基于物理核心素養的課堂教學設計
——以“平拋運動”教學為例

麗芬

(江蘇省梅村高級中學,江蘇 無錫 214112)

物理核心素養是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。學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，也是學生科學素養的關鍵成分。物理核心素養主要包括：物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任，這四者是相互聯系、共同發展的。下面以“平拋運動”為例談談基于提升物理核心素養的課堂教學設計。

1 基于物理核心素養的設計思路

本節課的教學設計關注提升學生物理核心素養的要求，注重物理學核心概念的建立，強調知識的建構過程。為了讓學生充分體會物理學習和科學研究的方法和樂趣，將課堂教學設計大致分為以下幾個主要環節，教學流程如圖1所示。

圖1

1.1 活動導入，建構模型

新課引入環節以比賽投籃的活動展開，其目的一是激發學生的興趣，將學生迅速帶入課堂；二是這個活動貼近生活，能讓學生從身邊熟悉的生活現象中去探究并認識物理規律，同時將學生了解到的物理知識及科學研究方法與社會實踐結合起來，讓學生體會到物理在生活、生產中的實際應用。在活動中，通過投擲石球和紙飛機的對比，提出拋體運動的概念，指出平拋運動是一種理想模型。

1.2 化曲為直，分析驗證

此環節設計主要有兩個目的：其一，引導學生學會運用“運動的合成與分解”的方法分析、處理平拋運動，利用牛頓第二定律進行理論推理得出兩個方向的分運動，從而培養學生的科學思維能力；第二，在理論分析的基礎上進一步利用實驗展開科學論證，驗證平拋運動在水平和豎直方向的兩個分運動，這可以幫助學生發展探究能力，提高推理能力、批判思維能力和交流能力。在實驗中學生可以通過“聽”和“看”兩個小球是否同時落入框中，來推理得出結論，為了能讓結論的得出更為嚴密，在水平和豎直兩次驗證中均用擋板在半途任意位置攔截小球，兩小球能同時撞擊擋板則更能說明它們在該方向上具有相同的運動規律。最后，讓分別做平拋、勻速直線和自由落體的三個小球同時運動，同時落入框中，以產生視覺和聽覺上的震撼效果，使學生對這個實驗印象深刻。

1.3 現學現用，總結規律

此環節的設計打破常規例題的講解模式，將學生對平拋運動規律的得出和應用融入活動中，一來起到前后呼應的效果，二來在問題的設置上層層遞進，加上計算機軟件的真實模擬，既引導學生自主總結出相關的運動規律，學會了將平拋運動的規律應用到實際問題中，又能將生活經驗與物理理論知識結合起來，讓學生體會到學習物理的樂趣。

1.4 思維拓展，方法提升

此環節的設計是通過對斜拋運動的分析，希望學生總結問題解決的方法，將“化曲為直”的思想方法靈活運用到其他拋體運動乃至其他的曲線運動中，同時體會“化繁為簡”“化生為熟”的思維方法，為學生將來處理其他問題奠定基礎。

2 教學過程

2.1 活動導入，建構模型

活動：請兩位同學比賽投籃，其中一位同學投石頭球，另一位同學投紙飛機，隨后交換再投一次。過程中請同學觀察并提出問題：石頭球和紙飛機在空中運動時各有什么特點？

根據學生的回答總結出拋體運動的特點：① 球以一定的初速度拋出；② 運動過程中空氣阻力很小可忽略，故只考慮重力；③ 球的運動軌跡是曲線。

紙飛機所受空氣阻力不能忽略，故紙飛機的運動不是拋體運動，從而得出拋體運動其實是一種理想模型，進而提出平拋運動的概念：初速度沿水平方向的拋體運動，是一種勻變速曲線運動。

2.2 化曲為直，分析驗證

拋體運動顯然是一個曲線運動，我們應該如何來研究這一種復雜的運動？以比較常見的平拋運動為例，請學生思考。提示：能否利用已有的直線運動的規律來解決運動的問題？想辦法化曲線為直線。

環節1：利用動力學知識從理論上分析處理平拋運動

提問：平拋運動可以分解成哪兩個方向的運動？

學生提供方案，并說明這樣處理的理由。

以拋出點為坐標原點，水平方向為x軸，豎直向下方向為y軸，建立坐標系，并從這一瞬間開始計時。

提問：從動力學角度分析，水平方向和豎直方向分別是什么運動？

引導學生從受力分析入手研究兩個方向的運動，由牛頓第二定律得出：在水平方向上，初速度為v0，不受力，加速度為0，做勻速直線運動；在豎直方向上，初速度為0，只受重力作用，加速度為g，做自由落體運動。

