黃 潔 張 瑋

(1.南京大學附屬中學，江蘇 南京 210008；2.南京森林警察學院，江蘇 南京 210023)

基于核心素養(yǎng)的高中物理教學設(shè)計研究①
——以“牛頓第三定律”為例

黃 潔1張 瑋2

(1.南京大學附屬中學，江蘇 南京 210008；2.南京森林警察學院，江蘇 南京 210023)

新一輪課改圍繞核心素養(yǎng)展開，它是適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力.本文以“牛頓第三定律”為例，從“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”4個方面，探討如何在物理教學中更好地提高學生的核心素養(yǎng).

核心素養(yǎng)；物理教學；牛頓第三定律

1 引言

新一輪的高中課程改革圍繞核心素養(yǎng)展開，這與聯(lián)合國教科文組織以及歐盟等發(fā)達國家所倡導(dǎo)的課程理念相呼應(yīng)，強調(diào)培養(yǎng)學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，以及通過物理學習內(nèi)化的帶有物理學科特性的品質(zhì).那么，怎樣才能在物理教學中更好地貫徹和落實核心素養(yǎng)教育？筆者以“牛頓第三定律”為例來談?wù)剮c思考.

2 圍繞生活設(shè)計探究活動，樹立相互作用觀

學生活動一：右手不動，左手用力拍右手，左手不動，右手用力拍左手.

學生活動二：雙腳騰空，用力向前推桌子.

教師活動一：將玩具直升機放在一堆紙屑上面，然后啟動直升機突然騰空飛起.

教師活動二：將兩個小磁針分別綁在兩輛小車上，用N極和S極的兩端互相靠近，然后松手.

問題：(1) 左手拍右手，右手拍左手，你會有什么感受？

(2) 雙腳騰空用力向前推桌子為什么我們向后退？

(3) 直升機靠的是什么力升起的？那堆紙屑為什么被吹散了？

(4) 為什么兩輛小車都在相向運動？

學生通過問題解決，明確了力的作用是相互的這個概念，一個物體對另一個物體有力的作用，同時另一個物體也對這個物體有反作用，也就是一個物體既是施力物體同時也是受力物體.再請學生從生活中舉例說明力的作用是相互的，學生的思維都很開闊：走路、踢足球、劃船等等.最后歸納總結(jié)，學生建立了這樣的物理觀念：無論是不同種類的物體(固體、液體、氣體等)，還是不同性質(zhì)的作用力(重力、彈力、摩擦力、磁力等)，兩個物體之間的作用總是相互的.

學生通過生活中的物理情景，總結(jié)歸納出物體間的作用總是相互的，這樣更有助于學生理解和掌握物理概念，并且應(yīng)用到生活中去，讓學生感受物理學的美妙，增強實踐意識，培養(yǎng)物理素養(yǎng)，只有親身體驗過、感受過，才更能激發(fā)學生的主觀能動性，去獲得更高階的認知能力.

3 學生小組合作，自主實驗探究，彰顯科學態(tài)度

提出問題：一對相互作用力會有什么樣的關(guān)系？

猜想假設(shè)：學生提出“一對相互作用力的方向相反，大小可能相同”.

實驗探究：學生設(shè)計方案，交流后決定用兩只彈簧秤對拉進行研究，并分類進行實驗，如表1.

表1

多數(shù)學生是將彈簧秤靜止水平放置的，結(jié)果也是最顯而易見的，作用力和反作用力大小相等、方向相反.也有學生補充，他們還做了彈簧秤豎直或斜向拉動的實驗，結(jié)果兩個力的大小不等.然后筆者引導(dǎo)學生展開討論，將兩個彈簧秤豎直擺放和斜向擺放互拉讀數(shù)不等的原因有哪些，并提出實驗改進的方法.學生提出兩彈簧秤應(yīng)該在豎直狀態(tài)或傾斜狀態(tài)下校零，并演示實驗證明了這一觀點正確.交流中還有學生提出：實驗時發(fā)現(xiàn)兩只彈簧秤讀數(shù)并不相等，即使將彈簧秤重新調(diào)零也是如此.筆者請學生課后分析這種“反?！爆F(xiàn)象，并提出相應(yīng)的實驗改進方法.至此可以得出結(jié)論嗎？學生指出上述實驗都是物體處于平衡狀態(tài)下做的，他們試圖做非平衡狀態(tài)(如加速運動)時的實驗，但讀數(shù)困難.

