基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育的教學(xué)案例

朱艷萍

摘? 要：本教學(xué)案例通過創(chuàng)設(shè)問題情境優(yōu)化教學(xué)方式，結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)及教材中的“旁批”等素材資源，讓學(xué)生開展體驗(yàn)式、探究式、討論式學(xué)習(xí)。引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行科學(xué)推理、抽象出自由落體運(yùn)動的概念、找出自由落體運(yùn)動的規(guī)律、推導(dǎo)出自由落體運(yùn)動的公式的學(xué)習(xí)過程。

關(guān)鍵詞：自由落體運(yùn)動;教學(xué)案例;物理學(xué)科核心素養(yǎng)

案例背景：

高中物理是自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)課程，在落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)方面有其獨(dú)特價值。新發(fā)行的人教版高中物理必修教材，相較于課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材，在編寫上注重了真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，注重了學(xué)生思維形成過程的架構(gòu)和邏輯推理能力、觀察能力、科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。本案例以人教版高中物理新教材“自由落體運(yùn)動”為例進(jìn)行設(shè)計和教學(xué)，旨在拋磚引玉，引起廣大高中物理教師關(guān)注新課改、學(xué)習(xí)新課標(biāo)、研究新教材，將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育落實(shí)在教學(xué)設(shè)計中，踐行在教學(xué)行為上，切實(shí)發(fā)揮物理課程的育人功能。

教學(xué)目標(biāo)：

（一）領(lǐng)悟伽利略對自由落體運(yùn)動研究的推理與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的思想和方法，形成批判性思維品質(zhì)，養(yǎng)成科學(xué)精神;

（二）觀察“牛頓管”探究輕重不同的物體下落快慢的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，建構(gòu)自由落體運(yùn)動概念，形成物理觀念，發(fā)展科學(xué)思維;

（三）經(jīng)歷用“打點(diǎn)計時器”測量自由落體加速度的過程，探究自由落體運(yùn)動的規(guī)律，發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng);

（四）會推導(dǎo)自由落體的速度、位移與時間的關(guān)系式，能用其解決實(shí)際問題。

教材分析：本節(jié)內(nèi)容是人教版高中物理新教材必修1第二章 《勻變速直線運(yùn)動的研究》中的第四節(jié)。本節(jié)課是在學(xué)生掌握了運(yùn)動學(xué)的基本概念及勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律等知識后，作為勻變速直線運(yùn)動的一個特例進(jìn)行學(xué)習(xí)。教材通過對“物體下落”這種司空見慣的運(yùn)動研究歷史的呈現(xiàn)，讓學(xué)生領(lǐng)悟伽利略研究自由落體運(yùn)動的推理與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的思想和方法，接受科學(xué)精神和科學(xué)方法的熏陶。本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、歸納、概括等能力，還能夠激發(fā)學(xué)生探索自然的內(nèi)在動力，促進(jìn)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。

學(xué)情分析：在進(jìn)行本節(jié)課教學(xué)時，學(xué)生剛進(jìn)入高中不久，雖然對勻變速直線運(yùn)動的內(nèi)容已經(jīng)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，但在相關(guān)概念和規(guī)律的理解上還不夠準(zhǔn)確、深入，用其解決實(shí)際問題的能力及科學(xué)推理、分析論證能力和證據(jù)意識還不夠強(qiáng)。

教學(xué)過程：

一、創(chuàng)設(shè)問題情境

生活中落體運(yùn)動司空見慣，它們有何特點(diǎn)呢？請同學(xué)們思考下面的幾個問題：

問題1：? 站在高層建筑物上，輕重不同的兩個物體從同一高度同時落下，你認(rèn)為哪個物體下落的快？舉例說明。

問題2： 請同學(xué)們兩人一組，拿兩張同樣大小的紙，將其中一張揉成一個團(tuán)。讓紙團(tuán)和另一張紙?jiān)谕瑯拥母叨嚷湎拢茨囊粋€下落得快？

問題3：分析比較問題一、二的結(jié)果一致嗎？如果不一致，那物體下落的快慢與什么因素有關(guān)呢？談?wù)勛约旱挠^點(diǎn)。

【學(xué)生活動】

活動一：學(xué)生思考、討論、回答問題。

活動二：學(xué)生兩人一組開始實(shí)驗(yàn)。得出結(jié)論：紙團(tuán)下落的快。

活動三：學(xué)生說他們的猜想：

1.下落的快慢與質(zhì)量有關(guān)。

2.下落的快慢除了與質(zhì)量有關(guān)還與形狀有關(guān)。

3.可能還與物體受到的阻力有關(guān)。

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生基于已有生活經(jīng)驗(yàn)開展學(xué)習(xí)活動，通過自己的觀察和思考得（猜）出結(jié)論。促進(jìn)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過程;引導(dǎo)學(xué)生將生活經(jīng)驗(yàn)與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識和問題意識，提出合理猜測想;讓學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)及生活中的經(jīng)驗(yàn)分析問題，猜想影響物體下落快慢的因素，培育學(xué)生的證據(jù)意識和科學(xué)探究素養(yǎng)。

