基于物理核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計

丁玉玲 趙振宇

摘?要：本文將以核心素養(yǎng)為目標，培養(yǎng)學(xué)生的求真物理觀念、求新科學(xué)思維、求變科學(xué)探究、求異科學(xué)態(tài)度與責任，結(jié)合筆者參加的第十一屆全國物理教學(xué)技能大賽，以“牛頓第一定律”這一課題為例，對其教學(xué)過程進行具體的分析和研究.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);牛頓第一定律;教學(xué)設(shè)計

文章編號：1008-4134（2019）18-0059中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

《普通高中物理課程標準（2017版）》中指出物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過物理學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.物理核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責任”四個方面.所以在新教育的改革下，物理教育的過程更加注重對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng).由于牛頓相關(guān)運動定律在整個初高中物理教育中都扮演著非常重要的角色，而牛頓第一定律作為其所有定律的基石，學(xué)生能夠正確掌握這一知識并將其正確運用在生活中更是起到了舉足輕重的作用.筆者以2019年參加“基于師范專業(yè)認證的物理學(xué)科育人論壇暨第十一屆格致杯物理師范生教學(xué)技能展示大賽”，參賽課題是“牛頓第一定律”，下面談?wù)劰P者的教學(xué)設(shè)計和參賽體會.

1?教學(xué)背景分析

1.1?教材分析

本節(jié)課選自人教版高中物理必修一第四章第一節(jié)“牛頓第一定律”，它是聯(lián)系前三章力學(xué)與運動學(xué)的紐帶，是動力學(xué)的核心內(nèi)容，同時也為后續(xù)牛頓運動定律的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ).所以起到了承上啟下的作用.

1.2?學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)在初中階段對于牛頓第一定律和慣性有了初步的了解，此階段的學(xué)生具有一定的分析概括和歸納總結(jié)的能力.高一的學(xué)生思維比較活躍、好奇心比較強，對于物理實驗現(xiàn)象具有濃厚的興趣、并具有探究其本質(zhì)的愿望.但是其抽象思維能力還有待提高，對于氣體具有慣性的理解還不到位，對于理想斜面實驗的推理過程會存在一定的認知困難.

2?重難點分析

由于牛頓第一定律的學(xué)習(xí)為后續(xù)牛頓第二定律和牛頓第三定律的學(xué)習(xí)起到了鋪墊的作用，所以能夠正確理解牛頓第一定律并能夠運用它解決生活中的實際問題變得至關(guān)重要，由于學(xué)生在此之前沒有接觸過理想斜面實驗的方法，就難免對于伽利略的邏輯推理過程存在一定的認知困難，所以將教學(xué)重難點確定如下.

2.1?教學(xué)重點

（1）在初中物理的基礎(chǔ)上進一步理解并領(lǐng)會牛頓第一定律.

（2）掌握伽利略理想斜面實驗的科學(xué)方法.

（3）理解慣性的含義及主要應(yīng)用.

2.2?教學(xué)難點

（1）對于氣體具有慣性的認識.

（2）理解質(zhì)量是慣性大小的量度.

3?教學(xué)目標

教學(xué)目標的制定是教學(xué)活動的重要組成部分，科學(xué)制定教學(xué)目標，有助于教師更好地厘清教學(xué)思路，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，系統(tǒng)組織課堂教學(xué).制定教學(xué)目標最首要的標準是對于課程標準的研讀，而2017版課程標準對牛頓第一定律的要求是：能夠理解和領(lǐng)會牛頓第一定律;能夠利用牛頓第一定律解決生活中的實際問題.所以我制定了如下的教學(xué)目標.

3.1?物理觀念

（1）理解牛頓第一定律的內(nèi)容.

（2）能夠運用牛頓第一定律解釋有關(guān)現(xiàn)象.

（3）知道質(zhì)量是物體慣性大小的量度.

3.2?科學(xué)思維

（1）從伽利略的理想實驗中感受到科學(xué)思維與方法的教育.

（2）體會伽利略研究運動和力關(guān)系的思想方法.

3.3?科學(xué)探究

（1）養(yǎng)成善于利用生活中的物品進行探究性物理實驗的習(xí)慣.

（2）學(xué)會通過科學(xué)推理得到結(jié)論的方法.

3.4?科學(xué)態(tài)度與責任

（1）通過歷史回顧，增進對自然科學(xué)的興趣.

