基于物理核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)分析
——以“平拋運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例

(南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院，江蘇 南京 210097)

1 引言

物理核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受物理教育的過(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?；谡n程價(jià)值的追求，在物理教學(xué)中應(yīng)以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，給學(xué)生留下對(duì)他們終身發(fā)展最有價(jià)值的東西。越來(lái)越多的物理教育工作者接受和推崇該理念，并在自己的教學(xué)實(shí)踐中不斷嘗試。筆者以某中學(xué)物理教師的“平拋運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例，分析該教學(xué)實(shí)施中是如何體現(xiàn)物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的，并指出其中需改進(jìn)之處。

2 基于物理核心素養(yǎng)的教學(xué)分析

教學(xué)片段一：新課導(dǎo)入

教師播放PPT，呈現(xiàn)三幅圖片。

師：關(guān)于汽車(chē)飛起越過(guò)湍急河流的圖片，這輛車(chē)到達(dá)最高點(diǎn)之后落到對(duì)岸的運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)？關(guān)于滑雪運(yùn)動(dòng)員飛躍的圖片，滑雪運(yùn)動(dòng)員從山坡頂端水平飛出后做什么運(yùn)動(dòng)？關(guān)于飛機(jī)投彈的圖片，水平飛行的飛機(jī)投出炸彈，炸彈做什么運(yùn)動(dòng)？這幾個(gè)運(yùn)動(dòng)有何共同特點(diǎn)？

生：都是做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，都有初速度。

師：初速度有什么特點(diǎn)？

生：水平向前。

師：大家發(fā)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)的軌跡為曲線(xiàn)、初速度水平向前，還可從其他角度發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)嗎?從受力角度會(huì)發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)呢？

生：只受重力。

師：只受重力嗎？沒(méi)有空氣阻力？

生：空氣阻力可以忽略。

師：通常這樣的運(yùn)動(dòng)不計(jì)空氣阻力。關(guān)于這3個(gè)運(yùn)動(dòng)，在空氣阻力不計(jì)的情況下，它們都屬于平拋運(yùn)動(dòng)。

上述新課導(dǎo)入，教師利用三幅圖片展現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景中物體的運(yùn)動(dòng)，生動(dòng)形象，豐富了學(xué)生的直觀(guān)印象，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的感性思維。通過(guò)一步步設(shè)問(wèn)，讓學(xué)生明白這類(lèi)運(yùn)動(dòng)都是平拋運(yùn)動(dòng)，從核心素養(yǎng)的“物理觀(guān)念”角度，學(xué)生逐漸形成對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)，并了解了生活現(xiàn)象中包含平拋運(yùn)動(dòng)，能描述自然界中的此類(lèi)圖景；從“科學(xué)思維”角度，學(xué)生對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的模型形成初步的建構(gòu)；從“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”角度，該新課導(dǎo)入激發(fā)了學(xué)生去學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲，在小組討論中能主動(dòng)與他人合作，基于頭腦中已有的認(rèn)知和教師引導(dǎo)表達(dá)自己的觀(guān)點(diǎn)，不知不覺(jué)中滲透了科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境(STSE)的教育，使學(xué)生意識(shí)到原來(lái)生活場(chǎng)景中處處隱含物理知識(shí)。教師不僅要教會(huì)學(xué)生解決“模型化”問(wèn)題，更要啟發(fā)學(xué)生思維，解決與生活相關(guān)的問(wèn)題，為后續(xù)學(xué)習(xí)與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。此外，學(xué)生在回答“只受重力”時(shí)，教師適當(dāng)提醒空氣阻力可忽略，保護(hù)了學(xué)生的自尊心，讓學(xué)生感覺(jué)親切，即使回答錯(cuò)誤或不全面也并不可怕。

同時(shí)，該段引入也存在一些不足之處。譬如，利用汽車(chē)越過(guò)湍急河流的圖片，雖然從學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)來(lái)看，該圖片驚險(xiǎn)刺激，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的視覺(jué)感官，吸引學(xué)生的注意力，但之后教師的設(shè)問(wèn)：“這輛車(chē)到達(dá)最高點(diǎn)之后落到對(duì)岸的過(guò)程中是什么運(yùn)動(dòng)？”教師的意圖是希望學(xué)生體會(huì)此處“最高點(diǎn)”的含義：有水平向前的初速度，豎直方向上初速度為0，且只在重力作用下運(yùn)動(dòng)，但實(shí)際上對(duì)于這個(gè)問(wèn)題學(xué)生很難聯(lián)系到平拋運(yùn)動(dòng)，學(xué)生可能單憑經(jīng)驗(yàn)覺(jué)得它是一曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以在此處，教師不妨設(shè)置一懸念，讓學(xué)生思考“最高點(diǎn)”的含義。再如:學(xué)生從運(yùn)動(dòng)軌跡和速度兩方面回答了“運(yùn)動(dòng)的共同特點(diǎn)”后，教師追問(wèn)：還可以從哪些角度分析？學(xué)生無(wú)回應(yīng)，此時(shí)教師便直接提示學(xué)生從力的角度去思考。筆者認(rèn)為，在提問(wèn)時(shí)，教師可以做一些適當(dāng)?shù)匿亯|，如回顧之前學(xué)過(guò)的某種運(yùn)動(dòng)，當(dāng)時(shí)是從速度、位移、受力等角度去分析，然后再讓學(xué)生回答這問(wèn)題，學(xué)生便會(huì)想到要從哪些角度去回答，從而避免冷場(chǎng)。

