基于核心素養的高中物理教學設計研究①
——以“牛頓第三定律”為例

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)

基于核心素養的高中物理教學設計研究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展開，它是適應個人終身發展和社會發展的必備品格和關鍵能力.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.

核心素養；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展開，這與聯合國教科文組織以及歐盟等發達國家所倡導的課程理念相呼應，強調培養學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，以及通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質.那么，怎樣才能在物理教學中更好地貫徹和落實核心素養教育？筆者以“牛頓第三定律”為例來談談幾點思考.

2 圍繞生活設計探究活動，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，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，培養物理素養，只有親身體驗過、感受過，才更能激發學生的主觀能動性，去獲得更高階的認知能力.

3 學生小組合作，自主實驗探究，彰顯科學態度

提出問題：一對相互作用力會有什么樣的關系？

猜想假設：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

多數學生是將彈簧秤靜止水平放置的，結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，結果兩個力的大小不等.然后筆者引導學生展開討論，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該在豎直狀態或傾斜狀態下校零，并演示實驗證明了這一觀點正確.交流中還有學生提出：實驗時發現兩只彈簧秤讀數并不相等，即使將彈簧秤重新調零也是如此.筆者請學生課后分析這種“反常”現象，并提出相應的實驗改進方法.至此可以得出結論嗎？學生指出上述實驗都是物體處于平衡狀態下做的，他們試圖做非平衡狀態(如加速運動)時的實驗，但讀數困難.

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系，很直觀地看出圖像始終呈現鏡像關系(如圖1，細線表示作用力F1與時間的關系，粗線表示反作用力F2與時間的關系).結合前面的探究，讓學生嘗試總結出規律，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，彰顯了科學態度.切實根據實驗現象，提出了疑問，通過小組討論給出不同的見解，培養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調能力.通過DIS實驗更直接、具體地強化學生的證據意識，進而領會科學的本質.通過交流與合作，學會分析論證，準確表達結果.

4 生活情境物理化，物理應用生活化

物理學科的本質是物理核心素養確立的基礎，認清學科本質有助于我們對核心素養的理解和把握，有助于物理核心素養培養的實施.物理學科是一門以實驗為基礎的自然學科，而實驗又來源于生活實踐，所以我們應當多創設相關的生活情境，激發學生的學習主動性，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習了牛頓第二定律的內容，強化了以前學習的概念，將牛頓運動定律的內容融會貫通.學生在生活情境中學到了物理知識，又通過物理知識應用到生活中，實現了物理學科的價值定位從知識本位轉向了學生本位.

5 小結

陳佳洱說過：“物理學不只是圖表和數據,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.總之，怎樣通過物理課程的學習有效促進學生核心素養的提升，這是每一位物理教師應該深思的問題.

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

[2] 耿宜宏，楊國慶.基于IYPT培養學生物理學科核心素養的實踐與思考[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容的改革”的研究成果.