目標(biāo)，筆者在實(shí)踐中對(duì)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)提出了如下對(duì)比思考。

1.基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)要從形式教學(xué)向生本教育轉(zhuǎn)變

對(duì)《牛頓第一定律》引入片段教學(xué)設(shè)計(jì)的一些對(duì)比思考。

片段1：師：運(yùn)動(dòng)的物體為什么會(huì)停下來(lái)？

生：受到摩擦阻力。

師：如果物體不受力的作用，又將會(huì)怎樣？

生甲：不受力，物體應(yīng)該可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。

生乙：不受力，物體就不會(huì)動(dòng)或停止運(yùn)動(dòng)；必須有力，物體才能動(dòng)。

生丙：不受力，物體可能會(huì)永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。

師：讓我們來(lái)看看亞里士多德和伽利略的觀點(diǎn)。（多媒體演示）

亞里士多德：力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。（與學(xué)生乙的看法一致）

伽利略：運(yùn)動(dòng)的物體如果不受其他物體的作用，其運(yùn)動(dòng)會(huì)是勻速的，而且將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。（與學(xué)生甲、丙的看法一致）

由此引入對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的探討……

片段2：有兩輛木塊小車，其中A車下面沒(méi)有輪子，另一輛B車下面裝有隱形的輪子。

演示1：輕拉小車A，然后放開(kāi)輕繩，小車立刻停下。

演示2：用兩根繩子同時(shí)輕拉A、B兩輛小車，放開(kāi)輕繩，A車立刻停止，B車滑動(dòng)了很長(zhǎng)一段距離。

師：請(qǐng)描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并思考原因？

生：思考其中緣由，開(kāi)放式交流見(jiàn)解和提問(wèn)。

師：歸納學(xué)生問(wèn)題和見(jiàn)解，為后續(xù)教學(xué)做好鋪墊。

師：給學(xué)生看一下B車下面輪子的奧秘，學(xué)生恍然的同時(shí)內(nèi)心有了深刻的理解。

生：分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：每一小組前有一個(gè)小木塊，輕推木塊，比比哪一組的小車走的最遠(yuǎn)。

生：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分工合作，積極參與探討。

小組實(shí)驗(yàn)方案之一：集中大家的圓形的筆，讓小木塊在圓形筆上進(jìn)行滾動(dòng)，輕推木塊可以看到木塊走了很長(zhǎng)的距離，學(xué)生很有成就的同時(shí)有了深刻思考。

對(duì)比思考：片段1采用了問(wèn)題的方式，學(xué)生在老師預(yù)先設(shè)置好的問(wèn)題中簡(jiǎn)單的回答與探討，交流意見(jiàn)的過(guò)程也是在事先安排好的較顯性的問(wèn)題中進(jìn)行，有為交流而交流的味道，很難激發(fā)學(xué)生的深度思考和自發(fā)積極的交流，合作交流學(xué)習(xí)也終將流于形式。

片段2通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲。同時(shí)開(kāi)放式的問(wèn)題情境，更有利于激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力，有利于激發(fā)和了解學(xué)生原生態(tài)的問(wèn)題意識(shí)，體現(xiàn)了從教師為主轉(zhuǎn)向了以學(xué)生為主的生本理念。在小組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，圍繞共同的任務(wù)，大家積極思考，交流意見(jiàn)，達(dá)成實(shí)驗(yàn)方案，分工合作完成實(shí)驗(yàn)，整個(gè)過(guò)程充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)探究和合作交流的核心素養(yǎng)元素。

從兩個(gè)教學(xué)片段的對(duì)比可以看到，教學(xué)設(shè)計(jì)需要從基于形式的教學(xué)向基于生本發(fā)展的教育轉(zhuǎn)變，這個(gè)轉(zhuǎn)變更有利于核心素養(yǎng)的生成。

2.基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)要從知識(shí)重現(xiàn)到知識(shí)重演的轉(zhuǎn)變

對(duì)《牛頓第一定律》理想實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段設(shè)計(jì)的一些對(duì)比思考。

片段1：多媒體課件展示：小球在不同的粗糙斜面滾下，滾上另一個(gè)對(duì)接的斜面，觀察到達(dá)的高度的變化。

現(xiàn)象：摩擦越小的滾得越高。

師：如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)靜止時(shí)的高度（課件模擬這一過(guò)程）。

師：我們?cè)賮?lái)看伽利略理想實(shí)驗(yàn)的推論。

推論：如果減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍然要達(dá)到原來(lái)的高度，但要通過(guò)更長(zhǎng)的距離。（課件模擬這一過(guò)程）；繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，使它成為水平面，小球不可能達(dá)到原來(lái)的高度，就要沿水平面以不變的速度持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。（課件模擬這一過(guò)程）

師：伽利略理想實(shí)驗(yàn)雖然是想象中的實(shí)驗(yàn)，但它是建立在可靠的事實(shí)基礎(chǔ)上的，它把可靠的事實(shí)和理論思維結(jié)合起來(lái)，更深刻的揭示了自然規(guī)律。

