基于核心素養(yǎng)的教材二次開發(fā)——以“飛機為什么能上天”為例

彭軍凱

（北京市海淀區(qū)教師進修學(xué)校附屬實驗學(xué)校，北京 100142）

“飛機為什么能上天”是北師大版8年級下冊內(nèi)容，主要介紹流體流動情況下的壓強特點，此前內(nèi)容是液體和氣體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的壓強，學(xué)生習(xí)慣靜態(tài)分析，以形象思維為主，因此對學(xué)生而言難度較大.通過適合的教學(xué)設(shè)計從階梯化、趣味化、實驗化、生活化4個維度對教材進行“二次開發(fā)”，讓學(xué)生能夠更加形象、直觀地學(xué)習(xí)，培養(yǎng)核心素養(yǎng).

1 教學(xué)設(shè)計中階梯化策略引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識

1.1 教材分析

循序漸進是物理教學(xué)必須遵循的原則，只有讓教學(xué)內(nèi)容處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，才能取得好的教學(xué)效果，設(shè)計階梯化的教學(xué)內(nèi)容便是很好的方式.教材開始直接介紹流體，然后讓學(xué)生觀察兩個實驗總結(jié)出流體壓強與流速的關(guān)系，然后解釋球類的弧線運動，最后分析飛機為什么能上天.這樣的編排雖然直接明了、突出重點，但只有觀察實驗很難幫助學(xué)生形成從靜態(tài)到動態(tài)的思維轉(zhuǎn)變，很難形成正確的感性認識，并且球類的弧線運動比較復(fù)雜，飛機為什么能上天與學(xué)生實際生活較遠，對學(xué)生而言都比較抽象，難以理解，再應(yīng)用規(guī)律解釋這些現(xiàn)象就更難了，因此需要給學(xué)生逐級搭建臺階，使教學(xué)內(nèi)容處于學(xué)生最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)物理知識.

1.2 教材二次開發(fā)與教學(xué)設(shè)計

如何使教學(xué)內(nèi)容階梯化呢？可以在課堂開始用趣味實驗引入，建立演示實驗與飛機上天的聯(lián)系，再進行設(shè)疑，把學(xué)生帶入真實情景，讓學(xué)生覺得物理有趣，搭建第1個臺階；之后順理成章引導(dǎo)學(xué)生探索實驗現(xiàn)象后面的物理規(guī)律，于是學(xué)生分組合作探究流體壓強與流速的關(guān)系，得出規(guī)律，讓學(xué)生在動手體驗探究中，覺得物理好玩，搭建第2個臺階；然后視頻展示生活中雨傘被吹翻、凸起的屋頂被風(fēng)刮飛、窗簾向外飄等真實情景，學(xué)生分別解釋原因，再次建構(gòu)流體壓強與流速的關(guān)系，學(xué)生感覺物理有用，搭建第3個臺階；接著分析課堂開始趣味現(xiàn)象發(fā)生的原因，再分析“飛機為什么能上天”，學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理能解釋這么高深的科技，覺得物理很強，搭建第4個臺階；最后用所學(xué)規(guī)律解決生活中的問題，學(xué)生覺得物理好用.

整個教學(xué)過程，一步一個臺階，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深，學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理有趣、物理好玩、物理有用、物理很強、物理好用，逐步自主建構(gòu)物理規(guī)律，并試著用物理規(guī)律解決生活中的物理問題，思維層次從理解、到應(yīng)用、到分析、到創(chuàng)造，利于培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力.

2 教學(xué)設(shè)計中趣味化策略激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

2.1 教材分析

教材開始直接介紹流體，對學(xué)生而言顯得枯燥，無法有效吸引學(xué)生注意力，不利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性.美國著名心里學(xué)家布魯納指出：對所學(xué)知識有濃厚的興趣是學(xué)習(xí)的最好動機，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，對自己感興趣的一切事物、現(xiàn)象總是主動、積極地去認識和探究.［1］因此可以自制乒乓球手槍，用趣味實驗引入課題.