（2）養(yǎng)成創(chuàng)造性思維的品質(zhì)和敢于質(zhì)疑、堅持真理的科學(xué)精神.

4?教學(xué)過程

4.1?引入新課

師：帶領(lǐng)學(xué)生感受生活中人推車則車動、不推則車停，和樹葉有風飛舞、無風靜止的生活情境.如圖1所示.

學(xué)生活動：回憶初中學(xué)習(xí)過的亞里士多德延續(xù)近兩千年的錯誤觀點.即：力是維持物體運動的原因.

師：給出生活中踢足球的實例，引發(fā)學(xué)生的認知沖突.如圖2所示.

學(xué)生活動：通過觀察足球的運動，意識到當力撤去后物體仍然可能運動.從而得出結(jié)論，力不是維持物體運動的原因.

【設(shè)計意圖】用生活中的情境引導(dǎo)學(xué)生回憶初中所接觸過的對于“力與運動”之間關(guān)系的認識，通過歷史回顧建立初中和高中知識的橋梁，從而趁熱打鐵開始本節(jié)課的學(xué)習(xí).

4.2?新課講授

4.2.1?理想斜面實驗

活動一：初中斜面實驗

通過一張圖片引導(dǎo)學(xué)生回憶初中所接觸過的斜面實驗.如圖3所示.

【設(shè)計意圖】通過回憶初中的斜面實驗給學(xué)生以感性認識，認識到摩擦力對于物體的運動具有影響.

活動二：真實斜面實驗

師：利用連通器原理自制斜面實驗演示器，從某一高度緩慢釋放小球.如圖4所示.

學(xué)生活動：認真觀察小球在運動過程中所能達到的最大高度.并分析其產(chǎn)生原因.

【設(shè)計意圖】通過真實的斜面實驗，學(xué)生觀察到小球會運動到比原來稍低一點的位置，從而意識到斜面摩擦力對于小球上升高度具有一定的影響.

活動三：理想斜面實驗

師：啟發(fā)學(xué)生思考“如果斜面更加光滑，小球的運動會發(fā)生什么樣的變化呢？”從而自然地過渡到伽利略的理想斜面實驗.由于在實際生活中沒有摩擦力是無法達到的，通過動畫演示的方法，模擬理想斜面實驗.如圖5所示.

學(xué)生活動：通過動畫演示驗證猜想，得出結(jié)論“如果沒有摩擦力，小球?qū)仙阶畛踽尫艜r的高度.”

師：引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷伽利略的科學(xué)思維，不斷減小斜面的傾角，觀察小球的運動情況.

學(xué)生活動：認真觀察小球運動情況，并嘗試在邏輯推理的基礎(chǔ)上得出伽利略的觀點.

師：介紹笛卡爾的補充觀點，強調(diào)運動的方向性.即：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿著一條直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向.

學(xué)生活動：將三位物理學(xué)家的觀點深入了解，對力與運動之間的關(guān)系有進一步的認識.

【設(shè)計意圖】以上三個活動的設(shè)計以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)中的物理觀念為目標.首先通過初中的斜面實驗形成感性認識，接下來進行真實的斜面實驗，使學(xué)生感受到摩擦力對小球上升高度具有一定的影響.最后通過動畫演示模擬理想斜面實驗，環(huán)環(huán)相扣、層層遞進，從而更加有利于學(xué)生掌握理想斜面實驗的科學(xué)方法.

4.2.2?牛頓第一定律

師：通過牛頓的一句名人名言——如果說我比別人看得遠一些，那是因為我站在巨人的肩膀上，引出牛頓及牛頓第一定律的內(nèi)容.

學(xué)生活動：加深對初中牛頓第一定律的掌握，并對牛頓第一定律和一切物體都具有慣性建立了聯(lián)系.

活動一：鋼珠掉落實驗，如圖6所示.

師：將小鋼珠和木板固定，改變彈簧片的形狀，釋放彈簧片.

學(xué)生活動：觀察到木板被高速彈了出去，而小鋼珠卻掉落在木槽中.

理論分析：小鋼珠原來處于靜止的狀態(tài)，當木板被彈出去后，小鋼珠由于具有慣性，將會繼續(xù)保持原來靜止不動的狀態(tài)，而木板已經(jīng)被彈出，小鋼珠在重力的作用下，自然就掉落在木槽中.

活動二：墨水飛濺實驗，如圖7所示.