環節2：利用實驗進行驗證(平拋運動演示儀)

對于理論分析，或許還是有學生對之仍存懷疑，怎么辦？能否從實驗的角度進一步加以驗證？請學生設計簡單的實驗，提出驗證思路。

① 如何證明水平方向的勻速運動？

將平拋運動與相同初速度的水平方向的勻速運動對比。

實驗演示：重復實驗，將擋板豎直置于小球運動的任意位置，觀察現象。

② 如何證明豎直方向是自由落體運動？

將平拋運動與同高度釋放的自由落體運動對比。

實驗演示：重復實驗，將擋板水平置于小球運動的任意位置，觀察現象。

兩次驗證過程中提醒學生注意“看”“聽”，請學生分析實驗現象，得出結論。

③ 將平拋運動、自由落體運動、水平勻速運動三個運動結合起來，一起觀察。

2.3 現學現用，總結規律

利用軟件模擬真實環境中的平拋運動，如圖2建立二維坐標系，圖中每格代表實際長度0.4米，小球開始位于坐標原點，右下角方塊表示籃筐。

圖2

環節1：模擬前面的投籃過程

提問：如圖2所示，要將小球從籃筐正中間投入，所需初速度為多大？

學生思考計算并給出具體方法及答案，讓他們通過簡單的計算，體會運動分解的思想方法。

環節2：投籃活動

提問：從相同的高度，但離開籃筐的水平距離不同，均要求從籃筐正中間投入，請比較兩次拋出時的初速度大小？

① 學生根據生活經驗可得出：離籃筐越遠拋出時需要的初速度越大；

③ 由以上分析可得出一般規律：平拋運動下落時間僅由高度決定；水平位移則由初速度和時間(高度)共同決定。

學生提供數據，模擬演示，同時加以頻閃，如圖3所示。

圖3

現象：① 離籃筐遠近不同的兩球同時拋出，同時由同一位置進籃；② 每一時刻兩個小球都處在相同的高度。

結果表明：兩個分運動相互獨立，時間由豎直方向的分運動決定。

環節3：加深理解

活動：請身高差異較大的兩位同學站在離開籃筐水平距離相同的位置，同時拋出小球；

提問：① 哪位同學拋出球的水平速度比較大？

② 兩個小球同時進籃嗎？如果不同時，請問哪位同學拋的球先進籃？

學生分析：由于水平位移相同，則矮的同學初速度大。不同時進籃，矮的同學球的運動時間短，先進籃(學生提供數據模擬演示)。

提問：若要求兩個球同時進籃，兩位同學應該怎樣拋？

環節4：平拋運動的速度

在軟件模擬環節3的運動過程中顯示速度矢量，發現小球運動時間越長，速度越大，且速度方向越來越接近豎直方向，這與生活經驗相符。

提問：球進籃時的速度如何確定？

圖4

提問：若球運動時間足夠長，速度的方向會變成豎直方向嗎？

環節5：平拋運動的位移和軌跡

提問：小球從拋出到進籃的位移如何確定？

圖5

提問：小球從拋出到進籃過程的軌跡如何？

2.4 思維拓展，方法提升

圖6

平拋運動可以采用化曲為直的方法處理，而實際生活中還有更多拋體運動初速度不在水平方向，而是斜向上方或斜向下方(斜拋)。斜拋又如何解決？請學生提出處理方案。

如圖6所示，建立直角坐標系，水平方向做初速度為v0cosθ的勻速直線運動，豎直方向做初速度為v0sinθ向上、加速度為g的豎直向下的勻變速運動直線運動。請學生課后嘗試推導出斜拋運動的軌跡，分析斜拋運動軌跡方程，總結其運動特征。

3 總結反思

筆者基于“物理核心素養”培養的要求展開教學設計，通過創設情境，形成物理觀念，建構理想模型，培養科學思維能力。通過學生自主展開理論探究，加以實驗論證，注重科學探究的能力培養。打破常規例題的講解模式，將平拋運動規律的應用融入日常活動中，加上軟件的仿真模擬，讓學生體會學習物理的樂趣，學以致用，最后以斜拋運動為例在方法上加以提升。

[1] 戴國成.基于核心素養的物理實驗創新性探討[J].物理教師,2016,(12):43-44.

[2] 王高.物理核心素養培養淺探[J].物理教師,2016,(12):15-19.