基于物理核心素養(yǎng)提升的教學(xué)設(shè)計(jì)
——以人教版“自由落體運(yùn)動(dòng)”為例

任浩軍

(浙江省上虞中學(xué) 浙江 紹興 312300)

人教版教材將“自由落體運(yùn)動(dòng)”作為勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)例放在本章靠后位置，先通過牛頓管實(shí)驗(yàn)探究不同質(zhì)量的物體下落的快慢情況，再利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究重物下落的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)并建立重力加速度概念，最后推導(dǎo)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律并在“反應(yīng)尺”活動(dòng)中應(yīng)用和拓展．本節(jié)課雖然知識內(nèi)容較少，但卻是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力的好載體，非常好地檢驗(yàn)了把以生為本的理念落實(shí)在教學(xué)中的“成色”．然而在實(shí)際教學(xué)中，不少教師并沒有從學(xué)情出發(fā)對教學(xué)過程進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，10幾min就將知識講完，然后就是鞏固練習(xí)，儼然是一節(jié)規(guī)律課．有鑒于此，筆者對“自由落體運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)過程進(jìn)行了重新建構(gòu)，為提高課堂教學(xué)的有效性和培育學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)做了實(shí)踐探索．

1 傳統(tǒng)教學(xué)過程設(shè)計(jì)及其不足

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)過程設(shè)計(jì)的大致流程

(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)疑．教師演示兩個(gè)輕重不同的物體的下落運(yùn)動(dòng)(如一個(gè)1元硬幣和一張紙)，引導(dǎo)學(xué)生思考“物體下落快慢是不是與質(zhì)量有關(guān)？重的物體一定比輕的物體下落得更快嗎？”

(2)探究驗(yàn)證．首先，教師把一張紙撕成大小不等的兩份，然后將小的揉成紙團(tuán)，大的平攤，再次從同一高度靜止釋放．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明不同物體下落快慢與質(zhì)量無關(guān)，教師引導(dǎo)學(xué)生猜想影響物體下落快慢的因素——空氣阻力．接著，教師會(huì)演示牛頓管實(shí)驗(yàn)，如果沒有空氣阻力，羽毛和鐵片下落快慢相同．

(3)學(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動(dòng)的定義、條件．教師通過設(shè)問“現(xiàn)實(shí)生活中，完全沒有空氣阻力的情況存在嗎？”，引導(dǎo)學(xué)生理解自由落體運(yùn)動(dòng)是一種理想化的運(yùn)動(dòng)模型，知道“實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，重的物體的靜止下落可以看作自由落體運(yùn)動(dòng)”．

(4)學(xué)習(xí)重力加速度概念．教師讓學(xué)生閱讀教材中的重力加速度g值的表格數(shù)據(jù)，尋找g值的規(guī)律．緊接著講授重力加速度的方向——豎直向下．

(5)推導(dǎo)規(guī)律．教師會(huì)讓學(xué)生回憶已學(xué)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式，然后在黑板上寫出自由落體運(yùn)動(dòng)的公式．

(6)規(guī)律應(yīng)用．教師一般選擇教材中的課后習(xí)題和“反應(yīng)尺”游戲進(jìn)行規(guī)律的應(yīng)用和拓展，簡單解釋反應(yīng)時(shí)間的測量原理(或省略)．

1.2 上述過程設(shè)計(jì)存在以下不足

(1)學(xué)生的主體地位沒有真正得到體現(xiàn)

有些教師在課堂教學(xué)中想放又不敢放，生怕學(xué)生的猜想(物體下落快慢的影響因素)變成胡思亂想，生怕學(xué)生的總結(jié)(實(shí)驗(yàn)結(jié)論)不得要領(lǐng)，生怕學(xué)生不會(huì)推導(dǎo)公式，……所以為了教學(xué)的“流暢”，教師包辦一切，學(xué)生成了被動(dòng)的知識“接收器”．

(2)對教學(xué)目標(biāo)的把握不夠準(zhǔn)確

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)指導(dǎo)意見，結(jié)合學(xué)情分析，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)主要有：

1)在教師引導(dǎo)下，學(xué)生通過邏輯推理和實(shí)驗(yàn)探究逐步建立自由落體運(yùn)動(dòng)這一理想運(yùn)動(dòng)模型；

2)通過實(shí)驗(yàn)測量重物靜止開始下落的加速度，建立重力加速度概念；

3)運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律得出自由落體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算公式，并在簡單問題中加以應(yīng)用．

有些教師認(rèn)為學(xué)生在初中時(shí)已經(jīng)學(xué)過自由落體運(yùn)動(dòng)的知識，就將重點(diǎn)放在自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)用上，卻把需要濃墨重彩表現(xiàn)的理想運(yùn)動(dòng)模型的建構(gòu)過程一筆帶過，結(jié)果成了一節(jié)規(guī)律課．也有些教師認(rèn)為學(xué)生已經(jīng)掌握了利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測量物體運(yùn)動(dòng)加速度的實(shí)驗(yàn)技能，所以在課堂上安排了學(xué)生實(shí)驗(yàn)，結(jié)果一節(jié)課只測量了物體下落的加速度，成了一節(jié)實(shí)驗(yàn)課．

