基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計

王群 鄭慧玉 劉二虎

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是物理學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，本文以高中物理必修1的“彈力”為例，談?wù)勅绾卧谡n堂教學(xué)實踐中踐行著“以人為本”的理念，關(guān)注學(xué)生的成長和核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、基于核心素養(yǎng)的教材和學(xué)情分析

《彈力》是人教版高中物理（必修1）第三章第二節(jié)的內(nèi)容，彈力概念形成及彈力方向的確定是本節(jié)的難點和重點。對于胡克定律的教學(xué)，學(xué)生已知道彈力與其形變量的定性關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生在原認(rèn)知基礎(chǔ)上設(shè)計實驗“探究彈力的大小與伸長量之間的定量關(guān)系”，構(gòu)建新知識，讓學(xué)生動手體驗，從定性認(rèn)識出發(fā)，猜想其定量關(guān)系，通過實驗探究，總結(jié)規(guī)律，讓學(xué)生親歷探究的過程，提高學(xué)生自主、互助意識，體驗探究學(xué)習(xí)的樂趣。

高一學(xué)生，在初中對彈力有了初步感性的認(rèn)識，了解彈力的具體表現(xiàn)。在高中教學(xué)中要進(jìn)一步幫助學(xué)生對彈力深層次的理解。彈力產(chǎn)生的原因及其方向的判定，是學(xué)生普遍感到難以把握的問題。本節(jié)課通過“知識內(nèi)容”“思想方法”兩條主線貫穿整節(jié)課，精選生活中實例，運用形象直觀的實驗降低難度，幫助學(xué)生突破難點。

二、教學(xué)目標(biāo)確定

1.通過認(rèn)識常見的形變，構(gòu)建彈力概念及產(chǎn)生條件;

2.在典型事例中分析歸納彈力的方向，能正確畫出彈力示意圖;

3.通過實驗探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系，了解科學(xué)研究方法;

4.了解彈力在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，體會物理與生產(chǎn)和生活緊密聯(lián)系。

三、基于核心素養(yǎng)的教學(xué)過程設(shè)計

本節(jié)課以認(rèn)識形變、彈力的定義及產(chǎn)生條件、彈力的方向判斷、（彈力的大小）胡克定律四個任務(wù)貫穿整個教學(xué)過程。

環(huán)節(jié)1：游戲情境，引入新課，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

師：同學(xué)們的家鄉(xiāng)連云港是個美麗的港口城市（PPT展示圖片），近幾年發(fā)展很快，對外貿(mào)易需求量大，外語使用頻繁，今天我們來做個猜單詞小游戲，猜猜下面幾個單詞的中文意思：（從幾個物理詞語的英文表述入手）

1.force 力

2.limit 極限、限度

3.deformation 形變

4.elastic 有彈性的

elastic這個形容詞可以與其他幾個單詞組合，把它們組合在一起表示什么意思呢？

elastic deformation：彈性形變;elastic limit：彈性限度;elastic force：彈力，就是今天我們研究的主要內(nèi)容。

設(shè)計意圖：由港口圖片引入單詞辨析，激發(fā)學(xué)生的好奇心（物理老師怎么說起了英語？），創(chuàng)設(shè)輕松愉快的情境，同時培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷，也體現(xiàn)跨學(xué)科綜合教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力，教學(xué)中滲透育人理念。

環(huán)節(jié)2：創(chuàng)設(shè)情境，構(gòu)建概念，培養(yǎng)思想方法

教師演示1：分別一彈簧和一根舊電線它們施加力的作用，觀察到什么變化？

生：看到形狀或體積改變。

師：物體的形狀或體積的改變，叫做形變。

問題1：動手做一做，分別對彈簧、舊電線、橡皮泥、氣球等施加力的作用，觀察有什么不同？

學(xué)生實驗后交流總結(jié)：

彈性形變：撤去外力后，能夠恢復(fù)原來形狀，這種形變叫彈性形變。如：彈簧、氣球、尺子等。

非彈性形變：撤去外力后，不能恢復(fù)原狀的，如橡皮泥、舊電線等。彈性形變有拉伸形變、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲形變。

