基于物理學科核心素養培育的教學案例

朱艷萍

摘? 要：本教學案例通過創設問題情境優化教學方式，結合學生實驗及教材中的“旁批”等素材資源，讓學生開展體驗式、探究式、討論式學習。引導學生經歷根據實驗結論進行科學推理、抽象出自由落體運動的概念、找出自由落體運動的規律、推導出自由落體運動的公式的學習過程。

關鍵詞：自由落體運動;教學案例;物理學科核心素養

案例背景：

高中物理是自然科學領域的一門基礎課程，在落實立德樹人根本任務，發展學生核心素養方面有其獨特價值。新發行的人教版高中物理必修教材，相較于課程標準實驗教材，在編寫上注重了真實情境的創設，注重了學生思維形成過程的架構和邏輯推理能力、觀察能力、科學探究能力的培養，有利于學生物理學科核心素養的形成和發展。本案例以人教版高中物理新教材“自由落體運動”為例進行設計和教學，旨在拋磚引玉，引起廣大高中物理教師關注新課改、學習新課標、研究新教材，將物理學科核心素養的培育落實在教學設計中，踐行在教學行為上，切實發揮物理課程的育人功能。

教學目標：

（一）領悟伽利略對自由落體運動研究的推理與實驗相結合的思想和方法，形成批判性思維品質，養成科學精神;

（二）觀察“牛頓管”探究輕重不同的物體下落快慢的實驗現象，建構自由落體運動概念，形成物理觀念，發展科學思維;

（三）經歷用“打點計時器”測量自由落體加速度的過程，探究自由落體運動的規律，發展科學探究素養;

（四）會推導自由落體的速度、位移與時間的關系式，能用其解決實際問題。

教材分析：本節內容是人教版高中物理新教材必修1第二章 《勻變速直線運動的研究》中的第四節。本節課是在學生掌握了運動學的基本概念及勻變速直線運動的規律等知識后，作為勻變速直線運動的一個特例進行學習。教材通過對“物體下落”這種司空見慣的運動研究歷史的呈現，讓學生領悟伽利略研究自由落體運動的推理與實驗相結合的思想和方法，接受科學精神和科學方法的熏陶。本節內容的學習，不僅可以培養學生的觀察、分析、歸納、概括等能力，還能夠激發學生探索自然的內在動力，促進學生的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等物理核心素養的形成和發展。

學情分析：在進行本節課教學時，學生剛進入高中不久，雖然對勻變速直線運動的內容已經進行了學習，但在相關概念和規律的理解上還不夠準確、深入，用其解決實際問題的能力及科學推理、分析論證能力和證據意識還不夠強。

教學過程：

一、創設問題情境

生活中落體運動司空見慣，它們有何特點呢？請同學們思考下面的幾個問題：

問題1：? 站在高層建筑物上，輕重不同的兩個物體從同一高度同時落下，你認為哪個物體下落的快？舉例說明。

問題2： 請同學們兩人一組，拿兩張同樣大小的紙，將其中一張揉成一個團。讓紙團和另一張紙在同樣的高度落下，看哪一個下落得快？

問題3：分析比較問題一、二的結果一致嗎？如果不一致，那物體下落的快慢與什么因素有關呢？談談自己的觀點。

【學生活動】

活動一：學生思考、討論、回答問題。

活動二：學生兩人一組開始實驗。得出結論：紙團下落的快。

活動三：學生說他們的猜想：

1.下落的快慢與質量有關。

2.下落的快慢除了與質量有關還與形狀有關。

3.可能還與物體受到的阻力有關。

【設計意圖】讓學生基于已有生活經驗開展學習活動，通過自己的觀察和思考得（猜）出結論。促進學生積極參與學習過程;引導學生將生活經驗與物理實驗相結合，培養學生的科學探究意識和問題意識，提出合理猜測想;讓學生結合實驗及生活中的經驗分析問題，猜想影響物體下落快慢的因素，培育學生的證據意識和科學探究素養。