2.2 教材二次開發(fā)與教學(xué)設(shè)計

自制乒乓球手槍（如圖1），把兩個礦泉水瓶用塑料膠槍焊接在一起，再在兩瓶焊接處開一合適孔與塑料管焊接垂直相通，讓乒乓球能順利從塑料管進入礦泉水瓶中，最后在塑料管底部裝上橡皮筋用以擋住裝填進的乒乓球.上課開始時，教師演示實驗，在鼓風(fēng)機的作用下，6個乒乓球依次從塑料管中升起之后，進入礦泉水瓶，像子彈一樣被打出（如圖2），學(xué)生非常驚奇，此時引導(dǎo)學(xué)生觀察并提問：“乒乓球為什么能從塑料管中升起來？”“要回答這個問題，先學(xué)習(xí) “飛機為什么能上天”，從而引入課題.

圖1 自制乒乓球手槍填滿乒乓球子彈，塑料管底部用橡皮筋擋住乒乓球

圖2 在鼓風(fēng)機作用下自制乒乓球手槍打出乒乓球子彈

這樣的設(shè)計創(chuàng)設(shè)了真實的情景，現(xiàn)象明顯直觀，透過塑料管能清楚觀察乒乓球運動狀態(tài)，很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的好奇心，學(xué)生迫切想知道現(xiàn)象背后的原因，便于帶領(lǐng)學(xué)生進一步實驗探究，帶領(lǐng)學(xué)生進入知識的殿堂.

3 教學(xué)設(shè)計中實驗化策略培養(yǎng)學(xué)生探究能力

3.1 教材分析

實驗教學(xué)是物理教學(xué)內(nèi)容的重要組成，是實現(xiàn)物理課程目標(biāo)，全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑.［2］而教材安排如圖3，要求學(xué)生觀察現(xiàn)象并說明道理，這樣的編排缺乏學(xué)生體驗和探究環(huán)節(jié)，學(xué)生被動接受知識，不利于學(xué)生探究能力和思維能力的培養(yǎng)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)；另外甲實驗器材為玻璃制品，易碎，存在安全隱患，只適合教師演示，不適合學(xué)生實驗，且細玻璃管中液柱高度的可視性不好.因此增加學(xué)生實驗，把教學(xué)內(nèi)容實驗化就顯得非常必要.

圖3 教材中學(xué)生觀察與思考內(nèi)容

3.2 教材二次開發(fā)與教學(xué)設(shè)計

因此增加實驗環(huán)節(jié)，自制水槍，如圖4所示，其由4個不同橫截面積的注射器針筒用膠槍焊接而成，并且分別在前端的3個注射器針筒上在豎直面內(nèi)向上鉆3個小孔，用3個相同圓珠筆芯頭分別插入小孔作為出水口，并使3個圓珠筆芯頭出水口在同一水平高度.水槍注滿紅色水后，推動活塞，可發(fā)現(xiàn)從粗細不同的注射器針筒分別射出由高到低的3段水柱.

圖4 自制水槍向上射出高度各不同的3段水柱

自制水槍為塑料制品，克服了易碎的缺點，且輕便易攜帶，用水量較小，便于學(xué)生操作，現(xiàn)象明顯.自制水槍把學(xué)生對兒時“玩具”的好奇和探索熱情很好的激發(fā)出來，學(xué)生積極探究，對實驗現(xiàn)象非常好奇，他們認為橫截面積最小的針筒射出的水柱最高，但事實卻相反，因此他們認真觀察，進行思考分析，交流現(xiàn)象背后的真正原因.學(xué)生認為：之所以會產(chǎn)生不同高度的水柱，是因為注射針筒的橫截面積不同.而在液體流量一定的情況下，針筒橫截面積的不同會導(dǎo)致液體的流速不同，就像同一條河流中河面比較寬廣的地方水的流速小，河面比較狹窄的地方水流流速很大，所以橫截面積比較大的針筒中液體流速比較小，橫截面積比較小的針筒中液體流速比較大.而液體流速不同導(dǎo)致了液體產(chǎn)生的壓強不同，最后液體產(chǎn)生的壓強不同導(dǎo)致液體射出的高度不同.學(xué)生從而總結(jié)得出“流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大”的結(jié)論.學(xué)生在自主探究過程中既體會到了物理學(xué)習(xí)的樂趣；又自主建構(gòu)物理規(guī)律，培養(yǎng)了思維能力和探究能力；還增強了創(chuàng)新意識，培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度.