二、新知教學(xué)

（一）同學(xué)們發(fā)現(xiàn)問題一和問題二的結(jié)論是相互矛盾的，也猜想了一些影響物體下落快慢因素。那么，影響物體下落快慢的因素究竟是什么呢？

請同學(xué)們閱讀教材45頁1到3自然段和旁批的內(nèi)容，了解伽利略研究落體運(yùn)動的科學(xué)方法。

思考：亞里士多德的觀點(diǎn)是什么？伽利略的觀點(diǎn)是什么？伽利略通過什么方法否定（質(zhì)疑）了亞里士多德的觀點(diǎn)？

【學(xué)生活動】

活動四：學(xué)生閱讀材料回答問題。

生1：亞里士多德的觀點(diǎn)：重的物體下落的快。

生2：伽利略的觀點(diǎn)：重物與輕物下落的一樣快。

生3：伽利略通過邏輯推理否定了亞里士多德的觀點(diǎn)，最后用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了自己的觀點(diǎn)。

伽利略推理：假設(shè)把重物和輕物捆在一起下落，根據(jù)亞里士多德的觀點(diǎn)就會得出兩種矛盾的結(jié)論，最后提出自己的觀點(diǎn)，然后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了自己的觀點(diǎn)。

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生通過閱讀史料，領(lǐng)悟伽利略將科學(xué)推理與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)而用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己觀點(diǎn)的科學(xué)研究方法，形成批判性思維品質(zhì)，提升質(zhì)疑創(chuàng)新能力，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度。

（二）輕重不同的物體下落的情況到底怎樣？我們用“牛頓管”做個實(shí)驗(yàn)，仔細(xì)研究、驗(yàn)證我們的猜想。

教師演示實(shí)驗(yàn)：第一次牛頓管中不抽空氣;第二次抽部分空氣;第三次盡可能抽去牛頓管中的空氣。

教師：請同學(xué)們說說你觀察到的現(xiàn)象。

【學(xué)生活動】學(xué)生帶著好奇心和期待的眼神仔細(xì)觀察、比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

生1：第一次鐵片明顯比羽毛下落的快;第二次鐵片比羽毛下落的快但差距縮小;第三次鐵片和羽毛幾乎一樣快。

生2：如果沒有空氣阻力的影響，輕的物體和重的物體下落的一樣快。

師：經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，你認(rèn)為影響物體下落快慢的因素是什么？結(jié)論與你的猜想一致嗎？

師：經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，同學(xué)們之前的猜想不正確。

正確結(jié)論：（板書一）如果沒有空氣的阻力，所有物體下落的快慢都一樣。

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生領(lǐng)會物理學(xué)研究中常用的分析問題時抓住主要矛盾、忽略次要矛盾的思想方法，使問題簡單化;讓學(xué)生在自己總結(jié)、概括得出自由落體運(yùn)動的概念的過程中，發(fā)展科學(xué)思維水平，感受學(xué)習(xí)收獲帶給他們的喜悅之情，增強(qiáng)對物理學(xué)科的興趣;讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)、觀察、比較、分析與抽象、概括實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過程，完成對自由落體運(yùn)動概念的自主建構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生物理觀念的形成和科學(xué)思維的發(fā)展。

（三）自由落體運(yùn)動的概念

（板書二）：物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動叫自由落體運(yùn)動。

如果空氣阻力作用比較小可以忽略，物體的下落可以近似看做自由落體運(yùn)動。

【學(xué)生活動】

活動六：讓學(xué)生做筆記，進(jìn)一步加深對自由落體運(yùn)動的概念的理解。

【設(shè)計意圖】留一定時間讓學(xué)生對重要的物理規(guī)律的得出過程進(jìn)行梳理和感悟，實(shí)現(xiàn)對知識的理解。促進(jìn)物理觀念的形成。

（四）由上面的實(shí)驗(yàn)知自由落體運(yùn)動是加速運(yùn)動。它下落過程中加速度是否變化？有什么樣的運(yùn)動規(guī)律？自由落體是不是我們熟悉的勻加速直線運(yùn)動呢？

