基于物理学科核心素养培育的教学案例

朱艳萍

摘  要：本教学案例通过创设问题情境优化教学方式，结合学生实验及教材中的“旁批”等素材资源，让学生开展体验式、探究式、讨论式学习。引导学生经历根据实验结论进行科学推理、抽象出自由落体运动的概念、找出自由落体运动的规律、推导出自由落体运动的公式的学习过程。

关键词：自由落体运动;教学案例;物理学科核心素养

案例背景：

高中物理是自然科学领域的一门基础课程，在落实立德树人根本任务，发展学生核心素养方面有其独特价值。新发行的人教版高中物理必修教材，相较于课程标准实验教材，在编写上注重了真实情境的创设，注重了学生思维形成过程的架构和逻辑推理能力、观察能力、科学探究能力的培养，有利于学生物理学科核心素养的形成和发展。本案例以人教版高中物理新教材“自由落体运动”为例进行设计和教学，旨在抛砖引玉，引起广大高中物理教师关注新课改、学习新课标、研究新教材，将物理学科核心素养的培育落实在教学设计中，践行在教学行为上，切实发挥物理课程的育人功能。

教學目标：

（一）领悟伽利略对自由落体运动研究的推理与实验相结合的思想和方法，形成批判性思维品质，养成科学精神;

（二）观察“牛顿管”探究轻重不同的物体下落快慢的实验现象，建构自由落体运动概念，形成物理观念，发展科学思维;

（三）经历用“打点计时器”测量自由落体加速度的过程，探究自由落体运动的规律，发展科学探究素养;

（四）会推导自由落体的速度、位移与时间的关系式，能用其解决实际问题。

教材分析：本节内容是人教版高中物理新教材必修1第二章 《匀变速直线运动的研究》中的第四节。本节课是在学生掌握了运动学的基本概念及匀变速直线运动的规律等知识后，作为匀变速直线运动的一个特例进行学习。教材通过对“物体下落”这种司空见惯的运动研究历史的呈现，让学生领悟伽利略研究自由落体运动的推理与实验相结合的思想和方法，接受科学精神和科学方法的熏陶。本节内容的学习，不仅可以培养学生的观察、分析、归纳、概括等能力，还能够激发学生探索自然的内在动力，促进学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等物理核心素养的形成和发展。

学情分析：在进行本节课教学时，学生刚进入高中不久，虽然对匀变速直线运动的内容已经进行了学习，但在相关概念和规律的理解上还不够准确、深入，用其解决实际问题的能力及科学推理、分析论证能力和证据意识还不够强。

教学过程：

一、创设问题情境

生活中落体运动司空见惯，它们有何特点呢？请同学们思考下面的几个问题：

问题1：  站在高层建筑物上，轻重不同的两个物体从同一高度同时落下，你认为哪个物体下落的快？举例说明。

问题2： 请同学们两人一组，拿两张同样大小的纸，将其中一张揉成一个团。让纸团和另一张纸在同样的高度落下，看哪一个下落得快？

问题3：分析比较问题一、二的结果一致吗？如果不一致，那物体下落的快慢与什么因素有关呢？谈谈自己的观点。

【学生活动】

活动一：学生思考、讨论、回答问题。

活动二：学生两人一组开始实验。得出结论：纸团下落的快。

活动三：学生说他们的猜想：

1.下落的快慢与质量有关。

2.下落的快慢除了与质量有关还与形状有关。

3.可能还与物体受到的阻力有关。

【设计意图】让学生基于已有生活经验开展学习活动，通过自己的观察和思考得（猜）出结论。促进学生积极参与学习过程;引导学生将生活经验与物理实验相结合，培养学生的科学探究意识和问题意识，提出合理猜测想;让学生结合实验及生活中的经验分析问题，猜想影响物体下落快慢的因素，培育学生的证据意识和科学探究素养。