教：強(qiáng)調(diào)理想實(shí)驗(yàn)法是科學(xué)研究中的一種重要的方法。

片段2：設(shè)計(jì)伽利略斜面軌道，追尋伽利略對(duì)斜面實(shí)驗(yàn)的探究及對(duì)理想情境外推的思考，重演科學(xué)探究的過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)狀體 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（事實(shí)） 邏輯推理（無(wú)摩擦、斜面足夠長(zhǎng)）斜面傾斜固定 斜面越光滑，小球滾得越高 小球?qū)L到釋放點(diǎn)等高處減小斜面傾角 傾角越小，小球滾得越遠(yuǎn) 小球沿斜面滾得越遠(yuǎn)，一直滾到釋放點(diǎn)等高處斜面水平放置 小球滾得很遠(yuǎn) 小球?qū)⒁恢睗L下去

演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

演示1：在軌道上鋪上粗糙的毛巾，將小球放在斜面的一端釋放，小球?qū)L向另一端某高度處，記錄小球到達(dá)的位置；將毛巾取下，將小球就在軌道的一端釋放，小球?qū)L向另一端更高一些的位置，記錄小球到達(dá)的位置；再在軌道上鋪上很光滑的油皮紙，同一位置釋放小球，小球?qū)L向另一端更高一些的位置，記錄小球到達(dá)的位置。

學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)規(guī)律，討論交流無(wú)摩擦情況下的運(yùn)動(dòng)情況。觀察到斜面越光滑，小球滾得越高，當(dāng)無(wú)摩擦、斜面足夠長(zhǎng)的情況下小球沿斜面滾得越高，一直滾到釋放點(diǎn)等高處。

演示2：將斜面傾角變小，讓小球從同一高度處釋放，小球?qū)L向另一端更遠(yuǎn)的位置；進(jìn)一步減小斜面傾角，仍從同一位置釋放，小球滾到了再遠(yuǎn)一些的位置。

學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)規(guī)律，討論交流無(wú)摩擦情況下的運(yùn)動(dòng)情況。觀察到傾角越小，小球滾得越遠(yuǎn)，當(dāng)無(wú)摩擦、斜面足夠長(zhǎng)的情況下小球沿斜面滾得越遠(yuǎn)，一直滾到釋放點(diǎn)等高處。

演示3：將一端水平放置，把小球仍從同一高度釋放，小球滾到了水平軌道并一直滾出了水平軌道。

學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)規(guī)律，討論交流無(wú)摩擦情況下的運(yùn)動(dòng)情況。觀察到斜面水平放置時(shí)，小球滾得很遠(yuǎn)，當(dāng)沒(méi)有摩擦?xí)r，小球?qū)⒁恢睗L下去。

學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象，交流討論得到力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系：沒(méi)有力的作用，小球?qū)⒈３衷瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一直運(yùn)動(dòng)下去。

對(duì)比思考：片段1闡述了理想實(shí)驗(yàn)的方法，利用課件講述了實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生通過(guò)認(rèn)真聽(tīng)講能夠掌握伽利略理想實(shí)驗(yàn)的知識(shí)，但這樣的知識(shí)是干癟的，是缺少生命力的，它很難轉(zhuǎn)化為解決問(wèn)題的能力與智慧，也無(wú)助于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

片段2創(chuàng)設(shè)情境重演了伽利略理想實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，體驗(yàn)了科學(xué)推理的魅力。在重演的實(shí)驗(yàn)情境中，學(xué)生經(jīng)歷了知識(shí)的產(chǎn)生、生長(zhǎng)過(guò)程，從中更深刻的理解知識(shí)的本質(zhì)，萌生科學(xué)思維，發(fā)展核心素養(yǎng)。

浙江省在物理高考自主命題以來(lái)，一直非常重視對(duì)學(xué)生的物理基本經(jīng)歷的考查，這與核心素養(yǎng)的要求不謀而合。物理課堂是提升基本經(jīng)歷的主陣地，如何在課堂中讓學(xué)生經(jīng)歷，而且不是走馬觀花般的看過(guò)，需要我們重演物理知識(shí)形成的過(guò)程，并精細(xì)設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生在重演的情境中深入思考，理解本質(zhì)，提高素養(yǎng)。

從兩個(gè)教學(xué)片段的對(duì)比可以看到，教學(xué)設(shè)計(jì)需要從知識(shí)重現(xiàn)到知識(shí)重演的轉(zhuǎn)變，這個(gè)轉(zhuǎn)變更有利于核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

結(jié)語(yǔ)

核心素養(yǎng)的提出在于培養(yǎng)全面發(fā)展的人，這是基于長(zhǎng)遠(yuǎn)的教育目標(biāo)、基于偉大中國(guó)夢(mèng)而提出的符合時(shí)代發(fā)展要求的教育目標(biāo)。作為物理學(xué)科的教育實(shí)踐者，我們需要在核心素養(yǎng)的教育目標(biāo)引領(lǐng)下，理清課堂教學(xué)的內(nèi)容和目標(biāo)，從實(shí)踐的角度對(duì)比分析各種教學(xué)設(shè)計(jì)方案，從中尋求更符合核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)，努力提升基于核心素養(yǎng)的物理教育教學(xué)水平。