教學(xué)片段二：平拋運(yùn)動(dòng)的定性探究

師：下面來(lái)看一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)(如圖1)，上面斜槽的末端切線(xiàn)水平，小球從一定高度釋放，飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)；下面斜槽的末端接一水平軌道，小球落下后，在水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在要對(duì)比兩者的運(yùn)動(dòng)情況，那么前提是什么？

圖1

生：從斜槽上滑下的高度相同。

師：確保高度相同是為什么？

生：保證從斜槽上落下時(shí)速度相同。

老師接通電源，電磁鐵吸附小球。

師：現(xiàn)在把電源切斷，電磁鐵磁性沒(méi)了，兩小球同時(shí)落下，如果它們水平方向的運(yùn)動(dòng)是一樣的，會(huì)怎樣？

生:相碰。

老師演示，兩小球確實(shí)相碰。

物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑，在上述教學(xué)片段中，教師利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的觀(guān)念有了更直觀(guān)的理解。學(xué)生具有建構(gòu)模型的意識(shí)，會(huì)把平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解，能夠推理預(yù)測(cè)并解釋接下來(lái)發(fā)生的兩球相撞現(xiàn)象。對(duì)于教師提出的“兩小球同時(shí)落下，如果它們水平方向的運(yùn)動(dòng)是一樣的，會(huì)怎樣？”雖然學(xué)生沒(méi)有親自操作，但依據(jù)教師所做的實(shí)驗(yàn)，獲取證據(jù)，具有合作與交流的意愿。此外，對(duì)于小球落下相撞過(guò)程過(guò)于短促，學(xué)生不便于觀(guān)看的問(wèn)題，可引導(dǎo)學(xué)生提出改進(jìn)措施，這也是對(duì)學(xué)生反思能力的培養(yǎng)。

教學(xué)片段三：分析小球運(yùn)動(dòng)的頻閃照片

學(xué)生通過(guò)小組討論，得出結(jié)論：小球在水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，教師用PPT呈現(xiàn)小球運(yùn)動(dòng)的頻閃照片。

師：怎樣利用這張圖片證明小球在水平方向上是勻速運(yùn)動(dòng)？

生：過(guò)小球作垂直于X軸的直線(xiàn)，如果在水平方向間距相同，就說(shuō)明小球在水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

師：如何證明豎直方向是自由落體呢？

生：過(guò)小球作垂直于Y軸的直線(xiàn)，算出位移差Δs。

師：運(yùn)用的是哪個(gè)公式？

生：在勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中，相鄰相同時(shí)間內(nèi)位移差相同。

師：相鄰相同時(shí)間內(nèi)位移差Δs=gT2,頻閃頻率為25Hz，則T=0.04s，如此可計(jì)算出g。

學(xué)生點(diǎn)頭，表示贊同。

師:對(duì)嗎？Δs是在照片上量出來(lái)的，它跟實(shí)際自由下落的位移差一樣嗎？

生：不一樣。

師：所以用上述方法能不能算出重力加速度？

生：不能。

師：在理論上是可以的，但在現(xiàn)有情況下，我們不知道自由落體下落的距離與照片中距離的比例關(guān)系，所以沒(méi)法計(jì)算。

在上述片段中教師簡(jiǎn)單說(shuō)明了用頻閃照片記錄小球的平拋運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生利用頻閃照片來(lái)分析小球在水平和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，學(xué)生積極思考，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行探究，找出運(yùn)動(dòng)規(guī)律。學(xué)生想到：過(guò)小球作垂直于X軸的直線(xiàn)，若間距相同能說(shuō)明水平方向?yàn)閯蛩僦本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這是基于先前所學(xué)的知識(shí)，合理進(jìn)行知識(shí)遷移，體現(xiàn)了“物理觀(guān)念”的培養(yǎng)要求。在此過(guò)程中，教師先后在黑板上寫(xiě)“理論分析”—“科學(xué)探究”，這其實(shí)是在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識(shí)。

3 結(jié)語(yǔ)

這節(jié)課的教學(xué)踐行了培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的理念，在整個(gè)過(guò)程中教師起引導(dǎo)作用，啟發(fā)學(xué)生思考，通過(guò)手腦并用，豐富學(xué)生的物理觀(guān)念、促進(jìn)科學(xué)思維的形成。同時(shí)通過(guò)定性和半定量的實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)方法。用多種手段激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。