基于核心素養培養的物理規律教學設計研究

黃劍??

摘要：本文結合物理學科核心素養的內涵，結合《實驗：探究碰撞中的不變量》的教學設計，提出課堂教學中為提升學生的物理核心素養，在教學物理規律的教學中，要以創設問題的情景為切入點，以提升學生探究能力為重點。

關鍵詞：物理學科核心素養；物理規律教學；探究能力

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）16-062-2

一、高中物理核心素養是物理學科教學的價值所在

隨著新課程改革進入“后課改時代”，以學科知識結構為核心的傳統課程標準體系逐步向以個人終身發展、終身學習能力為主體的核心素養的培養轉化，核心素養的培養成為新課程改革深化的新目標。按照學生核心素養發展的自然順序，物理學科核心素養的可以分為三個層次：

1.物理學的核心知識：指物理學的核心概念、核心規律、重要物理實驗、重要的思維方法。

2.物理學的核心能力：指理解能力，推理能力，分析、綜合能力，利用數學工具解決物理問題的能力，實驗探究能力等。

3.物理學科學品質：學生對科學興趣、態度、情感、價值觀，具備的科學精神與合作態度。

在這三個層次中，核心知識是基礎，核心能力、科學品質是目標。

德國著名物理學家、諾貝爾獎獲得者馮.勞厄就曾說過：教育給予人們的無非是當一切已學過的東西都忘記后所剩下的東西。那么物理教學希望是什么？物理學研究的思想和方法、研究的態度才是學生忘記已經學過的東西后最后剩下的。

二、基于物理學科核心素養培養的物理規律教學中學生活動的設計

1.物理規律教學課的特征

物理規律教學需要關注四個方面：

（1）關注學生的現有認知水平。

奧蘇貝爾曾說過：“影響學習的唯一重要因素，就是學習者已經知道了什么，要探明這一點并應據此進行教學。”同樣，物理規律的教學應該建立在學生已有的知識水平和認知實際基礎上，以及學生所具備的心理、思維能力等發展水平。

（2）關注物理規律的形成過程。

著名教育家波利亞曾經指出：在教一個學科的分支（或一個理論、一個概念）時，我們應讓孩子們重蹈人類思想發展中那些關鍵性的步子。這就啟發我們在教學時，應該重視物理規律的形成過程，讓教學的邏輯更加明晰，避免“輕過程，重結論”。

（3）關注物理規律的深化理解。

物理規律的深化理解要多角度挖掘，不僅要搞清規律本身的內涵，還應使學生弄清各種相關規律間的聯系，從而整體上把握物理規律。

（4）關注物理規律的應用價值。

學習的真正目的在于應用。物理規律的學習理應與其相關的應用聯系起來，一方面讓學生體會到規律學習有其存在的價值，另一方面，通過對規律的應用，也能進一步深化對規律的理解。

2.《實驗：研究碰撞中的不變量》的教材分析

《實驗：探究碰撞中的不變量》是《動量守恒定律》的第一節內容，是學生學習動量及后續知識的基礎。教材遵循物理科學的發展歷程，由探究碰撞中的“不變量”的實驗作為基礎，探究出在碰撞前后質量和速度乘積這一矢量保持不變，從而發現這個乘積是個特殊量，因此將其定義為動量，這更加符合新教材的注重學生探究能力培養的理念，也避免了學生對動量這一抽象概念的死記硬背。

3.《實驗：研究碰撞中的不變量》的教學設計

（1）以創設問題的情景為切入點。

創設情境的目的是引導學生關注物理現象、物理狀態或物理事實的某一方面的特征，讓學生置身于問題情境中，自主發現問題存在的客觀性和規律探究的價值性。

在實際的教學中，不少教師常以播放視頻，讓學生觀察生活中的碰撞現象（如奧運會中女子冰壺比賽中，冰壺的碰撞前后速度的變化、斯諾克比賽中臺球的碰撞后，臺球運動）作為引入，盡管冰壺之間的碰撞以及臺球之間的碰撞場面精彩，但是，如果創設實驗情景，讓學生動手體驗碰撞的過程，觀察碰撞后小球的運動，則更加能夠激發學生的探究愿望。