二、新知教學

（一）同學們發現問題一和問題二的結論是相互矛盾的，也猜想了一些影響物體下落快慢因素。那么，影響物體下落快慢的因素究竟是什么呢？

請同學們閱讀教材45頁1到3自然段和旁批的內容，了解伽利略研究落體運動的科學方法。

思考：亞里士多德的觀點是什么？伽利略的觀點是什么？伽利略通過什么方法否定（質疑）了亞里士多德的觀點？

【學生活動】

活動四：學生閱讀材料回答問題。

生1：亞里士多德的觀點：重的物體下落的快。

生2：伽利略的觀點：重物與輕物下落的一樣快。

生3：伽利略通過邏輯推理否定了亞里士多德的觀點，最后用實驗證實了自己的觀點。

伽利略推理：假設把重物和輕物捆在一起下落，根據亞里士多德的觀點就會得出兩種矛盾的結論，最后提出自己的觀點，然后用實驗驗證了自己的觀點。

【設計意圖】讓學生通過閱讀史料，領悟伽利略將科學推理與實驗相結合，進而用實驗驗證自己觀點的科學研究方法，形成批判性思維品質，提升質疑創新能力，養成科學態度。

（二）輕重不同的物體下落的情況到底怎樣？我們用“牛頓管”做個實驗，仔細研究、驗證我們的猜想。

教師演示實驗：第一次牛頓管中不抽空氣;第二次抽部分空氣;第三次盡可能抽去牛頓管中的空氣。

教師：請同學們說說你觀察到的現象。

【學生活動】學生帶著好奇心和期待的眼神仔細觀察、比較實驗現象。

生1：第一次鐵片明顯比羽毛下落的快;第二次鐵片比羽毛下落的快但差距縮小;第三次鐵片和羽毛幾乎一樣快。

生2：如果沒有空氣阻力的影響，輕的物體和重的物體下落的一樣快。

師：經過對實驗現象的分析，你認為影響物體下落快慢的因素是什么？結論與你的猜想一致嗎？

師：經過實驗驗證，同學們之前的猜想不正確。

正確結論：（板書一）如果沒有空氣的阻力，所有物體下落的快慢都一樣。

【設計意圖】讓學生領會物理學研究中常用的分析問題時抓住主要矛盾、忽略次要矛盾的思想方法，使問題簡單化;讓學生在自己總結、概括得出自由落體運動的概念的過程中，發展科學思維水平，感受學習收獲帶給他們的喜悅之情，增強對物理學科的興趣;讓學生親身經歷實驗、觀察、比較、分析與抽象、概括實驗結論的過程，完成對自由落體運動概念的自主建構，促進學生物理觀念的形成和科學思維的發展。

（三）自由落體運動的概念

（板書二）：物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動叫自由落體運動。

如果空氣阻力作用比較小可以忽略，物體的下落可以近似看做自由落體運動。

【學生活動】

活動六：讓學生做筆記，進一步加深對自由落體運動的概念的理解。

【設計意圖】留一定時間讓學生對重要的物理規律的得出過程進行梳理和感悟，實現對知識的理解。促進物理觀念的形成。

（四）由上面的實驗知自由落體運動是加速運動。它下落過程中加速度是否變化？有什么樣的運動規律？自由落體是不是我們熟悉的勻加速直線運動呢？

師：下面同學們分組用打點計時器和不同質量的物體測量重物下落的加速度。

【學生活動】

活動七：

生分組實驗：了解實驗器材、熟悉實驗步驟、進行實驗、記錄數據。最后利用實驗數據算出重力加速度的大小。

教師利用西沃教學助手將各組實驗數據投屏共享，讓學生討論、對比各組數據。通過分析發現，在連續相等時間內的位移增量是個定值，所以我們可以確定它是勻變速直線運動。

【設計意圖】利用現代信息化的教學資源給學生搭建了組與組間的對比、交流和結果分享，發揮了分組又合作的作用。

教師總結：（板書3）對不同物體進行的實驗結果表明，在同一地點，一切物體自由下落的加速度都相同，這個加速度叫重力加速度。通常用g表示，方向豎直向下。

師：請同學們總結出自由落體運動的規律。

生：自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動（板書4）

師：請同學們推導自由落體運動的速度、位移與時間的關系式。

學生1：v=gt? ? ?學生2：x= 1/2gt 2

（五）請同學們閱讀教材47頁第三自然段和表格內容——“一些地點的重力加速度的數值”。思考旁批中提出的問題：你從表中發現了什么規律，你能嘗試解釋（猜想）這個規律嗎？

【學生活動】

活動八：學生閱讀教材47頁第三自然段和“表”內內容及48頁的“旁批”，觀察、對比、找規律。

教師小結：在地球表面不同的地方g的大小一般是不同的，在一般的計算中g取9.8m/s2或10 m/s2， 重力加速度與所處位置的維度和離地面的高度有關。

【設計意圖】引導學生從習以為常的事物中發現問題并嘗試解釋，培養學生的科學探究意識和習慣;讓學生通過對“旁批”內容的閱讀，促進物質觀念和運動觀念的形成。

（六）現在交警部門對酒駕醉駕的懲罰非常嚴厲，《刑法修正案》和《道路交通安全法》都對酒駕醉駕有明確的嚴厲的處罰規定。

師：為什么喝酒后不能開車？學生回答：因為喝酒后反應變慢。請同學們小組討論，如何應用今天所學內容自制一把“反應尺”。

【設計意圖】通過“學以致用”培養學生應用所學知識解決實際問題的能力;培養學生嚴謹認真、實事求是的科學態度;教育學生遵紀守法，增強學生的科學態度與社會責任。

三、布置作業

1.完成課后的“練習與應用”;

2.課后閱讀課本48頁的“科學漫步”：伽利略對自由落體運動的研究。

3.課后每人自制“反應尺”測量家人喝酒前后的反應時間。用數據說明為什么不要酒后開車，并以此為研究課題，每人完成一篇小論文。

【案例點評】

在目前我國的育人目標指向核心素養的大背景下，學科教學的關鍵在于落實學科核心素養?？梢?，變革教學模式、培育學生的物理核心素養就顯得尤其重要。本節課通過巧妙設問，激活學生思維，培養學生自主發現問題、提出問題的能力;通過設計實驗驗證、解決問題，培養學生的科學探究素養;通過“自由落體運動”物理學史的學習，讓學生正確認識科學本質，形成實事求是，敢于質疑、不迷信權威的科學態度。在本節課的教學教學設計上，教師注重了問題情境的創設，注重了師生的交流互動，注重了學習方式的多樣化。整節課采用“提出問題——引導思維——合作探究——自主構建——鞏固深化”展開。學生參與積極，學習熱情高，較好的達成了教學目標，促進了學生的物理學科核心素養的發展。

參考文獻：

[1]普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）「S」北京：人民教育出版社，2018

[2]普通高中教科書.物理必修1「M」北京：人民教育出版社，2019

[3]王菊香.從教材意圖領悟新課程理念[J] 物理教學，2015（6）：21～23

[4]朱寧寧.核心素養理念下培養學生科學思維的教學研究[J]. 中學物理，2017（12）：37～3

基金項目：甘肅省教育科學“十三五”規劃2019年度重點課題“基于物理學科核心素養培育的人教版高中物理新舊教材對比研究”（課題立項號：GS[2019]GHBZ105）。

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