●馮 璐 牛 昱 吳云飛 張海豐

新的課程標(biāo)準(zhǔn)下的學(xué)科核心素養(yǎng)給出了中學(xué)學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握物理知識(shí)的過程中，按部就班地逐漸形成滿足并適應(yīng)學(xué)生自身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的優(yōu)秀品格和核心能力素養(yǎng)。從物理學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)習(xí)中掌握和了解的有關(guān)物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)，在頭腦中將所有這些物理概念、規(guī)律、定理等進(jìn)行提煉和升華。王家山對(duì)基于問題導(dǎo)向式的物理教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了細(xì)致的探索研究，給出了相應(yīng)的有效策略和措施；季萍等以“閉合電路歐姆定律”為例，詳細(xì)研究了問題導(dǎo)向下的中學(xué)物理教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)，給出了實(shí)施策略和實(shí)效性探索意見；張加慧以中學(xué)教學(xué)實(shí)例分析了高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)進(jìn)行了以問題為導(dǎo)向的高一物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究；周清同樣對(duì)基于問題導(dǎo)向的高中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，給出了較為詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案；劉興以“自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例進(jìn)行了以問題為導(dǎo)向的物理教學(xué)的研究。本文將基于科教興國(guó)背景下，針對(duì)中學(xué)物理教學(xué)中的教學(xué)方法進(jìn)行討論，以牛頓第二定律為例，研究問題導(dǎo)向下的中學(xué)物理教學(xué)的成效性，將以問題為導(dǎo)向、任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、實(shí)驗(yàn)探究為抓手，提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，采用“情景化”“自主化”“活動(dòng)化”學(xué)習(xí)策略，探究如何在物理學(xué)習(xí)中提高學(xué)生核心素養(yǎng)。

一、基于物理核心素養(yǎng)的學(xué)科教學(xué)目標(biāo)

（一）物理概念

一是明確加速度、速度、力的物理概念；二是知道速度是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，加速度則是體現(xiàn)物體速度變化快慢的物理量，同時(shí)其也是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變快慢的物理量；三是力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不容易改變；四是通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系，并總結(jié)出三者之間的定量關(guān)系。

（二）科學(xué)思維

一是探究加速度與質(zhì)量、力的關(guān)系，對(duì)牛頓第二定律的公式進(jìn)行推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維；二是運(yùn)用牛頓第二定律解決實(shí)際問題，提高學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

（三）.科學(xué)探究

一是根據(jù)教材已有的實(shí)驗(yàn)和教師的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，推導(dǎo)牛頓第二定律，在實(shí)驗(yàn)中形成發(fā)現(xiàn)問題，提出假設(shè)，解決問題的能力；二是通過計(jì)算機(jī)或數(shù)學(xué)方法擬合數(shù)據(jù)，得到加速度與質(zhì)量的a-m圖像、加速度與質(zhì)量分之一的a-1/m的圖像、加速度與力a-F的圖像，并通過圖像得到函數(shù)關(guān)系式。

（四）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

一是通過實(shí)驗(yàn)和推導(dǎo)來探究物理規(guī)律，強(qiáng)化探究意識(shí)，提高動(dòng)手實(shí)踐能力；二是使學(xué)生知道物理來源于生活又高于生活，對(duì)生活實(shí)際中的物理知識(shí)充滿好奇心和求知欲。

二、任務(wù)分解

本節(jié)課教學(xué)分為6個(gè)任務(wù)：

任務(wù)1：質(zhì)量、加速度、力的測(cè)量；

任務(wù)2：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；

任務(wù)3：得出a-m、a-1/m、a-F圖像；

任務(wù)4：得出牛頓第二定律表達(dá)式；

任務(wù)5：通過牛頓第二定律表達(dá)式得出力的單位以及應(yīng)用；

任務(wù)6：牛頓第二定律的應(yīng)用及反思。

三、教學(xué)活動(dòng)

（一）質(zhì)量、加速度、力的測(cè)量

問題情境：測(cè)量的物理量有三個(gè)：物體的質(zhì)量、物體所受的作用力和物體運(yùn)動(dòng)的加速度。器材有天平、刻度尺、秒表、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和器材，完成連接，研究什么物體，如何測(cè)量物體受到的力，如何測(cè)量該物體的加速度，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路并確定實(shí)驗(yàn)探究方案。

