核心素養(yǎng)下的高中物理課堂教學(xué)探索

【摘要】基于普通高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)，以2019人教版高中物理選擇性必修一第一章“動(dòng)量守恒定律”中的第二節(jié)“動(dòng)量定理”為例，通過(guò)展示課堂教學(xué)理念和教學(xué)設(shè)計(jì)有關(guān)的探索，讓學(xué)生在掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。

【關(guān)鍵詞】學(xué)科核心素養(yǎng)；物理觀念；科學(xué)思維；科學(xué)探究；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

【中圖分類號(hào)】G633.7 " 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2025）04-0052-03

學(xué)科育人價(jià)值集中體現(xiàn)在學(xué)科核心素養(yǎng)上，它是學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。對(duì)于物理學(xué)科而言，其核心素養(yǎng)主要涵蓋物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這四個(gè)方面?！皠?dòng)量定理”這節(jié)課，在整個(gè)高中物理階段，是非常重要的一節(jié)內(nèi)容，本節(jié)課從力對(duì)時(shí)間的累積效果，提出了沖量的概念，又從沖量與動(dòng)量變化量的關(guān)系，得出動(dòng)量定理，從動(dòng)量的角度揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。通過(guò)本節(jié)課的教學(xué)，有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。針對(duì)本節(jié)課，本人從課堂教學(xué)上做了以下的探索。

一、結(jié)合新課程理念，緊扣課程標(biāo)準(zhǔn)制定教學(xué)目標(biāo)，注重學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的提升

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）中明確指出：高中物理課程隸屬于普通高中自然科學(xué)領(lǐng)域，是一門極為重要的基礎(chǔ)課程。其根本目標(biāo)在于切實(shí)落實(shí)立德樹(shù)人這一根本任務(wù)，通過(guò)課程學(xué)習(xí)，進(jìn)一步全方位提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)[1]。

本節(jié)課《新課標(biāo)》中是這樣要求的：（1）能在恒力情況下進(jìn)行理論推導(dǎo)，得出動(dòng)量定理及其表達(dá)式；（2）知道沖量概念，知道動(dòng)量定理及其表達(dá)式的物理意義；（3）知道動(dòng)量定理適用于變力情況，領(lǐng)會(huì)求解變力沖量時(shí)的極限思想；（4）會(huì)用動(dòng)量定理解釋生活生產(chǎn)中的相關(guān)現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題。

本人在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合《新課標(biāo)》，創(chuàng)新使用教材，關(guān)注學(xué)生的核心素養(yǎng)，制定了具體教學(xué)目標(biāo)。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.物理觀念

（1）讓學(xué)生在裝有沙子的礦泉水瓶下面抽出紙條或布條，分析物體動(dòng)量的改變與力和時(shí)間的關(guān)系；（2）知道沖量的概念，知道沖量的物理意義，會(huì)求合外力的沖量；（3）知道動(dòng)量定理的內(nèi)容，深刻領(lǐng)悟沖量是改變物體動(dòng)量變化的原因。

2.科學(xué)思維

（1）在理論推導(dǎo)恒力、多力、變力等情況下以及動(dòng)量變化量與力和時(shí)間的定量關(guān)系的過(guò)程中，讓學(xué)生進(jìn)一步經(jīng)歷構(gòu)建模型、科學(xué)推理、科學(xué)論證的環(huán)節(jié)；（2）利用微元的思想分析F-t圖像面積的含義，體會(huì)物理中的科學(xué)方法和類比思想。

3.科學(xué)探究

（1）在得出動(dòng)量定理的過(guò)程中，讓學(xué)生經(jīng)歷提出問(wèn)題、收集證據(jù)、理論解釋、小組交流等科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)；（2）通過(guò)DIS裝置演示變力作用下的碰撞，收集信息，獲取證據(jù)，分析論證，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

（1）用動(dòng)量定理去解釋生活中的緩沖現(xiàn)象；（2）通過(guò)分析高空墜物來(lái)提高安全意識(shí)與社會(huì)責(zé)任。

在設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)時(shí)創(chuàng)新使用教材，讓學(xué)生獲得知識(shí)的同時(shí)，又引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)探究的過(guò)程，并讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)探究的方法。教學(xué)目標(biāo)是教育教學(xué)活動(dòng)的核心，是衡量教學(xué)效果的重要指標(biāo)，同時(shí)也是逐步提升學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，教師可以結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)、參考用書等，并創(chuàng)新使用教材，制定教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，調(diào)整教學(xué)目標(biāo)的內(nèi)容和難度。

二、課堂游戲引入，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性

挑戰(zhàn)游戲一：摔雞蛋

挑戰(zhàn)規(guī)則：用力向展開(kāi)的布上摔雞蛋，摔碎雞蛋即挑戰(zhàn)成功

挑戰(zhàn)游戲二：?jiǎn)问峙u

挑戰(zhàn)規(guī)則：一只手按著磚的一半，用另一只手去劈磚的另一半，劈開(kāi)即挑戰(zhàn)成功

提出問(wèn)題：回想剛才激動(dòng)人心的時(shí)刻，摔雞蛋和劈磚都出現(xiàn)了碰撞，同樣是撞擊，為什么薄薄的蛋殼沒(méi)有碎，而堅(jiān)硬的青磚卻被劈開(kāi)了呢？

摔雞蛋和單手劈磚，這兩個(gè)挑戰(zhàn)游戲生活中很常見(jiàn)。但是，學(xué)生卻無(wú)法解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在體驗(yàn)之后引發(fā)學(xué)生認(rèn)知的沖突，自然生成問(wèn)題，從而進(jìn)入新課的教學(xué)，這一設(shè)計(jì)也符合高二學(xué)生好奇心強(qiáng)、活潑好動(dòng)的特點(diǎn)。

三、層層設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程

科學(xué)探究是指基于觀察實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題，形成猜測(cè)和假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋。在本節(jié)課中，本人先設(shè)計(jì)了手拉紙條帶動(dòng)瓶子運(yùn)動(dòng)的具體實(shí)驗(yàn)情境。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題，并形成合理的猜測(cè)與假設(shè)。具體如下。

提出問(wèn)題：動(dòng)量變化量的影響因素有哪些呢？它們之間又有什么樣的關(guān)系呢？

實(shí)驗(yàn)探究一：影響動(dòng)量變化的因素

利用分組實(shí)驗(yàn)把紙片或布條從礦泉水瓶下面抽出（必須抽出來(lái)）。在抽出的過(guò)程中比一比，看誰(shuí)能讓瓶子走得更遠(yuǎn)，并由此猜測(cè)影響動(dòng)量變化的因素。通過(guò)小組交流，搜集證據(jù)形成合理猜測(cè)：動(dòng)量的變化量與力和時(shí)間都有關(guān)系，力越大，時(shí)間越長(zhǎng)，動(dòng)量變化量越大。該設(shè)計(jì)貼近學(xué)生的生活，取材方便，有趣味性，寓教于樂(lè)。

自然生成問(wèn)題：同學(xué)們能否利用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)一步探究動(dòng)量變化量與力和時(shí)間存在什么樣的定量關(guān)系呢？進(jìn)而過(guò)渡到理論探究一環(huán)節(jié)。

理論探究一：在光滑水平面上的質(zhì)量為m 的物體在水平恒力F 的作用下，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，速度由？淄 變?yōu)?？淄′。試推?dǎo)恒力F與物體動(dòng)量變化量之間的關(guān)系。

結(jié)論：物體在運(yùn)動(dòng)方向上只受力F時(shí)，存在F？駐t=？駐ｐ即F與？駐t的乘積等于動(dòng)量的變化量。

理論探究二：假設(shè)在水平恒力 F 和阻力f 的共同作用下，經(jīng)過(guò)時(shí)間 t，質(zhì)量為m的物體的速度由？淄1 變?yōu)?？?，試找出力、時(shí)間與動(dòng)量變化量的關(guān)系。

結(jié)論：物體受多個(gè)力時(shí)，合力與？駐t的乘積等于動(dòng)量的變化量（F-f）？駐t=？駐ｐ

理論探究三：在變力作用的情況下，力與時(shí)間的乘積還等于動(dòng)量的變化量嗎？

我們可以把實(shí)際過(guò)程細(xì)分為很多時(shí)間間隔相等的短暫過(guò)程，每個(gè)短暫過(guò)程仍可近似看做恒力作用，前面推導(dǎo)的結(jié)論F？駐t=m？淄′-m？淄仍成立。

對(duì)第一小段：F1？駐t1=m？淄1-m？淄0

對(duì)第二小段：F2？駐t2=m？淄2-m？淄1

以此類推：Fn？駐tn=m？淄n-m？淄n-1

F1？駐t1+F2？駐t2+F3？駐t3+…+Fn？駐tn=？駐ｐ

結(jié)論：在變力作用的情況下，動(dòng)量的變化量仍然和力與時(shí)間的乘積存在定量的關(guān)系。

對(duì)于動(dòng)量定理的推導(dǎo)，雖然是理論探究，但也讓學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)探究的過(guò)程。先引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論探究一：在光滑的水平面上用恒力F拉物體，請(qǐng)同學(xué)們推導(dǎo)一下，在這個(gè)過(guò)程中，恒力F以及？駐t和動(dòng)量的變化量？駐ｐ之間的定量關(guān)系。得出恒力作用：F？駐t=？駐ｐ。又進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：這個(gè)結(jié)論具有普遍性嗎？剛才物體在運(yùn)動(dòng)的直線上，只受了一個(gè)力，如果受多個(gè)力，比如除了向前的動(dòng)力F外，還有向后的摩擦阻力f，這個(gè)時(shí)候，物體的受力和時(shí)間、動(dòng)量變化量之間還有上面的定量關(guān)系嗎？請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)一步推導(dǎo)得出，多力恒力：（F-？覼）？駐t=？駐ｐ。接下來(lái)引導(dǎo)學(xué)生形成猜測(cè)：會(huì)不會(huì)是合力與時(shí)間的乘積等于動(dòng)量變化量呢？如果是，當(dāng)合力為變力時(shí)，這一結(jié)論還成立嗎？自然過(guò)渡到變力作用的推導(dǎo)。

當(dāng)推導(dǎo)出動(dòng)量定理后，在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，通過(guò)提供器材，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獲取數(shù)據(jù)信息?；谧C據(jù)得出結(jié)論，當(dāng)出現(xiàn)誤差時(shí)讓學(xué)生做出解釋，都很好地體現(xiàn)了科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)。

四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：動(dòng)量變化量與力和時(shí)間的定量關(guān)系

提出問(wèn)題：物理上任何一個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都要經(jīng)得起實(shí)踐的檢驗(yàn)，動(dòng)量定理能夠經(jīng)得起實(shí)踐的檢驗(yàn)嗎？

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一：恒力作用下的動(dòng)量定理

利用桌上提供的實(shí)驗(yàn)器材（打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重錘、刻度尺、電子秤、鐵架臺(tái)），大家討論實(shí)驗(yàn)方案，連接裝置，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，" "小組交流展示。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證二：變力作用下的動(dòng)量定理

介紹DIS（數(shù)字化信息系統(tǒng)）并演示變力作用下的碰撞實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證動(dòng)量定理。通過(guò)教師設(shè)計(jì)問(wèn)題的情境，讓學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生形成猜測(cè)和假設(shè)，再通過(guò)師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和制定方案的過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)探究中有意識(shí)獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，通過(guò)一系列活動(dòng)提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)。在應(yīng)用環(huán)節(jié)，為了讓學(xué)生關(guān)注社會(huì)生活，把教材章末復(fù)習(xí)與提高中的B組第3題創(chuàng)造性地改為課堂練習(xí)，引發(fā)思考。

【探究】假設(shè)一個(gè)質(zhì)量為50 g的雞蛋從18樓的窗戶掉落，每樓層的高度差為3 m，當(dāng)雞蛋與地面撞擊時(shí)，雞蛋處于豎直位置，高度為5 cm，雞蛋下沿落地后，可以認(rèn)為雞蛋上沿是勻減速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到地面時(shí)恰好靜止，把雞蛋的上、下沿落地的時(shí)間差作為雞蛋與地面的撞擊時(shí)間，不考慮空氣阻力，試估算從18樓下落的雞蛋對(duì)地面的平均沖擊力。在檢驗(yàn)高空墜物雞蛋的破壞性時(shí)，又結(jié)合理論探究進(jìn)行了分析，讓學(xué)生基本明白，科學(xué)探究不一定都是實(shí)驗(yàn)探究，也可以是理論探究，而且兩者都同等重要。

五、結(jié)語(yǔ)

本節(jié)課結(jié)合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，老師精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，通過(guò)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，既培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力，又加深了對(duì)規(guī)律的理解。在引導(dǎo)學(xué)生探究動(dòng)量變化量的影響因素及其定量關(guān)系時(shí)，通過(guò)探究過(guò)程，讓學(xué)生經(jīng)歷提出問(wèn)題、收集證據(jù)、理論解釋、小組交流等科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)，發(fā)展了學(xué)生的模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證能力；通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，讓學(xué)生形成科學(xué)的態(tài)度；通過(guò)解釋現(xiàn)象，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，在提升學(xué)生的核心素養(yǎng)方面有較大突破。也希望通過(guò)本節(jié)課的教學(xué)探索，為我們?cè)谡n堂教學(xué)中打開(kāi)新的思路，更多關(guān)注并提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2020.