設(shè)計意圖：重視親身體驗，培養(yǎng)學(xué)生合作與交流的精神。

問題2：彈簧發(fā)生形變一定能夠恢復(fù)嗎？

問題3：如果你用手去壓桌面或推墻面，桌面和墻面會發(fā)生形變嗎？用實驗來判斷。

演示2：重物壓薄塑料板，如圖示能觀察到明顯的形變。

若換成壓厚木板上，再觀察有形變嗎？

生：有，但形變不明顯。

師：重物直接壓桌面上，眼睛幾乎看不到變化，桌面有形變嗎？

（邀請學(xué)生參與演示微小形變，利用光學(xué)中光線反射原理放大，用力壓桌面，光線落點變化，說明桌面發(fā)生微小形變）。

演示3：用手捏塑料瓶，觀察到明顯的形變。

師：換成玻璃瓶，眼睛幾乎看不到，若用力擠壓玻璃瓶，有沒有形變呢？

（學(xué)生上臺實驗）在玻璃瓶中裝滿紅色水，用插有細(xì)管的塞子塞緊瓶口，用手?jǐn)D壓瓶身，觀察細(xì)管中液面變化情況。

總結(jié)：生活中有些形變?nèi)庋鄄灰卓闯?，但確實存在的，是微小形變。

設(shè)計意圖：回顧初中舊知，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階。通過有梯度的設(shè)置，減少思維障礙和認(rèn)知難度。科學(xué)認(rèn)識微小形變。體會“放大法”，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識的同時更要關(guān)注科學(xué)方法。

問題4：物體發(fā)生形變后，會對與它接觸的物體有力嗎？用手拉彈簧或橡皮筋時，你有什么感覺？體會手與它們之間的相互作用，說明了什么？

學(xué)生：手感覺痛，受到橡皮筋施加力的作用了。

教師演示4：小車壓彈簧，看到什么現(xiàn)象？小車壓橡皮泥呢？

生：小車被推出去了，說明受到彈簧的彈力作用，壓橡皮泥小車沒動。

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：發(fā)生彈性形變的物體（彈簧），對與它接觸的小車施加力的作用，這種力叫彈力。

演示5：用手指腹壓桌面，發(fā)生形變的指腹，由于要恢復(fù)原狀，對與它接觸的桌面會產(chǎn)生向下的壓力。

問題5：你能從以上例子分析中發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律嗎？

學(xué)生分析交流總結(jié)出：（1）彈力由于施力物體發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的;（2）彈力產(chǎn)生的條件。

師：有些微小形變不易觀察，一可采用替換法分析，用較明顯的形變替代;二可采用假設(shè)法分析，即假設(shè)彈力存在，看假設(shè)的結(jié)果是否符合物體的運動狀態(tài)……

環(huán)節(jié)3：演繹推理，分析歸納，培養(yǎng)科學(xué)思維

問題6：觀察實例從中分析彈力的方向，找找有什么特點？

PPT投事例：（1）重物放薄塑料板上;（2）水球置于水平桌面上;（3）金屬塊放置于帶有海綿的斜面上。

引導(dǎo)學(xué)生在原有認(rèn)知基礎(chǔ)上從多個實例講解歸納出：壓力、支持力作用，兩物體接觸，彈力的方向垂直接觸面指向受力物體。

體驗：

（1）觀察橡皮筋拉鉤碼，總結(jié)繩子、線對物體的彈力方向，總是沿繩、線指向繩收縮的方向。

（2）用竹竿撥動物體，竹竿發(fā)生彈性形變，對物體產(chǎn)生彈力的方向不是沿桿子方向。

總結(jié)：輕桿等產(chǎn)生彈力的方向不一定沿桿子。

環(huán)節(jié)4：實驗探究，數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

問題7：你知道彈力的大小可能與哪些因素有關(guān)嗎？

體驗：把橡皮筋套在手指上，用力拉橡皮筋，體會彈力大小與形變量的關(guān)系。（提醒控制好力度，避免受傷）

學(xué)生：形變越大，越疼痛，說明產(chǎn)生的彈力越大。

師：類似人類歷史發(fā)展情況，哪里有壓迫，哪里就有反抗，壓迫越重，反抗就越強烈。

下面我們來研究彈簧的彈力與伸長量關(guān)系：

（1）提出問題，當(dāng)我們拉伸彈簧時會產(chǎn)生彈力，那么彈簧彈力的大小可能與哪些因素有關(guān)呢？

演示7：兩個不同彈簧上分別掛一個質(zhì)量相同的鉤碼觀察說明與什么因素有關(guān)？

生：形變量不同，與彈簧自身結(jié)構(gòu)有關(guān)。

（2）猜想假設(shè)，換成兩個相同的彈簧，其中一個掛兩個鉤碼。彈力的大小又與什么有關(guān)？猜想它們會是怎樣的關(guān)系？

學(xué)生：可能成正比。需要進(jìn)行實驗探究它們的定量關(guān)系。

（3）設(shè)計方案，畫出草圖。（學(xué)生討論設(shè)計實驗）

教師提示好的實驗設(shè)計應(yīng)注重研究對象、實驗?zāi)康?，安全（人身和儀器）、誤差小等，探究彈簧的彈力大小與伸長量的定量關(guān)系。

（4）分組進(jìn)行實驗，學(xué)生分工合作進(jìn)行實驗并記錄實驗數(shù)據(jù)。教師個別指導(dǎo)，隨時解答學(xué)生遇到的問題。