新課的導入，可以這樣進行。教師在課前將班級分成若干小組，每一組安排以下實驗器材：A.兩個等大小球用等長的細線懸掛在鐵架臺的橫桿上，組成兩個單線擺；B.兩個等質量等大的相同的鋼球各用兩根細線懸掛在鐵架臺的橫桿上，組成兩個雙線擺；C.兩個等質量不等，但大小的相同的鋼球各用兩根細線懸掛在鐵架臺的橫桿上，組成兩個雙線擺。讓學生動手實驗，提起一個鋼球從某一高度釋放，與靜止的另外一個鋼球碰撞，觀察鋼球碰撞后的運動。學生們發現：使用A組實驗器材，兩個小球碰撞后的運動不一定在同一豎直平面內，說明碰撞后小球的速度方向不一定在一條直線上；使用B組實驗器材，兩個小球發生碰撞后，小球的運動在同一豎直平面內，而且基本上交換速度；使用C組實驗器材如果讓重球撞擊靜止的輕球，碰撞后兩小球向同一個方向運動，但是，如果讓輕球撞擊靜止的重球，碰撞后重球向前以較小的速度運動，而輕球則反彈回來。……….由此，學生發現，兩個物體碰撞前后的速度都會發生變化，而且碰撞物體的質量與速度影響碰撞的結果。

在一維碰撞中不變量是什么，設兩個物體的質量分別為m1、m2碰撞前的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v′1、v′2，學生提出自己的猜想：可能有①兩個物體各自的質量與自身速度的乘積之和不變，即m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2；

②兩個物體各自的質量與自身速度的二次方的乘積之和保持不變，即：m1v21+m2v22=m1v'21+m2v'22；

③兩個物體的速度與自身質量的比值之和保持不變，即：v1m1+v2m2=v′1m1+v′2m2

④兩個物體的質量與自身質速度的比值之和保持不變，即m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2……。endprint

⑤兩個物體速度的和不變，即v1+v2=v′1+v′2；

對于猜想，是否合理？大家討論后發現，由于碰撞前后物體的速度可能為零，因此猜想④是不正確的；由于碰撞后物體的速度與碰撞時兩物體質量的大小有關，猜想⑤也是不正確的。猜想一定要以實驗事實為依據，要符合客觀實際。有了猜想，探究就有了方向。

（2）以提升學生探究能力為重點。

物理教學中的所說的科學探究是指“學生在建構知識、領悟科學研究方法、形成科學觀念的過程中所進行的各種活動。”

有了猜想，如何判斷猜想的正確性？實驗探究的方法是判斷猜想正確與否的最好方法。

i）讓學生設計實驗方案是提高探究能力的基礎。

由于氣墊導軌水平時，滑塊“漂浮”在氣墊上，可自由滑動，消除了摩擦的影響，可以很好的保證一條直線上的碰撞，也可以進行多種可能性的碰撞研究。

為了充分反應碰撞的多種可能性，按照由簡單到復雜，探究：①運動的滑塊與靜止的靜止的滑塊碰撞（包括等質量的兩個滑塊的碰撞、以及不等質量的滑塊的碰撞）②兩個運動的滑塊相互碰撞③運動的滑塊與靜止的滑塊碰撞后共同運動。

ii）讓學生親歷探究的全過程是提高探究能力的保證

在本節課的教學中。在只有一臺氣墊導軌的情況下，教師可以采取小組合作學習的方式，以學習小組為單位，做好分工。保證學生人人有事做，個個參與。

為了節省時間，第一小組探究猜想①，第二小組探究猜想②，第三小組探究猜想③。第四小組探究其他猜想。將相關數據記錄事先設計好的表格中。

iii）讓學生從實驗數據中得出結論是提高學生探究能力的關鍵

在本節課的教學中，對實驗數據的分析可以發現：在運動的滑塊與靜止的靜止的滑塊碰撞（包括等質量的兩個滑塊的碰撞、以及不等質量的滑塊的碰撞），兩個運動的滑塊相互碰撞的過程中，在實驗誤差范圍內，猜想①和②都是正確的，猜想③是不正確的。在這種情況下，教師引導學生在進一步分析運動的滑塊與靜止的滑塊碰撞后共同運動的數據，可以發現，猜想①是正確的，猜想②是不正確的。從而得出結論：碰撞過程中的不變量是質量與速度的乘積mv。

總之，基于提升學生物理核心素養的教學是體現物理教學價值的追求，每一個物理教師都應該在教學中不斷探索與思考，創設符合學生認知特點與物理學科特點的情景引入，組織蘊含有利于學生核心素養提升的學習情境，真正體現全面提升全體學生的物理核心素養的教學追求。

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