基于物理核心素養的教學設計分析
——以“平拋運動”教學為例

(南京師范大學教師教育學院，江蘇 南京 210097)

1 引言

物理核心素養是指學生在接受物理教育的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。基于課程價值的追求，在物理教學中應以核心素養為導向，給學生留下對他們終身發展最有價值的東西。越來越多的物理教育工作者接受和推崇該理念，并在自己的教學實踐中不斷嘗試。筆者以某中學物理教師的“平拋運動”教學為例，分析該教學實施中是如何體現物理核心素養培養要求的，并指出其中需改進之處。

2 基于物理核心素養的教學分析

教學片段一：新課導入

教師播放PPT，呈現三幅圖片。

師：關于汽車飛起越過湍急河流的圖片，這輛車到達最高點之后落到對岸的運動是什么運動？關于滑雪運動員飛躍的圖片，滑雪運動員從山坡頂端水平飛出后做什么運動？關于飛機投彈的圖片，水平飛行的飛機投出炸彈，炸彈做什么運動？這幾個運動有何共同特點？

生：都是做曲線運動，都有初速度。

師：初速度有什么特點？

生：水平向前。

師：大家發現這些運動的軌跡為曲線、初速度水平向前，還可從其他角度發現什么特點嗎?從受力角度會發現什么特點呢？

生：只受重力。

師：只受重力嗎？沒有空氣阻力？

生：空氣阻力可以忽略。

師：通常這樣的運動不計空氣阻力。關于這3個運動，在空氣阻力不計的情況下，它們都屬于平拋運動。

上述新課導入，教師利用三幅圖片展現真實場景中物體的運動，生動形象，豐富了學生的直觀印象，調動了學生的感性思維。通過一步步設問，讓學生明白這類運動都是平拋運動，從核心素養的“物理觀念”角度，學生逐漸形成對平拋運動的認識，并了解了生活現象中包含平拋運動，能描述自然界中的此類圖景；從“科學思維”角度，學生對平拋運動的模型形成初步的建構；從“科學態度與責任”角度，該新課導入激發了學生去學習和研究物理的好奇心與求知欲，在小組討論中能主動與他人合作，基于頭腦中已有的認知和教師引導表達自己的觀點，不知不覺中滲透了科學·技術·社會·環境(STSE)的教育，使學生意識到原來生活場景中處處隱含物理知識。教師不僅要教會學生解決“模型化”問題，更要啟發學生思維，解決與生活相關的問題，為后續學習與發展奠定基礎。此外，學生在回答“只受重力”時，教師適當提醒空氣阻力可忽略，保護了學生的自尊心，讓學生感覺親切，即使回答錯誤或不全面也并不可怕。

同時，該段引入也存在一些不足之處。譬如，利用汽車越過湍急河流的圖片，雖然從學生的現場反應來看，該圖片驚險刺激，充分調動了學生的視覺感官，吸引學生的注意力，但之后教師的設問：“這輛車到達最高點之后落到對岸的過程中是什么運動？”教師的意圖是希望學生體會此處“最高點”的含義：有水平向前的初速度，豎直方向上初速度為0，且只在重力作用下運動，但實際上對于這個問題學生很難聯系到平拋運動，學生可能單憑經驗覺得它是一曲線運動，所以在此處，教師不妨設置一懸念，讓學生思考“最高點”的含義。再如:學生從運動軌跡和速度兩方面回答了“運動的共同特點”后，教師追問：還可以從哪些角度分析？學生無回應，此時教師便直接提示學生從力的角度去思考。筆者認為，在提問時，教師可以做一些適當的鋪墊，如回顧之前學過的某種運動，當時是從速度、位移、受力等角度去分析，然后再讓學生回答這問題，學生便會想到要從哪些角度去回答，從而避免冷場。

教學片段二：平拋運動的定性探究

師：下面來看一個對比實驗(如圖1)，上面斜槽的末端切線水平，小球從一定高度釋放，飛出后做平拋運動；下面斜槽的末端接一水平軌道，小球落下后，在水平方向做勻速直線運動。現在要對比兩者的運動情況，那么前提是什么？

圖1

生：從斜槽上滑下的高度相同。

師：確保高度相同是為什么？

生：保證從斜槽上落下時速度相同。

老師接通電源，電磁鐵吸附小球。

師：現在把電源切斷，電磁鐵磁性沒了，兩小球同時落下，如果它們水平方向的運動是一樣的，會怎樣？

生:相碰。

老師演示，兩小球確實相碰。

物理實驗是培養學生物理學科核心素養的有效途徑，在上述教學片段中，教師利用對比實驗，使學生對平拋運動在水平方向上做勻速直線運動的觀念有了更直觀的理解。學生具有建構模型的意識，會把平拋運動進行分解，能夠推理預測并解釋接下來發生的兩球相撞現象。對于教師提出的“兩小球同時落下，如果它們水平方向的運動是一樣的，會怎樣？”雖然學生沒有親自操作，但依據教師所做的實驗，獲取證據，具有合作與交流的意愿。此外，對于小球落下相撞過程過于短促，學生不便于觀看的問題，可引導學生提出改進措施，這也是對學生反思能力的培養。

教學片段三：分析小球運動的頻閃照片

學生通過小組討論，得出結論：小球在水平方向做勻速直線運動、豎直方向做自由落體運動，教師用PPT呈現小球運動的頻閃照片。

師：怎樣利用這張圖片證明小球在水平方向上是勻速運動？

生：過小球作垂直于X軸的直線，如果在水平方向間距相同，就說明小球在水平方向做勻速直線運動。

師：如何證明豎直方向是自由落體呢？

生：過小球作垂直于Y軸的直線，算出位移差Δs。

師：運用的是哪個公式？

生：在勻加速直線運動中，相鄰相同時間內位移差相同。

師：相鄰相同時間內位移差Δs=gT2,頻閃頻率為25Hz，則T=0.04s，如此可計算出g。

學生點頭，表示贊同。

師:對嗎？Δs是在照片上量出來的，它跟實際自由下落的位移差一樣嗎？

生：不一樣。

師：所以用上述方法能不能算出重力加速度？

生：不能。

師：在理論上是可以的，但在現有情況下，我們不知道自由落體下落的距離與照片中距離的比例關系，所以沒法計算。

在上述片段中教師簡單說明了用頻閃照片記錄小球的平拋運動，引導學生利用頻閃照片來分析小球在水平和豎直方向上的運動，學生積極思考，從定性和定量兩個方面進行探究，找出運動規律。學生想到：過小球作垂直于X軸的直線，若間距相同能說明水平方向為勻速直線運動，這是基于先前所學的知識，合理進行知識遷移，體現了“物理觀念”的培養要求。在此過程中，教師先后在黑板上寫“理論分析”—“科學探究”，這其實是在培養學生的科學意識。

3 結語

這節課的教學踐行了培養學生物理核心素養的理念，在整個過程中教師起引導作用，啟發學生思考，通過手腦并用，豐富學生的物理觀念、促進科學思維的形成。同時通過定性和半定量的實驗探究，讓學生經歷科學探究過程，學習科學方法。用多種手段激發學生的興趣，培養學生的科學態度與責任。