淺析物理學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向的高中力學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

王前鋒

【摘要】物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐漸形成的適應(yīng)個(gè)人發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)主要是通過課堂教學(xué)來實(shí)現(xiàn)，作為課堂教學(xué)的預(yù)設(shè)——教學(xué)設(shè)計(jì)自然就承擔(dān)了主要功能。本文通過問卷調(diào)查了解高中力學(xué)教學(xué)及物理學(xué)科核心素養(yǎng)意識(shí)現(xiàn)狀，主要以高中力學(xué)內(nèi)容的“摩擦力”為例，分別從物理核心素養(yǎng)的四個(gè)方面對(duì)高中力學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)展開分析，提出教學(xué)設(shè)計(jì)的相關(guān)策略，努力探索行之有效且符合核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】物理核心素養(yǎng);教學(xué)設(shè)計(jì);高中力學(xué);摩擦力

中圖分類號(hào)：G4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.24.029

隨著核心素養(yǎng)體系的提出，已有不少關(guān)于物理核心素養(yǎng)的研究，但當(dāng)下關(guān)于物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)大部分還只是停留在理論層面，仍舊缺少具體實(shí)例的作證和效果的反饋，缺少在具體的教學(xué)設(shè)計(jì)案例中詳細(xì)論述核心素養(yǎng)在教學(xué)設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)，所以，以某一具體案例為例，基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，已成為當(dāng)下較為迫切的課題。本文以高中力學(xué)內(nèi)容的“摩擦力”為例，提出具體的教學(xué)設(shè)計(jì)策略，將物理學(xué)科核心素養(yǎng)體現(xiàn)到教學(xué)設(shè)計(jì)中。

一、高中力學(xué)核心素養(yǎng)現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果分析

（一）高中力學(xué)教學(xué)及物理學(xué)科核心素養(yǎng)意識(shí)現(xiàn)狀分析

1.物理觀念素養(yǎng)的調(diào)查結(jié)果分析

由調(diào)查數(shù)據(jù)可知，對(duì)于隕石下落過程中的能量變化問題，只有58%的學(xué)生正確理解了這其中的能量關(guān)系;在判斷四種關(guān)于物理觀念的說法中，有25%的學(xué)生選到了錯(cuò)誤的選項(xiàng)。從物理觀念維度的調(diào)查結(jié)果分析得出，高中生的物理觀念僅達(dá)到五級(jí)水平中的前三水平，還未形成清晰、系統(tǒng)的物理觀念。這一現(xiàn)狀的出現(xiàn)可能是教師的課堂教學(xué)不夠全面、深度不夠所致，教師一味注重學(xué)科知識(shí)的傳授，而忽視了物理概念和規(guī)律在學(xué)生頭腦中的提煉與升華的引導(dǎo)。課堂教學(xué)的展開大部分依賴于教師課前的教學(xué)設(shè)計(jì)，教師在做教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，仍停留在機(jī)械講解的層面，未深入學(xué)科教學(xué)的本質(zhì)。

2.科學(xué)思維素養(yǎng)的調(diào)查結(jié)果分析

從調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，學(xué)生在模型構(gòu)建這一方面達(dá)到能說出簡(jiǎn)單物理模型，以及能在熟悉情境中應(yīng)用常見物理模型的水平。其中，在判斷關(guān)于力學(xué)內(nèi)容中的研究方法時(shí)，只有41%的學(xué)生選擇正確，說明學(xué)生對(duì)高中力學(xué)內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)方法掌握不足，學(xué)生的物理模型建構(gòu)能力與模型運(yùn)用能力還需提高。

3.科學(xué)探究素養(yǎng)的調(diào)查結(jié)果分析

由調(diào)查數(shù)據(jù)可知，學(xué)生具備基本的科學(xué)探究能力，但仍有待提高。科學(xué)探究是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究過程的掌握程度以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析處理能力的檢驗(yàn)。學(xué)生在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)課時(shí)，基本能夠遵從實(shí)驗(yàn)的原理，做到實(shí)事求是，當(dāng)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)不符時(shí)，44%的學(xué)生會(huì)選擇重復(fù)實(shí)驗(yàn)并記錄自己的數(shù)據(jù)，而不是抄襲或偽造數(shù)據(jù)。由于課程的壓力或是時(shí)間的不足，只有極少數(shù)學(xué)生會(huì)在課外時(shí)間利用日常材料來做一些物理小實(shí)驗(yàn)，在如此情況下，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，更應(yīng)該重視物理實(shí)驗(yàn)的部分，盡量在課堂上融入更多的實(shí)驗(yàn)。