(3)學(xué)情分析大而空，不夠具體細(xì)化

有些教師依據(jù)自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將一些“想當(dāng)然”的看法當(dāng)作學(xué)情分析，沒有具體了解學(xué)生已有的知識儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知能力，以及其認(rèn)知特點(diǎn)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與學(xué)習(xí)態(tài)度等方面的基本信息，看了一遍教材就走上講臺(tái)．有些教師過分依賴教材而照本宣科，不會(huì)從學(xué)生的角度對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理剪輯，對教學(xué)過程進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，學(xué)生已經(jīng)掌握了的知識也要仔仔細(xì)細(xì)地講，學(xué)生覺得很難的知識反而輕輕帶過．

1.3 教師應(yīng)該將學(xué)情分析細(xì)化

(1)怎樣激發(fā)學(xué)生的探究興趣？因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)知道結(jié)論——“重的物體不一定比輕的物體下落的快，原因是空氣阻力”．

(2)學(xué)生猜想的影響因素會(huì)是哪些？如何探究？

(3)學(xué)生會(huì)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量物體下落的加速度嗎？會(huì)有哪些困難？如何解決？

(4)實(shí)驗(yàn)測得的加速度明顯小于9.8 m/s2(較準(zhǔn)確的測量值是9.73 m/s2左右)，如何與表格數(shù)據(jù)對接？

(5)學(xué)生對表格數(shù)據(jù)不敏感，有沒有更具體直觀的方式來呈現(xiàn)不同緯度的g值大??？

(6)學(xué)生樂于參與“反應(yīng)尺”活動(dòng)，但對其測量原理的理解會(huì)有困難，有哪些困難？如何突破？

(7)除了培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理和實(shí)驗(yàn)探究的能力外，如何培育學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”方面的素養(yǎng)？

2 “自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要思路

2.1 創(chuàng)設(shè)有趣情境學(xué)生在經(jīng)歷模型建立的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)

學(xué)生已經(jīng)知道自由落體運(yùn)動(dòng)的一些簡單知識，也有相關(guān)生活經(jīng)驗(yàn)；學(xué)生已經(jīng)知道“如果沒有空氣阻力，不同物體下落快慢相同”的結(jié)論，也能依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出較合理的猜想，初步具備科學(xué)探究的能力；學(xué)生在解決一些簡單問題時(shí)也會(huì)暴露“重的物體比輕的物體下落得快”的錯(cuò)誤前概念．

基于以上學(xué)情分析，筆者在展示不同物體的下落現(xiàn)象時(shí)在教室里豎起了一根樹枝(圖1)，上面用細(xì)線掛著蘋果、羽毛、氣球．一位學(xué)生上臺(tái)逐一剪斷細(xì)線，其他學(xué)生仔細(xì)觀察物體的下落情況．學(xué)生覺得很新鮮，觀察得格外仔細(xì)，“蘋果是沿直線下落的，氣球和樹葉是沿曲線飄落的，它們下落有快有慢”．

圖1 懸掛蘋果、氣球、羽毛的樹枝

在探究影響物體下落快慢的因素時(shí)，筆者根據(jù)學(xué)生可能的猜想提供了一些小物件(光盤，與光盤大小相同的紙片，硬幣等)，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)探究方案并上臺(tái)展示(圖2)．

圖2 學(xué)生演示

為了更好地演示空氣阻力可忽略時(shí)不同物體下落快慢相同的現(xiàn)象，筆者特地制作了一根特大號的牛頓管(圖3)，用大功率的抽氣泵抽去管內(nèi)空氣，學(xué)生可以很清楚地看到羽毛和鐵片是同時(shí)落地的．枯燥的結(jié)論被真實(shí)的現(xiàn)象取代，物理觀念的形成需要大量這樣的親身經(jīng)歷．

圖3 自制牛頓管

2.2 重力加速度概念的建立需要設(shè)計(jì)一些有意義的教學(xué)活動(dòng)

筆者在課前調(diào)查了一些學(xué)生對打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶的實(shí)驗(yàn)操作情況，發(fā)現(xiàn)有一些學(xué)生不會(huì)穿紙帶，不會(huì)固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，不會(huì)利用紙帶測量物體的運(yùn)動(dòng)速度．因此，筆者在這一環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的時(shí)候增加了實(shí)驗(yàn)操作演示和紙帶數(shù)據(jù)的處理，目的就是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和數(shù)據(jù)處理能力．

