基于物理核心素养的教学设计

丁玉玲 赵振宇

摘 要：本文将以核心素养为目标，培养学生的求真物理观念、求新科学思维、求变科学探究、求异科学态度与责任，结合笔者参加的第十一届全国物理教学技能大赛，以“牛顿第一定律”这一课题为例，对其教学过程进行具体的分析和研究.

关键词：核心素养;牛顿第一定律;教学设计

文章编号：1008-4134（2019）18-0059中图分类号：G633.7文献标识码：B

《普通高中物理课程标准（2017版）》中指出物理学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过物理学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力.物理核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面.所以在新教育的改革下，物理教育的过程更加注重对学生核心素养的培养.由于牛顿相关运动定律在整个初高中物理教育中都扮演着非常重要的角色，而牛顿第一定律作为其所有定律的基石，学生能够正确掌握这一知识并将其正确运用在生活中更是起到了举足轻重的作用.笔者以2019年参加“基于师范专业认证的物理学科育人论坛暨第十一届格致杯物理师范生教学技能展示大赛”，参赛课题是“牛顿第一定律”，下面谈谈笔者的教学设计和参赛体会.

1 教学背景分析

1.1 教材分析

本节课选自人教版高中物理必修一第四章第一节“牛顿第一定律”，它是联系前三章力学与运動学的纽带，是动力学的核心内容，同时也为后续牛顿运动定律的学习打下了坚实的基础.所以起到了承上启下的作用.

1.2 学情分析

学生已经在初中阶段对于牛顿第一定律和惯性有了初步的了解，此阶段的学生具有一定的分析概括和归纳总结的能力.高一的学生思维比较活跃、好奇心比较强，对于物理实验现象具有浓厚的兴趣、并具有探究其本质的愿望.但是其抽象思维能力还有待提高，对于气体具有惯性的理解还不到位，对于理想斜面实验的推理过程会存在一定的认知困难.

2 重难点分析

由于牛顿第一定律的学习为后续牛顿第二定律和牛顿第三定律的学习起到了铺垫的作用，所以能够正确理解牛顿第一定律并能够运用它解决生活中的实际问题变得至关重要，由于学生在此之前没有接触过理想斜面实验的方法，就难免对于伽利略的逻辑推理过程存在一定的认知困难，所以将教学重难点确定如下.

2.1 教学重点

（1）在初中物理的基础上进一步理解并领会牛顿第一定律.

（2）掌握伽利略理想斜面实验的科学方法.

（3）理解惯性的含义及主要应用.

2.2 教学难点

（1）对于气体具有惯性的认识.

（2）理解质量是惯性大小的量度.

3 教学目标

教学目标的制定是教学活动的重要组成部分，科学制定教学目标，有助于教师更好地厘清教学思路，优化教学设计，系统组织课堂教学.制定教学目标最首要的标准是对于课程标准的研读，而2017版课程标准对牛顿第一定律的要求是：能够理解和领会牛顿第一定律;能够利用牛顿第一定律解决生活中的实际问题.所以我制定了如下的教学目标.

3.1 物理观念

（1）理解牛顿第一定律的内容.

（2）能够运用牛顿第一定律解释有关现象.

（3）知道质量是物体惯性大小的量度.

3.2 科学思维

（1）从伽利略的理想实验中感受到科学思维与方法的教育.

（2）体会伽利略研究运动和力关系的思想方法.

3.3 科学探究

（1）养成善于利用生活中的物品进行探究性物理实验的习惯.

（2）学会通过科学推理得到结论的方法.

3.4 科学态度与责任

（1）通过历史回顾，增进对自然科学的兴趣.

（2）养成创造性思维的品质和敢于质疑、坚持真理的科学精神.

4 教学过程

4.1 引入新课

师：带领学生感受生活中人推车则车动、不推则车停，和树叶有风飞舞、无风静止的生活情境.如图1所示.

学生活动：回忆初中学习过的亚里士多德延续近两千年的错误观点.即：力是维持物体运动的原因.

师：给出生活中踢足球的实例，引发学生的认知冲突.如图2所示.

学生活动：通过观察足球的运动，意识到当力撤去后物体仍然可能运动.从而得出结论，力不是维持物体运动的原因.

【设计意图】用生活中的情境引导学生回忆初中所接触过的对于“力与运动”之间关系的认识，通过历史回顾建立初中和高中知识的桥梁，从而趁热打铁开始本节课的学习.

4.2 新课讲授

4.2.1 理想斜面实验

活动一：初中斜面实验

通过一张图片引导学生回忆初中所接触过的斜面实验.如图3所示.

【设计意图】通过回忆初中的斜面实验给学生以感性认识，认识到摩擦力对于物体的运动具有影响.

活动二：真实斜面实验

师：利用连通器原理自制斜面实验演示器，从某一高度缓慢释放小球.如图4所示.

学生活动：认真观察小球在运动过程中所能达到的最大高度.并分析其产生原因.

【设计意图】通过真实的斜面实验，学生观察到小球会运动到比原来稍低一点的位置，从而意识到斜面摩擦力对于小球上升高度具有一定的影响.

活动三：理想斜面实验

师：启发学生思考“如果斜面更加光滑，小球的运动会发生什么样的变化呢？”从而自然地过渡到伽利略的理想斜面实验.由于在实际生活中没有摩擦力是无法达到的，通过动画演示的方法，模拟理想斜面实验.如图5所示.

