核心素養(yǎng)取向的課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)
——以平拋運(yùn)動(dòng)為例

馬昌芳 李春密

(1. 北京市昌平區(qū)第二中學(xué),北京 102200; 2. 北京師范大學(xué)物理學(xué)系,北京 100875)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》在教學(xué)建議中指出:基于物理核心素養(yǎng)確定教學(xué)的目標(biāo)和內(nèi)容,在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過(guò)程中重視情境的創(chuàng)設(shè).物理學(xué)科核心素養(yǎng)是物理學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn),是學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的必備品格和關(guān)鍵能力.物理學(xué)科核心素養(yǎng)是新課程三維目標(biāo)的提煉與升華,主要包括:物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等4個(gè)方面的要素構(gòu)成.

在設(shè)計(jì)和實(shí)施“平拋運(yùn)動(dòng)”的課堂教學(xué)實(shí)踐中,以物理學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo),突出學(xué)生的主體地位,結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力基礎(chǔ)等,注重情境設(shè)置、問(wèn)題提出、科學(xué)探究,通過(guò)學(xué)生活動(dòng)構(gòu)建教學(xué)過(guò)程主線,根據(jù)本節(jié)課需要完成的教學(xué)流程,分解為6個(gè)任務(wù),每個(gè)任務(wù)的完成都通過(guò)問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生活動(dòng)為支撐,嘗試了物理學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的“落地”實(shí)施.

1 教學(xué)任務(wù)分解

基于課標(biāo)分析、教材分析、教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析,將本節(jié)課的教學(xué)流程分解為以下6個(gè)任務(wù): (1) 情境設(shè)置,認(rèn)識(shí)拋體運(yùn)動(dòng)；(2) 平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析；(3) 探究豎直方向分運(yùn)動(dòng)規(guī)律；(4) 探究水平方向分運(yùn)動(dòng)規(guī)律；(5) 運(yùn)動(dòng)的合成；(6) 遷移應(yīng)用.

2 學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)

為了更好地體現(xiàn)新課程改革的理念,突出學(xué)生的主體地位,以學(xué)生為中心,教師通過(guò)具體任務(wù)引領(lǐng)學(xué)生積極思考、提出問(wèn)題、主動(dòng)參與活動(dòng),旨在發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).下面就教學(xué)過(guò)程中如何通過(guò)學(xué)生活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施進(jìn)行簡(jiǎn)單探討.

任務(wù)1:情境設(shè)置,認(rèn)識(shí)拋體運(yùn)動(dòng).

問(wèn)題情境:如圖1所示.

設(shè)計(jì)意圖如表1所示.

圖1

問(wèn)題問(wèn)題設(shè)計(jì)指向的素養(yǎng)目標(biāo)1.套圈游戲比賽,為何沒(méi)有套住目標(biāo)?2.套圈落地位置跟哪些因素有關(guān)?3.若不計(jì)空氣阻力,套圈、鉛球、標(biāo)槍等物體從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度,做拋體運(yùn)動(dòng)有什么共同特點(diǎn)?哪些是平拋運(yùn)動(dòng)?生活中的有趣活動(dòng),激發(fā)探究熱情(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任);會(huì)用學(xué)過(guò)的知識(shí)描述、分析運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(科學(xué)思維);通過(guò)分析,知道平拋運(yùn)動(dòng)是有水平初速度、只受重力作用的勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(物理觀念)

(1) 知識(shí)建構(gòu):由學(xué)生自主活動(dòng),感悟生活中存在的物理現(xiàn)象,豐富感性認(rèn)識(shí).由套圈游戲活動(dòng),分析套圈運(yùn)動(dòng)位移與哪些因素有關(guān),為后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)——拋體運(yùn)動(dòng)的速度、位移做好鋪墊．用學(xué)過(guò)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)知識(shí)總結(jié)拋體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),并通過(guò)對(duì)比分析,建立科學(xué)模型——平拋運(yùn)動(dòng).

