基于物理學科核心素養(yǎng)的教學設計

華雪俠 向寧靜 曾利霞

摘要：物理學科基于核心素養(yǎng)教育理念的新一輪基礎教育課程改革的目標已由三維課程目標演進為發(fā)展學生核心素養(yǎng)，本論文主要是基于核心素養(yǎng)的理念對“動量定律和動能定律”實施過程進行設計。采取實驗探究的方式開展教學，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

關鍵詞：核心素養(yǎng);教學設計;實驗教學

1 教學設計的理念

自 2017年12月，《普通高中物理課程標準（2017年版）》正式頒布以來，物理學科核心素養(yǎng)正式被提出。物理學科基于核心素養(yǎng)教育理念的新一輪基礎教育課程改革的目標已由三維課程目標演進為發(fā)展學生核心素養(yǎng)，對于物理學科而言，關于核心素養(yǎng)的研究方面，《普通高中物理課程標準（2017年版）》將其界定為四個方面，包括物理觀念、科學思維、實驗探究和科學態(tài)度與責任。從“三維”到“多維”目標，從學生的知識與技能的習得到方法與情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)再到現(xiàn)在的多方位適和個人終身發(fā)展所需的必備品格和關鍵能力的培養(yǎng)，更加有助于學生的終身發(fā)展，同時給基礎教育帶來了新的挑戰(zhàn)。

2 “動量定律和動能定律”課堂設計

高中物理中的“動能定理”、“動量定理”的教學內容，傳統(tǒng)教學是由牛頓第二定律和勻變速直線運動的加速度與時間、加速度與位移的關系式聯(lián)立解方程推導出動量定理和動能定理。而公式中所涉及到的沖量、功、動量和動能等概念并沒有深刻的體會，這樣只追求了一個知識方面合乎邏輯的結論，實際對動量、沖量、動能、動能的定義式前的系數(shù)學生們并沒有深刻的認知和體會。我們在教學中利用實驗創(chuàng)設情景，使同學們在實驗的過程中主動地進行探索、學習;“發(fā)現(xiàn)”新規(guī)律，“定義”新的物理量。實現(xiàn)從學習知識和技能的過程中感受學習物理方法，培養(yǎng)科學探究和科學思維的能力。

2.1 在學生自主學習的前提下，提出任務和問題，導入新課

科學素養(yǎng)中勇于探究的精神是不可或缺的一部分，應用于物理教學中就是在新課開始之前我們要先自主去學習本節(jié)課的知識，了解本節(jié)課的重點和難點所在，理解本節(jié)課的新概念、定理、定律、公式以及推導式。為新課程的學習打下一定的基礎，從而更容易把握新課程的知識，能夠有效快速的掌握新知識。

在學習“動量定律”和“動能定律”前讓學生先進行預習，并提出問題，力和運動狀態(tài)變化的關系，牛頓第二運動定律給了我們一個力與加速度的瞬時關系，那么力作用在物體上有沒有有沒有積累的效果？讓學生舉例說明這種情景。也就是力F與速度v、時間t、位移s等物理量有沒有關系？這些物理量之間的關系如何？

這樣在教學的開頭，從已知的物理理論展開思考，引導學生聯(lián)系實際，例如“踢足球的過程”“推桌子的過程”都是“在力的作用下物體的速度發(fā)生了改變”?！耙粋€是力作用了一段時間”，“一個是力作用了一段位移”，兩種情況的規(guī)律如何？展開討論，對力的積累效果有初步的認識。加強學生理解物理源于生活。

一般基于核心素養(yǎng)的課前導入環(huán)節(jié)的設計要充分的體現(xiàn)核心素養(yǎng)中的人文底蘊、健康生活、科學素養(yǎng)、責任擔當和實踐創(chuàng)新等這些去影響學生。在學生的心中慢慢的影響學生，引導學生，健全科學素養(yǎng)體系。

