基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計

楊千方　梁旭

摘要：以核心素養(yǎng)為目標(biāo)，通過任務(wù)分解、情境創(chuàng)設(shè)和問題設(shè)計，將“牛頓第二定律”的素養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)在具體的學(xué)習(xí)活動中，并就思維引導(dǎo)、教學(xué)活動方式提出了建議.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；教學(xué)設(shè)計；牛頓第二定律；加速度

作者簡介：楊千方（1981-），男，安徽潛山人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：高中物理學(xué)科教學(xué)；

梁旭（1962-），男，浙江上虞人，本科，中學(xué)特級教師，浙江省高中物理教研員，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)目標(biāo)、方法和策略.

1任務(wù)分解

任務(wù)1：初步體會a與F、m關(guān)系.

任務(wù)2：牛頓第二定律的理解.

任務(wù)3：用牛頓第二定律解決簡單問題.

2教學(xué)活動

任務(wù)1：初步體會a與F、m關(guān)系.

問題情境：播放短視頻“F1賽車”如圖1所示，F(xiàn)1賽車車手要想贏得比賽，除了賽車手的技術(shù)高超外，賽車本身也是贏得比賽的關(guān)鍵.賽車設(shè)計師怎樣設(shè)計才能使賽車達(dá)到要求呢？問題如表1所示.

表1

問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)

1在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，如果考慮到實(shí)驗(yàn)有一定誤差，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虻玫皆鯓拥慕Y(jié)論？歸納得出物體的加速度跟它的質(zhì)量及所受作用力之間的關(guān)系（科學(xué)探究）

2觀看F1賽車啟動視頻，你認(rèn)為F1賽車的什么性能最重要？

3 要想使F1賽車啟動獲得較大的加速度，我們該如何設(shè)計汽車？為什么？能應(yīng)用牛頓第二定律分析簡單的動力學(xué)問題（科學(xué)思維）

教學(xué)建議：

（1）思維引導(dǎo)建議：依據(jù)上節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的圖象如圖2、圖3所示，考慮到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有一定的誤差.可以將圖象轉(zhuǎn)化為過原點(diǎn)的情形，得到當(dāng)質(zhì)量m一定時，物體的加速度a與物體所受作用力F成正比；當(dāng)物體所受作用力F一定時，物體的加速度a與質(zhì)量m成反比.

在總結(jié)結(jié)論之后，讓學(xué)生觀看視頻，體會設(shè)計賽車時要有大的加速度，一方面需要有強(qiáng)大動力的發(fā)動機(jī)，另一方面在保障安全的前提下減小質(zhì)量.

（2）教學(xué)活動建議：問題1可以在學(xué)生獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上，進(jìn)行小組討論和回答；問題2和問題3可在學(xué)生獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上讓學(xué)生回答，同學(xué)與教師補(bǔ)充完善.

任務(wù)2：牛頓第二定律的理解.

問題情境：如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置簡化為示意圖圖5，問題見表2所示.

表2

問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)

1 如圖5所示，小車受到幾個力的作用？此時F=kma中的F是什么含義？

2 如圖6所示，用一個力推物體，物體卻沒有產(chǎn)生加速度，為什么？要使物體產(chǎn)生加速度應(yīng)該滿足什么條件？理解公式中的F是物體所受到的合力（物理觀念）

3 F=kma僅僅是數(shù)量關(guān)系式嗎？還有什么關(guān)系？如何表述？

4 如果小車所受的合外力發(fā)生變化，加速度的變化是瞬間發(fā)生的嗎？這說明F=kma是什么關(guān)系？

5F=kma這個式子中，是加速度決定了力，還是力決定了加速度？理解牛頓第二定律的因果性、矢量性、瞬時性（物理觀念）

6F=kma這個關(guān)系式能否更加簡潔一些呢？

7使用F=ma這個關(guān)系式時，對各物理量的單位有什么要求？

8除了1N的力約為1kg物體重力的十分之一外，我們現(xiàn)在對它還有怎樣的認(rèn)識？知道牛頓第二定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式，知道采用國際單位制時k=1.知道力的國際單位是牛頓（N），理解1N的物理意義（物理觀念）

教學(xué)建議：

（1）思維引導(dǎo)建議： 牛頓第二定律是一個實(shí)驗(yàn)定律，基于實(shí)驗(yàn)總結(jié)得到的關(guān)系是一個數(shù)量關(guān)系，認(rèn)識牛頓第二定律表達(dá)式中F的含義和表達(dá)式隱含的矢量性、瞬時性和因果性可以深化對運(yùn)動和力關(guān)系的認(rèn)識，是教學(xué)中應(yīng)該加以重視的.通過系列問題引導(dǎo)，讓學(xué)生討論，可讓學(xué)生比較全面地認(rèn)識牛頓第二定律的意義.