素養(yǎng)目標(biāo)：正確運(yùn)用實(shí)驗(yàn)儀器然后進(jìn)行連接，掌握實(shí)驗(yàn)儀器的基本操作，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

教學(xué)建議：

1.質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量質(zhì)量，多次增加小車中砝碼的數(shù)量以此來改變小車的質(zhì)量。

2.加速度的測(cè)量：（1）小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用刻度尺測(cè)量小車移動(dòng)的位移x，并用秒表測(cè)量發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t，得出加速度a=2x/t；（2）將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上，放開小車，讓小車帶動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，在紙帶上選取一點(diǎn)為起始點(diǎn)0，后面每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別用數(shù)字1，2，3…….標(biāo)出這些計(jì)數(shù)點(diǎn);測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)0的距離x，記錄下來；計(jì)算兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的位移△x，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間△t，以此來求出加速度。

3.力的測(cè)量：僅受一個(gè)力作用的物體幾乎不存在。一個(gè)單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。實(shí)驗(yàn)中作用力F是物體所受的合力。

（二）探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

問題情境：進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，觀察分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。

問題：加速度與力、加速度與質(zhì)量是否都存在定量關(guān)系，如果存在關(guān)系又是什么樣的關(guān)系呢，實(shí)驗(yàn)中又會(huì)運(yùn)用到什么研究方法呢。

實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，用到阻力補(bǔ)償?shù)奈锢矸椒ā榱搜a(bǔ)償打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車的阻力以及其他阻力，可以采用把木板的一端墊高的方法，改變木板的傾斜度，小車在不受牽引時(shí)，紙帶能在小車的帶動(dòng)下沿木板勻速運(yùn)動(dòng)。將槽碼、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶分別安裝好。為了使小車所受的拉力成倍的改變可以通過改變槽碼的個(gè)數(shù)，與此來處理紙帶上打出的點(diǎn)，得出加速度。在保持小車受的拉力不變時(shí)，想要改變小車的質(zhì)量可以通過增減小車中的重物來改變。處理紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度。把加速度與力的關(guān)系設(shè)計(jì)表格，把測(cè)得的同一個(gè)小車在不同拉力F作用下的加速度a填在一個(gè)表中。把加速度與質(zhì)量的關(guān)系設(shè)計(jì)表格，把測(cè)得的不同質(zhì)量的小車在相同拉力作用下的加速度a填在另一個(gè)表中。

素養(yǎng)目標(biāo)：根據(jù)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，猜想加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，學(xué)生之間進(jìn)行分工，完成合作完成實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

結(jié)論：進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系。

（三）得出a-m、a-1/m、a-F圖像

問題情境：根據(jù)實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果，進(jìn)行分析，觀察加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。

問題：加速度與質(zhì)量成正比還是與質(zhì)量分子一成正比，加速度與力的關(guān)系是正比還是反比，描述出的圖像是否為直線。

實(shí)驗(yàn)：建立直角坐標(biāo)系并以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，然會(huì)根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。結(jié)果如圖所示很難直觀看出圖線是否為雙曲線，如果a-m圖像是雙曲線，a與m成反比，也就是a與1/m成正比，作a-1/m圖像進(jìn)行檢驗(yàn)。如果檢驗(yàn)的結(jié)果是過原點(diǎn)的曲線，就可以判斷加速度a與m是成反比的。

素養(yǎng)目標(biāo)：克服困難完成數(shù)據(jù)分析與實(shí)驗(yàn)繪制，根據(jù)已有的科學(xué)方案，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，獲得數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。能夠結(jié)合數(shù)學(xué)觀念，提出物理探究問題，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，合理擬合加速度與質(zhì)量、力的關(guān)系。能觀察數(shù)據(jù)特點(diǎn)，進(jìn)行合理的分析，訓(xùn)練科學(xué)思維能力，以及合理運(yùn)用物理方法中的控制變量法。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、交流和討論。

結(jié)論：通過實(shí)驗(yàn)表明，小車的加速度a與它所受的作用力F成正比，與它的質(zhì)量m成反比。通過大量的觀察和實(shí)驗(yàn)都可以得出與上面實(shí)驗(yàn)同樣的結(jié)論。