(2) 活動(dòng)實(shí)施:全班學(xué)生分為4組進(jìn)行比賽,要求:不能超過(guò)投擲線,以所用時(shí)間最短、套住物品最多的組為比賽冠軍組.學(xué)生總結(jié)失敗原因,引導(dǎo)、討論.體會(huì)拋體運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn),是否有初速度,運(yùn)動(dòng)過(guò)程是否受力,運(yùn)動(dòng)軌跡是直線或曲線.平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),初速度是沿什么方向,只受什么力的作用.

任務(wù)2:平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析.

問(wèn)題情境:如圖1所示的套圈或飛鏢.

設(shè)計(jì)意圖如表2所示.

表2

(1) 知識(shí)建構(gòu):學(xué)生已學(xué)了運(yùn)動(dòng)的合成與分解,根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡等效分解為豎直方向和水平方向的運(yùn)動(dòng).至于兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,借助于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)分析推斷.

(2) 活動(dòng)實(shí)施:根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知,平拋運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng),由運(yùn)動(dòng)效果分解成水平方向和豎直方向的分運(yùn)動(dòng).繪出物體運(yùn)動(dòng)軌跡——曲線.根據(jù)運(yùn)動(dòng)效果,建立以拋出點(diǎn)為原點(diǎn),建立水平和豎直方向的坐標(biāo)系,受力分析——只受重力.學(xué)生分析討論得出:水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng).

任務(wù)3:探究豎直方向分運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

問(wèn)題情境如圖2所示.

設(shè)計(jì)意圖如表3所示.

(1) 知識(shí)建構(gòu):由受力分析,只受重力,豎直方向初速度是0——理論推導(dǎo)做的是自由落體運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)探究,兩球同時(shí)下落,只聽(tīng)到一次聲音,得出了平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng);頻閃照相法,豎直方向兩球總是處于同一水平高度,說(shuō)明兩球豎直方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同.

圖2

問(wèn)題問(wèn)題設(shè)計(jì)指向的素養(yǎng)目標(biāo)1.做平拋運(yùn)動(dòng)的物體,豎直方向分運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)?2.怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),來(lái)驗(yàn)證我們的猜想———豎直方向做的是自由落體運(yùn)動(dòng)?3.平拋豎落儀,怎么知道豎直方向做的是自由落體運(yùn)動(dòng)?4.頻閃照相法,如何分析豎直方向運(yùn)動(dòng)規(guī)律?設(shè)計(jì)方案:對(duì)比方法,平拋豎落儀,總結(jié):①用兩個(gè)物體在同一高度同時(shí)分別做自由落體和平拋運(yùn)動(dòng),觀察它們是否同時(shí)落地(科學(xué)探究);②用頻閃照像方法,拍攝兩物體的運(yùn)動(dòng)軌跡照片,建立坐標(biāo)系進(jìn)行研究(科學(xué)探究)

(2) 活動(dòng)實(shí)施:學(xué)生利用平拋豎落儀進(jìn)行探究,教師要注意引領(lǐng),強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng):如初始狀態(tài),保持兩球同一水平高度,不是用眼看,而是用耳仔細(xì)去聽(tīng),聽(tīng)到一次聲音.教師再通過(guò)頻閃照相法進(jìn)行演示,進(jìn)一步驗(yàn)證,以拋出點(diǎn)為原點(diǎn),建立水平、豎直方向坐標(biāo)系,通過(guò)作圖,發(fā)現(xiàn)兩球運(yùn)動(dòng)中,總是位于同一高度.

任務(wù)4:探究水平方向分運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

問(wèn)題情境如圖3所示.

設(shè)計(jì)意圖如表4所示.

(1) 知識(shí)建構(gòu):教師引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行理論探究,由水平方向不受力,有初速度,做勻速直線運(yùn)動(dòng).學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,如圖3實(shí)驗(yàn)裝置,發(fā)現(xiàn)兩球相碰,說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)的物體水平方向做的是勻速直線運(yùn)動(dòng).教師通過(guò)頻閃照相法,進(jìn)行演示,豎直方向時(shí)間相等時(shí),對(duì)應(yīng)做平拋的小球各段水平位移皆相同——?jiǎng)蛩僦本€運(yùn)動(dòng).