（2）教學(xué)活動建議：問題1至5可以讓學(xué)生獨(dú)立思考后回答，同學(xué)老師補(bǔ)充完善.問題6至8可以先讓學(xué)生獨(dú)立思考，然后引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材后再回答.

任務(wù)3：用牛頓第二定律解決簡單問題.

問題情境：

（1）如圖7，中國航天員在太空（可相當(dāng)于不受重力）中測量人體質(zhì)量的短視頻.

（2）如圖8，某質(zhì)量為1100kg的汽車在平直的路面上試車，當(dāng)達(dá)到100km/h的速度時取消動力，經(jīng)過70s停了下來.汽車受到的阻力是多少？重新起步加速時牽引力為2000N，產(chǎn)生的加速度是多少？假定試車過程中汽車受到的阻力不變.

（3）如圖9，牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)裝置中的砝碼盤及砝碼.問題見表3.

表3

問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)

1太空中常用的質(zhì)量秤量工具都無法工作，怎樣才能測量航天員的質(zhì)量？

2為什么測量質(zhì)量時航天員需要運(yùn)動一段距離？為什么航天員需要抱緊金屬桿？能應(yīng)用牛頓第二定律分析、解決簡單的動力學(xué)問題（科學(xué)思維）

通過應(yīng)用牛頓第二定律在太空測質(zhì)量，讓學(xué)生深切感受到科學(xué)的魅力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）

3求解（3）中圖9問題時，選擇的研究對象是什么？

4受力分析的目的是什么？運(yùn)動分析的目的是什么？

5如何解決力和加速度方向不同時的運(yùn)算問題？掌握應(yīng)用牛頓第二定律解決簡單動力學(xué)問題的基本思路和方法（科學(xué)思維）

6 輕質(zhì)滑輪兩邊繩子上的拉力相等，實(shí)驗(yàn)時繩子拉力等于砝碼盤及砝碼的重力嗎？

7實(shí)驗(yàn)時有何要求？ 運(yùn)用牛頓第二定律解釋實(shí)驗(yàn)：能得出的實(shí)驗(yàn)條件（科學(xué)思維）

教學(xué)建議：

（1）思維引導(dǎo)建議：完全失重狀態(tài)下天平、秤等無法工作的道理學(xué)生還不能理解，只能由教師直接給出.由F=ma，如果可以測量彈簧的彈力與物體運(yùn)動的加速度，由F=ma，可以計算物體的質(zhì)量.如果有學(xué)生指出真實(shí)測量時的作用力是彈簧的彈力，它是變力，根據(jù)牛頓運(yùn)動定律的瞬時性，只要測出同一時刻的力與加速度，依然可以測得質(zhì)量.只有運(yùn)動才能測量加速度，抱緊的目的是讓人的加速度與金屬桿的加速度盡量相同.

應(yīng)用牛頓第二定律解決問題涉及到受力分析、運(yùn)動分析、規(guī)定正方向、結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式求解等，是綜合性很強(qiáng)的復(fù)雜任務(wù)，應(yīng)該重視科學(xué)思維過程（思路）的形成和規(guī)范.

（2）教學(xué)活動建議：問題1、2是聯(lián)系實(shí)際的、背景比較復(fù)雜的問題，在學(xué)生獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上進(jìn)行小組討論，再進(jìn)行交流.問題3至5可在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，由教師結(jié)合題目講解過程進(jìn)行示范.問題6、7要求學(xué)生按照前面問題解決的思路和規(guī)范進(jìn)行求解，教師選擇部分解答引導(dǎo)學(xué)生一起評析和完善.