筆者讓學(xué)生測量不同物體下落的加速度，有重錘、礦泉水瓶、一袋蘋果(圖4)．學(xué)生發(fā)覺這些物體下落的加速度都很接近(9.73 m/s2左右)，教師適時(shí)引導(dǎo)“這些物體加速度基本相等說明什么？”“實(shí)驗(yàn)中，重物下落受到哪些力？如果重物只受重力，那么加速度會(huì)怎么變？”這樣，“同一地點(diǎn)，不同物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度都相等”就有意義地建構(gòu)起來了．

圖4 學(xué)生實(shí)驗(yàn)中使用的不同重物

學(xué)生對圖像、視頻等信息比較敏感，而對數(shù)據(jù)表格欠缺興趣．為此，筆者將不同緯度的重力加速度數(shù)值直觀地標(biāo)示在地球儀上(圖5)，學(xué)生印象就很深刻．

圖5 不同緯度的重力加速度數(shù)值

2.3 在模型建立和規(guī)律推導(dǎo)的過程中滲透物理思想和物理方法教育

在牛頓管實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生需要進(jìn)行合理抽象才能建立自由落體運(yùn)動(dòng)的理想模型，它與質(zhì)點(diǎn)模型的建立相似，都運(yùn)用了“抓住主要因素，忽略次要因素”的思想方法．教師需要通過問題引導(dǎo)，使學(xué)生意識到合理抽象是物理學(xué)中常用的思想方法．

在推導(dǎo)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，由于前面勻變速直線運(yùn)動(dòng)知識的鋪墊，學(xué)生很容易從一般規(guī)律中演繹出v0=0,a=g時(shí)的特殊規(guī)律．學(xué)生在推導(dǎo)的過程中，進(jìn)一步體會(huì)演繹法這一重要的思想方法．

2.4 加強(qiáng)物理與社會(huì)生活的聯(lián)系(STSE)同時(shí)滲透科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的培育

從物理走向生活,從生活走向物理,是新課程改革的教學(xué)理念，在本節(jié)課中也可以設(shè)計(jì)這方面的內(nèi)容．筆者深深地被最美媽媽吳菊萍的英雄事跡打動(dòng)，這樣的正能量應(yīng)該在學(xué)生心里生根發(fā)芽．所以我就根據(jù)這一事件改編了一道規(guī)律應(yīng)用題：最美媽媽吳菊萍感動(dòng)了中國，2011年7月2日13：30，一個(gè)2歲女童從10樓墜落，吳菊萍奮不顧身地沖過去用左臂接住孩子，孩子獲救了，吳菊萍的左臂被撞成粉碎性骨折．請同學(xué)們估算一下吳菊萍接到孩子瞬間，孩子的速度大小？(g取10 m/s2)學(xué)生除了收獲學(xué)以致用的喜悅外，還接受了熱愛生命、見義勇為的思想教育，物體課堂迸發(fā)出人性美！

其實(shí)教師也可以將測量同學(xué)反應(yīng)時(shí)間與酒駕聯(lián)系起來，司機(jī)酒后的反應(yīng)時(shí)間會(huì)變長，很容易發(fā)生交通事故，造成人員傷亡，所以我們要熱愛生命遠(yuǎn)離酒駕．由此可見，如果教師能花時(shí)間尋找這樣的素材，那么物理課堂將會(huì)豐滿許多！

3 教學(xué)感悟

(1)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)立足于學(xué)情分析

“學(xué)生是教學(xué)的主體”，教師只有樹立以生為本、以學(xué)定教的意識，才能真正俯下身來分析學(xué)生的知識基礎(chǔ)、能力基礎(chǔ)、素質(zhì)基礎(chǔ)、認(rèn)知需求、情感、態(tài)度等多方面的信息．高效的課堂教學(xué)一定是教師精心設(shè)計(jì)的教學(xué)過程讓學(xué)生發(fā)揮了最佳的能動(dòng)性，正像著名特級教師于漪老師所說“學(xué)生的情況、特點(diǎn)，要努力認(rèn)識，悉心研究，知之準(zhǔn)，識之深，才能教在點(diǎn)子上，教出好效果．”

(2)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)源于對教材的合理重組

同樣的教材，施教于不同的學(xué)生，效果必然不同．教師必須具體“學(xué)生”具體分析，根據(jù)學(xué)生的真實(shí)情況，合理利用各種教學(xué)資源，并對教材內(nèi)容進(jìn)行二次加工，才能設(shè)計(jì)出知識序(教材)、教學(xué)序(教師)、認(rèn)知序(學(xué)生)有機(jī)融合的教學(xué)過程．

(3)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)契合于現(xiàn)代教育理論

教師對教材的解讀，對教學(xué)過程的設(shè)計(jì)，必須有章法．大多數(shù)教師認(rèn)真研讀過維果斯基、皮亞杰和布魯納等人所著的建構(gòu)主義理論，它為我們的教學(xué)提供了理論依據(jù)．教學(xué)設(shè)計(jì)就是教師在了解學(xué)生的學(xué)情現(xiàn)狀之后，根據(jù)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的教學(xué)過程，以達(dá)到最好的教學(xué)效果．