（四）得出牛頓第二定律及其表達(dá)式

問題情境：根據(jù)加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系得出牛頓第二定律及其表達(dá)式，并且明確了加速度的方向。

素養(yǎng)目標(biāo)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)果，進(jìn)行分析、交流和討論。

結(jié)論：牛頓第二定律：物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的質(zhì)量成反比，加速度方向跟作用力方向相同。

表達(dá)式：F=kma

牛頓第二定律既闡述了力、質(zhì)量、加速度三者之間的定量關(guān)系，又體現(xiàn)出加速度的方向與力的方向是一致的。

（五）通過牛頓第二定律表達(dá)式明確力的單位的來源。

問題情境：通過牛頓第二定律的表達(dá)式可以推出力的單位。

素養(yǎng)目標(biāo)：在初中時(shí)已經(jīng)學(xué)過，國(guó)際制單位中，力的單位是牛頓，但并沒有說明力單位的來源。通過牛頓第二定律的學(xué)習(xí)，便可以清晰知道牛頓單位的來源。

結(jié)論：k=1時(shí)，在某力的作用下質(zhì)量為1kg的物體獲得了1m/s的加速度，力F=ma=1kg·m/s；如果我們把這個(gè)力叫作“一個(gè)單位”的力的話，力F的單位就是千克米每二次方秒，后人把它稱為牛頓，用符號(hào)N表示。

（六）牛頓第二定律的應(yīng)用及反思

問題1：在水平路面上，進(jìn)行開發(fā)測(cè)試的汽車質(zhì)量為1000kg，當(dāng)速度達(dá)到90km/h時(shí)便取消了動(dòng)力，取消動(dòng)力后汽車在50s時(shí)停了下來。因此汽車受到的阻力是多少？重新起步加速時(shí)牽引力為2000N,產(chǎn)生的加速度又是多少？汽車在測(cè)試過程中阻力并不發(fā)生變化。

問題2：這節(jié)課收獲了什么，又訓(xùn)練了哪些技能，哪些內(nèi)容還存疑，是否對(duì)存疑問題進(jìn)行拓展研究。

素養(yǎng)目標(biāo)：自主學(xué)習(xí)知識(shí)，然后解決實(shí)際問題并對(duì)問題進(jìn)行交流分析。

教學(xué)建議：學(xué)生自主進(jìn)行知識(shí)梳理：本節(jié)課進(jìn)行了牛頓第二定律的推導(dǎo)，得到了牛頓第二定律的公式，并且進(jìn)行實(shí)際問題的應(yīng)用。

四、課后反思

通過連接實(shí)驗(yàn)儀器，正確運(yùn)用實(shí)驗(yàn)儀器以及了解實(shí)驗(yàn)儀器的基本操作，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣。并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積極猜想研究數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，學(xué)生進(jìn)行分工實(shí)驗(yàn)，完成合作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。讓學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中知道分工合作的重要性，提高學(xué)生的專注力，要時(shí)刻關(guān)注著實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄。學(xué)生克服困難并完成數(shù)據(jù)分析與實(shí)驗(yàn)繪制，根據(jù)原有的方案，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，獲得數(shù)據(jù)然后進(jìn)行分析。

在物理問題中合理運(yùn)用數(shù)學(xué)觀念，提出要探究的問題，然后對(duì)所提出的問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，合理分析研究問題之間的關(guān)系。認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，合理分析數(shù)據(jù)，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維并且恰到好處地運(yùn)用物理方法，例如控制變量法。得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析、交流以及討論。對(duì)于力的單位這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，連接了初高中物理知識(shí)，使學(xué)生學(xué)會(huì)融會(huì)貫通。初高中物理并不是分離的，而是相互聯(lián)系的，初中所學(xué)物理知識(shí)是高中物理知識(shí)的基礎(chǔ)。在運(yùn)用過程中，加深了對(duì)牛頓第二定律的理解，在解決實(shí)際問題中學(xué)生自主學(xué)習(xí)，出現(xiàn)問題時(shí)可以進(jìn)行交流討論，得出結(jié)論。在過程中鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及交流合作的能力。

在“和諧高效、問題指向，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的理念下進(jìn)行本節(jié)課的學(xué)習(xí)，并在“問題引領(lǐng)”的形式下，發(fā)動(dòng)學(xué)生思維，鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，分析解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。