師：拉動裝有紅墨水的杯子，讓同學(xué)們觀察在小車遇到障礙物后，杯子中的紅墨水會發(fā)生什么樣的變化？

學(xué)生活動：觀察到杯子中的紅墨水向前飛濺出來.

理論分析：杯子中的紅墨水原來向前運動，當小車遇到障礙物時，杯子會突然停止運動，而紅墨水由于具有慣性，想要繼續(xù)保持原來向前運動的狀態(tài)，所以就會飛濺出來.

活動三：空氣打杯實驗，如圖8所示.

師：改變自制空氣炮中橡皮膜的形狀，用力逐個擊打一次性紙杯.

學(xué)生活動：觀察到一次性紙杯被逐個打落，思考這么巨大的威力是從何而來.

【設(shè)計意圖】此環(huán)節(jié)的設(shè)計以培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究為目標，以生活化為依托，利用生活中簡單易得的物品進行實驗，加深學(xué)生對一切物體都具有慣性的認識.物理教學(xué)的實驗愈加注重其生活化，創(chuàng)新生活化教學(xué)方式的實施過程、解決學(xué)生所遇到的真實問題、提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力、整合實踐核心素養(yǎng)與創(chuàng)新生活化教學(xué)模式的有效路徑，已經(jīng)逐漸成為物理學(xué)科比較“時尚”的具體實踐模式.

4.2.3?質(zhì)量是慣性大小的量度

師：給出已經(jīng)混合的黃豆和雞精，啟發(fā)學(xué)生思考，如何將二者分離？

學(xué)生活動：認真思考教師的問題，并給出自己的想法.

師：通過利用亞克力板自制的分離篩選器，如圖9所示.打開吹風機，釋放黃豆和雞精的混合物.

學(xué)生活動：會觀察到黃豆和雞精被明顯的分布到兩個不同的區(qū)域.

理論分析：這是利用了質(zhì)量與慣性有關(guān)的知識.黃豆的質(zhì)量比較大，慣性就比較大，運動狀態(tài)就不容易發(fā)生改變，就被吹到了比較近的位置，而雞精的質(zhì)量比較小，慣性就比較小，運動狀態(tài)就容易發(fā)生改變，就會被吹到比較遠的位置，二者就成功地實現(xiàn)了分離.

師：類似的經(jīng)歷還有生活中的揚場現(xiàn)象.

學(xué)生活動：感受到生活中的物理現(xiàn)象，建立農(nóng)業(yè)應(yīng)用和物理理論知識的結(jié)合.

【設(shè)計意圖】此環(huán)節(jié)的設(shè)計以培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)中的科學(xué)觀念為主要目標，同時對科學(xué)態(tài)度與責任意識的培養(yǎng)也具有重要的價值.由于初高中課程標準對本部分內(nèi)容有著不同的要求，能熟練地運用“質(zhì)量是慣性大小的量度”這一知識在生活中解決實際問題就顯得尤為重要.

4.3?應(yīng)用

師：給出生活中一些與慣性有關(guān)的實例，如圖10所示，讓學(xué)生判斷其產(chǎn)生的原理.

學(xué)生活動：仔細思考各個不同的生活實例中蘊含的知識.

【設(shè)計意圖】利用生活中的“慣性”鞏固所學(xué)知識，即向?qū)W生傳遞“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念.在陶行知的生活教育理論中曾指出“生活

即教育”，在這一核心理論中寫到：生活教育是生活所原有，生活所自營，生活所必需的教育，教育的根本意義在于生活之變化，生活無時不變，即生活無時不含教育.

5?參賽感悟

在參加這次比賽的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)物理作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，能夠運用一些吸引學(xué)生注意力并能夠說明所研究問題的實驗對一節(jié)精彩的物理課具有事半功倍的作用.如何處理初高中知識的銜接問題、前概念對高中生學(xué)習(xí)的影響，生活化物理關(guān)系的建立都是教育過程中不可忽視的問題.一節(jié)成功的物理課需要凝聚物理教師很多的潛心鉆研和及時反思.在整個教學(xué)設(shè)計的過程中，若能夠以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標，將會有利于學(xué)生求真意識、求新思維、求變能力、求異意識的培養(yǎng).在本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計過程中，還有許多的不足和需要改善之處，希望在以后的工作過程中可以不斷加以改善，同時也希望能夠為本節(jié)課的教學(xué)提供一些參考.

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