（5）處理數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生常用實驗數(shù)據(jù)處理有計算法、圖像法。并讓學(xué)生體會圖像法形象、直觀的優(yōu)點。

得出結(jié)論：胡克定律，彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力的大小F跟彈簧伸長量x成正比。其中，k為勁度系數(shù)，由彈簧自身結(jié)構(gòu)決定的。

設(shè)計意圖：注重物理問題的探究和實驗設(shè)計思想，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識。培養(yǎng)學(xué)生動手能力、分析問題能力及嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度。體會科學(xué)實驗的探究法、數(shù)據(jù)處理的圖像法等。

環(huán)節(jié)5：聯(lián)系生活，學(xué)以致用，培養(yǎng)社會責(zé)任感

簡單介紹“彈力”在日常生活中的應(yīng)用。

教室開關(guān)、自動傘、自動筆等用品，十分方便。各種按鈕、按鍵也少不了復(fù)位彈簧，如電腦鍵盤等。物流運輸中易碎物品包裝很“嚴(yán)密”，增加緩沖功能。音樂盒等內(nèi)部的發(fā)條儲能功能。（播放音樂）

設(shè)計意圖：體會物理與生活的緊密聯(lián)系。從生活走向物理，從物理走向生活，強化對核心概念的掌握，鞏固對概念的理解。

環(huán)節(jié)6：回顧總結(jié)，主動參與，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)意識

最后引導(dǎo)學(xué)生本節(jié)課學(xué)到了哪些內(nèi)容？我們了解到了哪些研究物理問題的方法和思想？

本節(jié)課所學(xué)的形變;彈力的概念及產(chǎn)生的條件;胡克定律等知識以及放大法、替代法實驗設(shè)計思想方法等方面進(jìn)行總結(jié)歸納。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生自己總結(jié)，加深對知識系統(tǒng)的理解，強化物理思想方法的掌握，培養(yǎng)學(xué)生自主、主動性學(xué)習(xí)意識。

四、教學(xué)反思

本節(jié)《彈力》是參加在海邊城市連云港舉行的省級優(yōu)質(zhì)評比課。教學(xué)主張體現(xiàn)以“人”為教育教學(xué)中心，注重以“人”為本，重視培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，將發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)滲透于課堂教學(xué)中。

首先，重視蘊含在知識背后的思維方式培養(yǎng)，本節(jié)教學(xué)設(shè)計厘清教學(xué)邏輯，突出重點，由認(rèn)識形變到彈力概念建構(gòu)，再到彈力的方向分析，最后彈力大小的定性分析到探究定量關(guān)系并能進(jìn)行簡單的定量計算。思路清晰明了，將科學(xué)思維培養(yǎng)于潛移默化中。

其次，本節(jié)課注重學(xué)生自主體驗，合作探究，將物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)融入平時貼近生活的小實驗，將物理生活化，注重物理思想方法教育，培養(yǎng)科學(xué)實驗?zāi)芰Α?/p>

再次，本節(jié)課關(guān)注興趣激發(fā)、重視學(xué)科間綜合教學(xué)和育人理念的滲透;加強家國情懷、責(zé)任感教育，注重物理學(xué)科育人價值的體現(xiàn)，培養(yǎng)社會責(zé)任感。

教師在課堂教學(xué)中，圍繞學(xué)生為中心，通過精心的設(shè)計滲透學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)，抓住學(xué)科教育的本質(zhì)，才能更好地落實“立德樹人”，發(fā)展“核心素養(yǎng)”的教育根本任務(wù)，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 普通物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

[2] 普通物理課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

[3] 物理必修1教師教學(xué)用書[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

【本文系宿遷市中小學(xué)教學(xué)研究微型課題“物理競賽“主題式”協(xié)同教學(xué)研究”（課題編號：SQWK2020-080）的階段性成果。】

（作者單位：江蘇省泗洪中學(xué)）