這時筆者拿出了力傳感器，簡單演示一下傳感器的使用方法，并解釋了電腦上顯示的圖像是作用力和時間的關(guān)系，接著兩位學生在講臺上很夸張地演示兩傳感器加速互拉、減速互拉以及加速減速互壓時，作用力和反作用力隨時間的關(guān)系，很直觀地看出圖像始終呈現(xiàn)鏡像關(guān)系(如圖1，細線表示作用力F1與時間的關(guān)系，粗線表示反作用力F2與時間的關(guān)系).結(jié)合前面的探究，讓學生嘗試總結(jié)出規(guī)律，并進行交流.

圖1

在這個實驗探究過程中，學生自主提出了多種探究方案，堅持實事求是的精神，彰顯了科學態(tài)度.切實根據(jù)實驗現(xiàn)象，提出了疑問，通過小組討論給出不同的見解，培養(yǎng)學生的小組合作精神、動手能力、批判性思維能力以及溝通協(xié)調(diào)能力.通過DIS實驗更直接、具體地強化學生的證據(jù)意識，進而領(lǐng)會科學的本質(zhì).通過交流與合作，學會分析論證，準確表達結(jié)果.

4 生活情境物理化，物理應(yīng)用生活化

物理學科的本質(zhì)是物理核心素養(yǎng)確立的基礎(chǔ)，認清學科本質(zhì)有助于我們對核心素養(yǎng)的理解和把握，有助于物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的實施.物理學科是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學科，而實驗又來源于生活實踐，所以我們應(yīng)當多創(chuàng)設(shè)相關(guān)的生活情境，激發(fā)學生的學習主動性，從而提高學習的有效性.

以“牛頓第三定律”為例，利用牛頓第三定律解決生活中的問題：(1) 以卵擊石.石頭沒損傷而雞蛋破了,這是因為石頭對雞蛋的作用力大于雞蛋對石頭的作用力，這句話對嗎？(2) 馬拉車加速前進，馬和車受到的拉力相等嗎？首先第一個問題大家都會異口同聲給出正確答案，但是馬拉車的問題學生始終搞不明白，錯誤的前概念以及生活經(jīng)驗根深蒂固.其實可以通過實驗來驗證這個問題，然后給大家拋出這樣的問題，如何來設(shè)計這個實驗方案.學生通過討論,提出利用DIS實驗來模擬馬拉車的問題，將力傳感器固定在一輛小車上，用另一個傳感器拉住綁在小車上的傳感器加速前進，兩傳感器在同一水平面上，觀察圖像，這兩個力的大小是相等的.然后請學生分析這兩個力大小相等為什么會使車子加速前行，讓他們交流討論.最后通過這個馬拉車的例子又復(fù)習了牛頓第二定律的內(nèi)容，強化了以前學習的概念，將牛頓運動定律的內(nèi)容融會貫通.學生在生活情境中學到了物理知識，又通過物理知識應(yīng)用到生活中，實現(xiàn)了物理學科的價值定位從知識本位轉(zhuǎn)向了學生本位.

5 小結(jié)

陳佳洱說過：“物理學不只是圖表和數(shù)據(jù),它能帶給你很多更珍貴的東西:理性的思維方式、人生的哲學和人生的道路.”讓學生終身受益的不是具體的物理知識，而是所學的知識忘掉之后剩下的東西，這就是物理學科核心素養(yǎng).總之，怎樣通過物理課程的學習有效促進學生核心素養(yǎng)的提升，這是每一位物理教師應(yīng)該深思的問題.

[1] 劉炳昇.從“物理核心素養(yǎng)”的視角思考物理復(fù)習教學問題——以“力與運動”章后小結(jié)為例[J].物理之友,2017,(1).

[2] 耿宜宏，楊國慶.基于IYPT培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的實踐與思考[J].物理之友,2016,(5).

[3] 蔣霖峰，陳金秀，陸建隆.高中物理課堂提升民主性的實踐探索[J].物理之友,2016,(9).

[4] 朱建武.培養(yǎng)學生抽象思維能力的探討[J].物理之友,2017,(3).

① 本文系南京森林警察學院2017教改項目“林警交融下大學物理教學內(nèi)容的改革”的研究成果.