4 教學(xué)設(shè)計中生活化策略增強學(xué)生責(zé)任感

4.1 教材分析

教材中水翼船的應(yīng)用展現(xiàn)了現(xiàn)代科技的力量，但離學(xué)生生活實際較遠，因此有必要增加與學(xué)生生活緊密聯(lián)系的實際應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生把物理知識應(yīng)用于社會的意識，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，增強社會責(zé)任感.于是可從生活中比較常見的H型過街通道著手，讓學(xué)生設(shè)計自然通風(fēng)裝置模擬實驗，以增強學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性與主動性，體現(xiàn)從物理走向社會.

4.2 教材二次開發(fā)與教學(xué)設(shè)計

北京隨處可見H型過街通道，但中間過道缺乏通風(fēng)系統(tǒng)，如何讓中間過道自然通風(fēng)，并且能綠色環(huán)保呢？讓學(xué)生在課堂上設(shè)計方案解決此問題.學(xué)生想到了設(shè)計如圖5所示的自然通風(fēng)裝置，在右側(cè)通道設(shè)置凸面墻（兩側(cè)均可）.

圖5 過街通道自然通風(fēng)裝置

那么如何檢驗學(xué)生的猜想和設(shè)計呢？通過模擬實驗來驗證.

用3個相同的紙盒制成一個H型模擬過街通道，在過道墻壁上增設(shè)透明薄膜觀察窗并密封，再在過道中間位置架設(shè)粉色輕紙帶，透過觀察窗可觀察紙帶的飄動方向.并且可通過紙帶飄動情況判斷風(fēng)向.若紙帶左側(cè)下垂，右側(cè)向上飄起，表明過道中形成了向右的風(fēng)，從而形成自然通風(fēng)；若紙帶右側(cè)下垂，左側(cè)向上飄起，表明過道中形成了向左的風(fēng)，從而形成自然通風(fēng)；若紙帶向兩側(cè)下垂的幅度基本一致，表明過道中沒有形成自然風(fēng).

當(dāng)通道中沒有增設(shè)凸面墻，兩個相同的鼓風(fēng)機同時工作模擬自然風(fēng)時，中間的紙帶向兩側(cè)下垂的幅度基本一致，如圖6所示，表明沒有形成吹向一側(cè)的風(fēng).當(dāng)在右側(cè)通道增設(shè)凸面墻時，過道中間的紙帶左側(cè)下垂，右側(cè)向上飄起，表明中間過道自然形成向右側(cè)的風(fēng)，如圖7所示.這是由于右側(cè)通道增設(shè)凸面墻后，右側(cè)通道空氣流速變大，從而使得右側(cè)壓強減小，從而實現(xiàn)向右吹的自然風(fēng)，所以紙帶向右飄起.

圖6 過街通道自然通風(fēng)裝置

圖7 過街通道自然通風(fēng)裝置

此實驗源于生活，創(chuàng)設(shè)了真實的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的物理問題，很好地啟發(fā)了學(xué)生把所學(xué)物理知識運用于生活實際，并解決實際問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和社會責(zé)任感.體現(xiàn)從物理走向社會，讓學(xué)生體會把知識轉(zhuǎn)化成技術(shù)的力量，利于學(xué)生形成物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感.同時此實驗取材簡單，易制作，可探究性很強，凸墻的形狀、通風(fēng)口的形狀，都對通風(fēng)能力有較大影響，還可引導(dǎo)學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí)，利于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng).