基于物理核心素养的教学设计分析——以“平抛运动”教学为例

(南京师范大学教师教育学院，江苏 南京 210097)

1 引言

物理核心素养是指学生在接受物理教育的过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。基于课程价值的追求，在物理教学中应以核心素养为导向，给学生留下对他们终身发展最有价值的东西。越来越多的物理教育工作者接受和推崇该理念，并在自己的教学实践中不断尝试。笔者以某中学物理教师的“平抛运动”教学为例，分析该教学实施中是如何体现物理核心素养培养要求的，并指出其中需改进之处。

2 基于物理核心素养的教学分析

教学片段一：新课导入

教师播放PPT，呈现三幅图片。

师：关于汽车飞起越过湍急河流的图片，这辆车到达最高点之后落到对岸的运动是什么运动？关于滑雪运动员飞跃的图片，滑雪运动员从山坡顶端水平飞出后做什么运动？关于飞机投弹的图片，水平飞行的飞机投出炸弹，炸弹做什么运动？这几个运动有何共同特点？

生：都是做曲线运动，都有初速度。

师：初速度有什么特点？

生：水平向前。

师：大家发现这些运动的轨迹为曲线、初速度水平向前，还可从其他角度发现什么特点吗?从受力角度会发现什么特点呢？

生：只受重力。

师：只受重力吗？没有空气阻力？

生：空气阻力可以忽略。

师：通常这样的运动不计空气阻力。关于这3个运动，在空气阻力不计的情况下，它们都属于平抛运动。

上述新课导入，教师利用三幅图片展现真实场景中物体的运动，生动形象，丰富了学生的直观印象，调动了学生的感性思维。通过一步步设问，让学生明白这类运动都是平抛运动，从核心素养的“物理观念”角度，学生逐渐形成对平抛运动的认识，并了解了生活现象中包含平抛运动，能描述自然界中的此类图景；从“科学思维”角度，学生对平抛运动的模型形成初步的建构；从“科学态度与责任”角度，该新课导入激发了学生去学习和研究物理的好奇心与求知欲，在小组讨论中能主动与他人合作，基于头脑中已有的认知和教师引导表达自己的观点，不知不觉中渗透了科学·技术·社会·环境(STSE)的教育，使学生意识到原来生活场景中处处隐含物理知识。教师不仅要教会学生解决“模型化”问题，更要启发学生思维，解决与生活相关的问题，为后续学习与发展奠定基础。此外，学生在回答“只受重力”时，教师适当提醒空气阻力可忽略，保护了学生的自尊心，让学生感觉亲切，即使回答错误或不全面也并不可怕。

同时，该段引入也存在一些不足之处。譬如，利用汽车越过湍急河流的图片，虽然从学生的现场反应来看，该图片惊险刺激，充分调动了学生的视觉感官，吸引学生的注意力，但之后教师的设问：“这辆车到达最高点之后落到对岸的过程中是什么运动？”教师的意图是希望学生体会此处“最高点”的含义：有水平向前的初速度，竖直方向上初速度为0，且只在重力作用下运动，但实际上对于这个问题学生很难联系到平抛运动，学生可能单凭经验觉得它是一曲线运动，所以在此处，教师不妨设置一悬念，让学生思考“最高点”的含义。再如:学生从运动轨迹和速度两方面回答了“运动的共同特点”后，教师追问：还可以从哪些角度分析？学生无回应，此时教师便直接提示学生从力的角度去思考。笔者认为，在提问时，教师可以做一些适当的铺垫，如回顾之前学过的某种运动，当时是从速度、位移、受力等角度去分析，然后再让学生回答这问题，学生便会想到要从哪些角度去回答，从而避免冷场。

教学片段二：平抛运动的定性探究

师：下面来看一个对比实验(如图1)，上面斜槽的末端切线水平，小球从一定高度释放，飞出后做平抛运动；下面斜槽的末端接一水平轨道，小球落下后，在水平方向做匀速直线运动。现在要对比两者的运动情况，那么前提是什么？

图1

生：从斜槽上滑下的高度相同。

师：确保高度相同是为什么？

生：保证从斜槽上落下时速度相同。

老师接通电源，电磁铁吸附小球。

师：现在把电源切断，电磁铁磁性没了，两小球同时落下，如果它们水平方向的运动是一样的，会怎样？

生:相碰。

老师演示，两小球确实相碰。

物理实验是培养学生物理学科核心素养的有效途径，在上述教学片段中，教师利用对比实验，使学生对平抛运动在水平方向上做匀速直线运动的观念有了更直观的理解。学生具有建构模型的意识，会把平抛运动进行分解，能够推理预测并解释接下来发生的两球相撞现象。对于教师提出的“两小球同时落下，如果它们水平方向的运动是一样的，会怎样？”虽然学生没有亲自操作，但依据教师所做的实验，获取证据，具有合作与交流的意愿。此外，对于小球落下相撞过程过于短促，学生不便于观看的问题，可引导学生提出改进措施，这也是对学生反思能力的培养。

教学片段三：分析小球运动的频闪照片

学生通过小组讨论，得出结论：小球在水平方向做匀速直线运动、竖直方向做自由落体运动，教师用PPT呈现小球运动的频闪照片。

师：怎样利用这张图片证明小球在水平方向上是匀速运动？

生：过小球作垂直于X轴的直线，如果在水平方向间距相同，就说明小球在水平方向做匀速直线运动。

师：如何证明竖直方向是自由落体呢？

生：过小球作垂直于Y轴的直线，算出位移差Δs。

师：运用的是哪个公式？

生：在匀加速直线运动中，相邻相同时间内位移差相同。

师：相邻相同时间内位移差Δs=gT2,频闪频率为25Hz，则T=0.04s，如此可计算出g。

学生点头，表示赞同。

师:对吗？Δs是在照片上量出来的，它跟实际自由下落的位移差一样吗？

生：不一样。

师：所以用上述方法能不能算出重力加速度？

生：不能。

师：在理论上是可以的，但在现有情况下，我们不知道自由落体下落的距离与照片中距离的比例关系，所以没法计算。

在上述片段中教师简单说明了用频闪照片记录小球的平抛运动，引导学生利用频闪照片来分析小球在水平和竖直方向上的运动，学生积极思考，从定性和定量两个方面进行探究，找出运动规律。学生想到：过小球作垂直于X轴的直线，若间距相同能说明水平方向为匀速直线运动，这是基于先前所学的知识，合理进行知识迁移，体现了“物理观念”的培养要求。在此过程中，教师先后在黑板上写“理论分析”—“科学探究”，这其实是在培养学生的科学意识。

3 结语

这节课的教学践行了培养学生物理核心素养的理念，在整个过程中教师起引导作用，启发学生思考，通过手脑并用，丰富学生的物理观念、促进科学思维的形成。同时通过定性和半定量的实验探究，让学生经历科学探究过程，学习科学方法。用多种手段激发学生的兴趣，培养学生的科学态度与责任。