二、新知教学

（一）同学们发现问题一和问题二的结论是相互矛盾的，也猜想了一些影响物体下落快慢因素。那么，影响物体下落快慢的因素究竟是什么呢？

请同学们阅读教材45页1到3自然段和旁批的内容，了解伽利略研究落体运动的科学方法。

思考：亚里士多德的观点是什么？伽利略的观点是什么？伽利略通过什么方法否定（质疑）了亚里士多德的观点？

【学生活动】

活动四：学生阅读材料回答问题。

生1：亚里士多德的观点：重的物体下落的快。

生2：伽利略的观点：重物与轻物下落的一样快。

生3：伽利略通过逻辑推理否定了亚里士多德的观点，最后用实验证实了自己的观点。

伽利略推理：假设把重物和轻物捆在一起下落，根据亚里士多德的观点就会得出两种矛盾的结论，最后提出自己的观点，然后用实验验证了自己的观点。

【设计意图】让学生通过阅读史料，领悟伽利略将科学推理与实验相结合，进而用实验验证自己观点的科学研究方法，形成批判性思维品质，提升质疑创新能力，养成科学态度。

（二）轻重不同的物体下落的情况到底怎样？我们用“牛顿管”做个实验，仔细研究、验证我们的猜想。

教师演示实验：第一次牛顿管中不抽空气;第二次抽部分空气;第三次尽可能抽去牛顿管中的空气。

教师：请同学们说说你观察到的现象。

【学生活动】学生带着好奇心和期待的眼神仔细观察、比较实验现象。

生1：第一次铁片明显比羽毛下落的快;第二次铁片比羽毛下落的快但差距缩小;第三次铁片和羽毛几乎一样快。

生2：如果没有空气阻力的影响，轻的物体和重的物体下落的一样快。

师：经过对实验现象的分析，你认为影响物体下落快慢的因素是什么？结论与你的猜想一致吗？

师：经过实验验证，同学们之前的猜想不正确。

正确结论：（板书一）如果没有空气的阻力，所有物体下落的快慢都一样。

【设计意图】让学生领会物理学研究中常用的分析问题时抓住主要矛盾、忽略次要矛盾的思想方法，使问题简单化;让学生在自己总结、概括得出自由落体运动的概念的过程中，发展科学思维水平，感受学习收获带给他们的喜悦之情，增强对物理学科的兴趣;让学生亲身经历实验、观察、比较、分析与抽象、概括实验结论的过程，完成对自由落体运动概念的自主建构，促进学生物理观念的形成和科学思维的发展。

（三）自由落体运动的概念

（板书二）：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动。

如果空气阻力作用比较小可以忽略，物体的下落可以近似看做自由落体运动。

【学生活动】

活动六：让学生做笔记，进一步加深对自由落体运动的概念的理解。

【设计意图】留一定時间让学生对重要的物理规律的得出过程进行梳理和感悟，实现对知识的理解。促进物理观念的形成。

（四）由上面的实验知自由落体运动是加速运动。它下落过程中加速度是否变化？有什么样的运动规律？自由落体是不是我们熟悉的匀加速直线运动呢？

师：下面同学们分组用打点计时器和不同质量的物体测量重物下落的加速度。

【学生活动】

活动七：

生分组实验：了解实验器材、熟悉实验步骤、进行实验、记录数据。最后利用实验数据算出重力加速度的大小。

教师利用西沃教学助手将各组实验数据投屏共享，让学生讨论、对比各组数据。通过分析发现，在连续相等时间内的位移增量是个定值，所以我们可以确定它是匀变速直线运动。

【设计意图】利用现代信息化的教学资源给学生搭建了组与组间的对比、交流和结果分享，发挥了分组又合作的作用。

教师总结：（板书3）对不同物体进行的实验结果表明，在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫重力加速度。通常用g表示，方向竖直向下。

师：请同学们总结出自由落体运动的规律。

生：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动（板书4）

师：请同学们推导自由落体运动的速度、位移与时间的关系式。

学生1：v=gt     学生2：x= 1/2gt 2

（五）请同学们阅读教材47页第三自然段和表格内容——“一些地点的重力加速度的数值”。思考旁批中提出的问题：你从表中发现了什么规律，你能尝试解释（猜想）这个规律吗？

【学生活动】

活动八：学生阅读教材47页第三自然段和“表”内内容及48页的“旁批”，观察、对比、找规律。

教师小结：在地球表面不同的地方g的大小一般是不同的，在一般的计算中g取9.8m/s²或10 m/s²， 重力加速度与所处位置的维度和离地面的高度有关。

【设计意图】引导学生从习以为常的事物中发现问题并尝试解释，培养学生的科学探究意识和习惯;让学生通过对“旁批”内容的阅读，促进物质观念和运动观念的形成。

（六）现在交警部门对酒驾醉驾的惩罚非常严厉，《刑法修正案》和《道路交通安全法》都对酒驾醉驾有明确的严厉的处罚规定。

师：为什么喝酒后不能开车？学生回答：因为喝酒后反应变慢。请同学们小组讨论，如何应用今天所学内容自制一把“反应尺”。

【设计意图】通过“学以致用”培养学生应用所学知识解决实际问题的能力;培养学生严谨认真、实事求是的科学态度;教育学生遵纪守法，增强学生的科学态度与社会责任。

三、布置作业

1.完成课后的“练习与应用”;

2.课后阅读课本48页的“科学漫步”：伽利略对自由落体运动的研究。

3.课后每人自制“反应尺”测量家人喝酒前后的反应时间。用数据说明为什么不要酒后开车，并以此为研究课题，每人完成一篇小论文。

【案例点评】

在目前我国的育人目标指向核心素养的大背景下，学科教学的关键在于落实学科核心素养。可见，变革教学模式、培育学生的物理核心素养就显得尤其重要。本节课通过巧妙设问，激活学生思维，培养学生自主发现问题、提出问题的能力;通过设计实验验证、解决问题，培养学生的科学探究素养;通过“自由落体运动”物理学史的学习，让学生正确认识科学本质，形成实事求是，敢于质疑、不迷信权威的科学态度。在本节课的教学教学设计上，教师注重了问题情境的创设，注重了师生的交流互动，注重了学习方式的多样化。整节课采用“提出问题——引导思维——合作探究——自主构建——巩固深化”展开。学生参与积极，学习热情高，较好的达成了教学目标，促进了学生的物理学科核心素养的发展。

参考文献：

[1]普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）「S」北京：人民教育出版社，2018

[2]普通高中教科书.物理必修1「M」北京：人民教育出版社，2019

[3]王菊香.从教材意图领悟新课程理念[J] 物理教学，2015（6）：21～23

[4]朱宁宁.核心素养理念下培养学生科学思维的教学研究[J]. 中学物理，2017（12）：37～3

基金项目：甘肃省教育科学“十三五”规划2019年度重点课题“基于物理学科核心素养培育的人教版高中物理新旧教材对比研究”（课题立项号：GS[2019]GHBZ105）。

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