2.2 通過科學探究尋找結論

從討論中引入科學探究的動力，學生很想通過自己的探究尋找這些關系，我們?yōu)閷W生提供氣墊導軌道實驗室讓學生測得∑F、m、a、v、t、s這些物理量，獲取大量的實驗數(shù)據(jù)。讓學生自己設計實驗表格對實驗數(shù)據(jù)進行記錄和整理。

教師引導學生對實驗數(shù)據(jù)進行大量的組合和猜想，可以引導學生思考如下表達式：a、∑F·t、∑F·s、v2-v1、（v2-v1）2、v22-v12、m·（v2-v1）、m·（v2-v1）2、m·（v22-v12）……學生通過數(shù)據(jù)的整理和計算這些表達式的結果，條件允許情況下可提倡學生用計算機對實驗數(shù)據(jù)進行運算，可用Excle處理數(shù)據(jù)并擬合，要求學生收集的實驗數(shù)據(jù)有以下三項：（1）M和m保持不變，改變s的大小;（2）m和s保持不變，改變M的大小;（3）M和s保持不變，改變m的大小。每項至少測六組數(shù)據(jù)，以消除偶然誤差。

通過數(shù)據(jù)整理結果的觀察，細心的同學會發(fā)現(xiàn)，每一組的F·t的值與m·（v2-v1）的值很接近的：因此在數(shù)學上應該存在這樣的關系：

Ft=M（v2-v1）=Mv2-Mv1（1）

兩組數(shù)據(jù)并不存在相同的關系，但仔細觀察會發(fā)現(xiàn)，第二組數(shù)據(jù)的數(shù)值是第一組的2倍（同樣是第二組中有兩個數(shù)存在問題），即它們存在著如下的關系：

Fs=12M（v22-v21）=12Mv22-12Mv21（2）

不過上面的兩個數(shù)學關系式，是在砝碼質量m不變（即系統(tǒng)所受合外力∑F=mg不變）和系統(tǒng)質量M不變的條件下，從實驗中得出的。當這兩個物理量的一個發(fā)生變化，或者兩個都變化時，上面的兩個數(shù)學關系式是否仍然成立就要求學生完成另外兩項實驗數(shù)據(jù)的處理后下結論。在上述過程中，把學生放在主體地位，教師只是去做恰當?shù)囊龑?。因此作為一個合格的教師就要學會引導學生去合作討論來解決問題，并讓學生自己敘述自己的觀點，從而激發(fā)學生的學習興趣。

2.3 進一步思考和概念的理解

在得到兩個等式Ft=Mv2-Mv1和Fs=12Mv22-12Mv21以后，學生就會思考它們?yōu)楹螘羞@種關系，教師指導他們來理解這兩個等式的物理意義：F·t是力在時間上的積累，這個積累所產生的效果是物體的M·v的積發(fā)生變化;F·s是合力在空間上的積累，它所產生的效果是使物體的12Mv2發(fā)生了變化。然后再給學生動量、動能、動量的增量、動能的增量、外力的沖量、外力的功等一系列物理概念的理解和標量與矢量的區(qū)別。最后根據(jù)牛頓第二定律和運動學公式，推導動量定理和動能定理。

3 教學設計效果分析

這樣這種教學過程比直接把一些抽象的物理概念和公式教給學生給學生的印象更深，學生通過自己的思考、探究、理論分析經歷了整個實驗探究的過程，再告訴學生科學家都是經過這樣的過程得出一條條物理的定律，增強學生對自己實踐過程的認可和自豪感，逐漸使學生形成解覺問題的方式和方法。

參考文獻：

[1]林崇德.21世紀學生發(fā)展核心素養(yǎng)研究[M].北京：北京師范大學出版社，20163.

基金項目：陜西省教育科學“十三五”項目號：SGH17H17， 咸陽師范學院校級科研項目，項目號：XSYK17010。服務咸陽地方經濟社會發(fā)展項目，項目號：16XFY005