師：下面同學(xué)們分組用打點(diǎn)計時器和不同質(zhì)量的物體測量重物下落的加速度。

【學(xué)生活動】

活動七：

生分組實(shí)驗(yàn)：了解實(shí)驗(yàn)器材、熟悉實(shí)驗(yàn)步驟、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)。最后利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)算出重力加速度的大小。

教師利用西沃教學(xué)助手將各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)投屏共享，讓學(xué)生討論、對比各組數(shù)據(jù)。通過分析發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移增量是個定值，所以我們可以確定它是勻變速直線運(yùn)動。

【設(shè)計意圖】利用現(xiàn)代信息化的教學(xué)資源給學(xué)生搭建了組與組間的對比、交流和結(jié)果分享，發(fā)揮了分組又合作的作用。

教師總結(jié)：（板書3）對不同物體進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在同一地點(diǎn)，一切物體自由下落的加速度都相同，這個加速度叫重力加速度。通常用g表示，方向豎直向下。

師：請同學(xué)們總結(jié)出自由落體運(yùn)動的規(guī)律。

生：自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動（板書4）

師：請同學(xué)們推導(dǎo)自由落體運(yùn)動的速度、位移與時間的關(guān)系式。

學(xué)生1：v=gt? ? ?學(xué)生2：x= 1/2gt 2

（五）請同學(xué)們閱讀教材47頁第三自然段和表格內(nèi)容——“一些地點(diǎn)的重力加速度的數(shù)值”。思考旁批中提出的問題：你從表中發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律，你能嘗試解釋（猜想）這個規(guī)律嗎？

【學(xué)生活動】

活動八：學(xué)生閱讀教材47頁第三自然段和“表”內(nèi)內(nèi)容及48頁的“旁批”，觀察、對比、找規(guī)律。

教師小結(jié)：在地球表面不同的地方g的大小一般是不同的，在一般的計算中g(shù)取9.8m/s2或10 m/s2， 重力加速度與所處位置的維度和離地面的高度有關(guān)。

【設(shè)計意圖】引導(dǎo)學(xué)生從習(xí)以為常的事物中發(fā)現(xiàn)問題并嘗試解釋，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識和習(xí)慣;讓學(xué)生通過對“旁批”內(nèi)容的閱讀，促進(jìn)物質(zhì)觀念和運(yùn)動觀念的形成。

（六）現(xiàn)在交警部門對酒駕醉駕的懲罰非常嚴(yán)厲，《刑法修正案》和《道路交通安全法》都對酒駕醉駕有明確的嚴(yán)厲的處罰規(guī)定。

師：為什么喝酒后不能開車？學(xué)生回答：因?yàn)楹染坪蠓磻?yīng)變慢。請同學(xué)們小組討論，如何應(yīng)用今天所學(xué)內(nèi)容自制一把“反應(yīng)尺”。

【設(shè)計意圖】通過“學(xué)以致用”培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力;培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度;教育學(xué)生遵紀(jì)守法，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。

三、布置作業(yè)

1.完成課后的“練習(xí)與應(yīng)用”;

2.課后閱讀課本48頁的“科學(xué)漫步”：伽利略對自由落體運(yùn)動的研究。

3.課后每人自制“反應(yīng)尺”測量家人喝酒前后的反應(yīng)時間。用數(shù)據(jù)說明為什么不要酒后開車，并以此為研究課題，每人完成一篇小論文。

【案例點(diǎn)評】

在目前我國的育人目標(biāo)指向核心素養(yǎng)的大背景下，學(xué)科教學(xué)的關(guān)鍵在于落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)?？梢姡兏锝虒W(xué)模式、培育學(xué)生的物理核心素養(yǎng)就顯得尤其重要。本節(jié)課通過巧妙設(shè)問，激活學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力;通過設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng);通過“自由落體運(yùn)動”物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生正確認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，形成實(shí)事求是，敢于質(zhì)疑、不迷信權(quán)威的科學(xué)態(tài)度。在本節(jié)課的教學(xué)教學(xué)設(shè)計上，教師注重了問題情境的創(chuàng)設(shè)，注重了師生的交流互動，注重了學(xué)習(xí)方式的多樣化。整節(jié)課采用“提出問題——引導(dǎo)思維——合作探究——自主構(gòu)建——鞏固深化”展開。學(xué)生參與積極，學(xué)習(xí)熱情高，較好的達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)了學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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[3]王菊香.從教材意圖領(lǐng)悟新課程理念[J] 物理教學(xué)，2015（6）：21～23

[4]朱寧寧.核心素養(yǎng)理念下培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)研究[J]. 中學(xué)物理，2017（12）：37～3

基金項(xiàng)目：甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度重點(diǎn)課題“基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育的人教版高中物理新舊教材對比研究”（課題立項(xiàng)號：GS[2019]GHBZ105）。

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