学生活动：通过动画演示验证猜想，得出结论“如果没有摩擦力，小球将会上升到最初释放时的高度.”

师：引导学生经历伽利略的科学思维，不断减小斜面的倾角，观察小球的运动情况.

学生活动：认真观察小球运动情况，并尝试在逻辑推理的基础上得出伽利略的观点.

师：介绍笛卡尔的补充观点，强调运动的方向性.即：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿着一条直線运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向.

学生活动：将三位物理学家的观点深入了解，对力与运动之间的关系有进一步的认识.

【设计意图】以上三个活动的设计以培养学生核心素养中的物理观念为目标.首先通过初中的斜面实验形成感性认识，接下来进行真实的斜面实验，使学生感受到摩擦力对小球上升高度具有一定的影响.最后通过动画演示模拟理想斜面实验，环环相扣、层层递进，从而更加有利于学生掌握理想斜面实验的科学方法.

4.2.2 牛顿第一定律

师：通过牛顿的一句名人名言——如果说我比别人看得远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上，引出牛顿及牛顿第一定律的内容.

学生活动：加深对初中牛顿第一定律的掌握，并对牛顿第一定律和一切物体都具有惯性建立了联系.

活动一：钢珠掉落实验，如图6所示.

师：将小钢珠和木板固定，改变弹簧片的形状，释放弹簧片.

学生活动：观察到木板被高速弹了出去，而小钢珠却掉落在木槽中.

理论分析：小钢珠原来处于静止的状态，当木板被弹出去后，小钢珠由于具有惯性，将会继续保持原来静止不动的状态，而木板已经被弹出，小钢珠在重力的作用下，自然就掉落在木槽中.

活动二：墨水飞溅实验，如图7所示.

师：拉动装有红墨水的杯子，让同学们观察在小车遇到障碍物后，杯子中的红墨水会发生什么样的变化？

学生活动：观察到杯子中的红墨水向前飞溅出来.

理论分析：杯子中的红墨水原来向前运动，当小车遇到障碍物时，杯子会突然停止运动，而红墨水由于具有惯性，想要继续保持原来向前运动的状态，所以就会飞溅出来.

活动三：空气打杯实验，如图8所示.

师：改变自制空气炮中橡皮膜的形状，用力逐个击打一次性纸杯.

学生活动：观察到一次性纸杯被逐个打落，思考这么巨大的威力是从何而来.

【设计意图】此环节的设计以培养学生物理核心素养中的科学探究为目标，以生活化为依托，利用生活中简单易得的物品进行实验，加深学生对一切物体都具有惯性的认识.物理教学的实验愈加注重其生活化，创新生活化教学方式的实施过程、解决学生所遇到的真实问题、提升学生的创新能力和实践能力、整合实践核心素养与创新生活化教学模式的有效路径，已经逐渐成为物理学科比较“时尚”的具体实践模式.

4.2.3 质量是惯性大小的量度

师：给出已经混合的黄豆和鸡精，启发学生思考，如何将二者分离？

学生活动：认真思考教师的问题，并给出自己的想法.

师：通过利用亚克力板自制的分离筛选器，如图9所示.打开吹风机，释放黄豆和鸡精的混合物.

学生活动：会观察到黄豆和鸡精被明显的分布到两个不同的区域.

理论分析：这是利用了质量与惯性有关的知识.黄豆的质量比较大，惯性就比较大，运动状态就不容易发生改变，就被吹到了比较近的位置，而鸡精的质量比较小，惯性就比较小，运动状态就容易发生改变，就会被吹到比较远的位置，二者就成功地实现了分离.

师：类似的经历还有生活中的扬场现象.

学生活动：感受到生活中的物理现象，建立农业应用和物理理论知识的结合.

【设计意图】此环节的设计以培养学生物理核心素养中的科学观念为主要目标，同时对科学态度与责任意识的培养也具有重要的价值.由于初高中课程标准对本部分内容有着不同的要求，能熟练地运用“质量是惯性大小的量度”这一知识在生活中解决实际问题就显得尤为重要.

4.3 应用

师：给出生活中一些与惯性有关的实例，如图10所示，让学生判断其产生的原理.

学生活动：仔细思考各个不同的生活实例中蕴含的知识.

【设计意图】利用生活中的“惯性”巩固所学知识，即向学生传递“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念.在陶行知的生活教育理论中曾指出“生活

即教育”，在这一核心理论中写到：生活教育是生活所原有，生活所自营，生活所必需的教育，教育的根本意义在于生活之变化，生活无时不变，即生活无时不含教育.

5 参赛感悟

在参加这次比赛的过程中，笔者发现物理作为一门以实验为基础的学科，能够运用一些吸引学生注意力并能够说明所研究问题的实验对一节精彩的物理课具有事半功倍的作用.如何处理初高中知识的衔接问题、前概念对高中生学习的影响，生活化物理关系的建立都是教育过程中不可忽视的问题.一节成功的物理课需要凝聚物理教师很多的潜心钻研和及时反思.在整个教学设计的过程中，若能够以培养学生的核心素养为目标，将会有利于学生求真意识、求新思维、求变能力、求异意识的培养.在本节课的教学设计过程中，还有许多的不足和需要改善之处，希望在以后的工作过程中可以不断加以改善，同时也希望能够为本节课的教学提供一些参考.

参考文献：

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