圖3

問(wèn)題問(wèn)題設(shè)計(jì)指向的素養(yǎng)目標(biāo)1.做平拋運(yùn)動(dòng)的物體,水平方向分運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)?2.怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),來(lái)證明我們的猜想———水平方向做的是勻速直線運(yùn)動(dòng)?3.裝置如圖,讓兩球處于不同高度的豎直平面內(nèi),每個(gè)斜面高度相同,怎么知道水平方向做的是勻速直線運(yùn)動(dòng)?4.頻閃照相法,如何分析水平方向運(yùn)動(dòng)規(guī)律?兩個(gè)小球在同一豎直面內(nèi)不同高度,使它們具有相同的水平初速度,分別做平拋和勻速直線運(yùn)動(dòng),比較是否相碰(科學(xué)探究)頻閃照像法,先繪出小球運(yùn)動(dòng)軌跡,以拋出點(diǎn)為原點(diǎn),取水平和豎直方向分別為x軸和y軸,建立坐標(biāo)系.取y軸y1=h,y2=3h,y3=5h,…,對(duì)應(yīng)x軸上各點(diǎn)間距x1=a,x2=a,x3=a,…說(shuō)明相等時(shí)間間隔內(nèi),所對(duì)應(yīng)的水平位移皆相等,可見(jiàn)水平方向做的是勻速直線運(yùn)動(dòng),探究得到水平方向速度、位移表達(dá)式(科學(xué)探究)

(2) 活動(dòng)實(shí)施:水平方向不受力,有初速度,做勻速直線運(yùn)動(dòng).同一豎直面內(nèi)兩球的運(yùn)動(dòng),實(shí)驗(yàn)時(shí)確保上面的小球初速度水平,下面的小球,水平面光滑,相碰說(shuō)明什么問(wèn)題,師生討論.頻閃照相法,要建立坐標(biāo)系,由豎直小球做自由落體運(yùn)動(dòng),相等時(shí)間位移的比,對(duì)比得出做平拋運(yùn)動(dòng)的小球,在相同時(shí)間內(nèi)各段位移都相同.

任務(wù)5:運(yùn)動(dòng)的合成.

問(wèn)題情境:由圖3中的頻閃照片所示.

設(shè)計(jì)意圖如表5所示.

表5

(1) 知識(shí)建構(gòu):利用上節(jié)運(yùn)動(dòng)合成與分解的關(guān)系,求解合速度、合位移及其方向.合理建立坐標(biāo)系,利用矢量合成規(guī)律,求解未知量.由合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性,平拋運(yùn)動(dòng)的物體在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間取決于水平拋出物體的豎直高度.

圖4

(2) 活動(dòng)實(shí)施:學(xué)生利用合成與分解的知識(shí),來(lái)求解.引導(dǎo)學(xué)生建立合理坐標(biāo)系,根據(jù)合速度與分速度、合位移與分位移關(guān)系如圖4所示,利用數(shù)學(xué)知識(shí)求解.由水平、豎直方向運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性、等時(shí)性,平拋物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間由高度決定.

圖5 射出的箭

任務(wù)6:遷移應(yīng)用.

問(wèn)題情境如圖5所示,若射出箭的速度為36 m/s,位于距離地面高度10 m的位置水平射出(g=10 m/s2).

設(shè)計(jì)意圖如表6所示.

表6

3 教學(xué)反思

物理情境的創(chuàng)設(shè)可以讓學(xué)生在輕松愉快的情境里學(xué)習(xí),提出問(wèn)題,主動(dòng)探究,激發(fā)了學(xué)生的積極主動(dòng)性,提高學(xué)習(xí)的效率(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任).

本節(jié)設(shè)計(jì)的學(xué)生活動(dòng),注重了物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要素,活動(dòng)過(guò)程中蘊(yùn)含了很多的科學(xué)思維方法,學(xué)生通過(guò)觀察、探究、實(shí)驗(yàn)、分析綜合、體會(huì)、創(chuàng)新等,發(fā)展了物理學(xué)科核心素養(yǎng),把以前的“學(xué)生被動(dòng)的學(xué)”改為“學(xué)生主動(dòng)的學(xué)”,學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)腦,自主討論、分析研究去發(fā)現(xiàn)規(guī)律,認(rèn)識(shí)規(guī)律,體現(xiàn)成功的樂(lè)趣.