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的調(diào)查結(jié)果分析

關(guān)于學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的調(diào)查結(jié)果表明，面對(duì)物理知識(shí)的應(yīng)用話題，大部分學(xué)生僅是偶爾關(guān)注，而在科技發(fā)展、自然資源的利用與環(huán)境保護(hù)關(guān)系方面，絕大部分學(xué)生有非常正確的科學(xué)態(tài)度、觀念與意識(shí)，說明學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境關(guān)系有較清晰的認(rèn)識(shí)，以及遵守道德規(guī)范，具備保護(hù)環(huán)境并推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。由此，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)切忌重視成績(jī)的提高，而忽視學(xué)生的品德培養(yǎng)，目前教學(xué)設(shè)計(jì)就存在這樣的問題，僅通過教學(xué)成績(jī)?cè)u(píng)定結(jié)果來衡量學(xué)生好壞，忽視對(duì)學(xué)生的全方面的培養(yǎng)，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)雖然達(dá)到了提高學(xué)生成績(jī)的效果，但不符合學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，未實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)的育人功能。

二、物理學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向的高中力學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)策略

（一）教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)

教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)要從物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)維度出發(fā)，故而教學(xué)目標(biāo)的制定不僅僅包含知識(shí)，還要注重科學(xué)思維和探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的目標(biāo)達(dá)成。因此，教師必須明確課程標(biāo)準(zhǔn)，研讀教材，對(duì)學(xué)生有較為深入的了解，才能確定適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)目標(biāo)。對(duì)于高中力學(xué)部分，要求學(xué)生能從運(yùn)動(dòng)與相互作用的角度去分析物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況，得出結(jié)論，并解決相關(guān)問題。

以“摩擦力”為例，設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)如下。

1.物理觀念

（1）理解靜摩擦力的定義、方向，靜摩擦力的變化范圍及其最大值。

（2）理解滑動(dòng)摩擦力的定義、公式、方向及產(chǎn)生條件，知道動(dòng)摩擦因數(shù)只與接觸面有關(guān)。

2.科學(xué)思維

（1）能夠判斷滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力的大小和方向。

（2）能夠分析生活中利用摩擦力或減小摩擦力的實(shí)例。

3.科學(xué)探究

（1）通過實(shí)驗(yàn)探究靜摩擦力的大小，找出靜摩擦力的最大值及變化范圍。

（2）通過實(shí)驗(yàn)探究滑動(dòng)摩擦力的大小，分析影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素。

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

（1）通過分析生活現(xiàn)象和探究實(shí)驗(yàn)過程激發(fā)學(xué)生堅(jiān)韌的科學(xué)態(tài)度。

（2）培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、敢于探索的科學(xué)意志和為物理奉獻(xiàn)的科學(xué)責(zé)任感。

（二）教學(xué)過程的設(shè)計(jì)

教學(xué)過程設(shè)計(jì)是教學(xué)設(shè)計(jì)的核心，也是最精華的部分，整個(gè)課堂教學(xué)的進(jìn)行都依據(jù)教學(xué)過程設(shè)計(jì)，對(duì)此，本文提出以下設(shè)計(jì)策略。

1.創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)物理知識(shí)的情境。教師在教學(xué)過程中，首先要引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)物理問題，因此要?jiǎng)?chuàng)設(shè)合理的物理情境。例如，在進(jìn)行“彈力”教學(xué)時(shí)，教師可以從跳水運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)用的跳板、體育比賽中的射箭、小朋友玩的彈弓出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生分析彈性形變時(shí)的彈力，進(jìn)而提出問題：“彈力是如何產(chǎn)生的？”讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容。

2.引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維方法建立物理知識(shí)。在物理教學(xué)中，若教師僅采用灌輸式教學(xué)，而不對(duì)內(nèi)容進(jìn)行思維處理，學(xué)生就很難形成自己的東西，由此，還需引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用比較、分析、歸納等思維方法去構(gòu)建屬于自己的物理知識(shí)。例如，在“牛頓第一定律”的教學(xué)過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生在回顧物理學(xué)史的基礎(chǔ)上進(jìn)行一步步猜想與假設(shè)，不斷完善實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而修正假設(shè)，得出正確的結(jié)論。

3.運(yùn)用規(guī)律分析和解決實(shí)際問題。當(dāng)學(xué)生初步形成概念后，必須及時(shí)給他們提供運(yùn)用概念的機(jī)會(huì)，讓他們將抽象的概念“返回”到具體的物理現(xiàn)實(shí)中去，使他們?cè)谶\(yùn)用概念解決實(shí)際問題的過程中，進(jìn)一步鞏固深化物理概念。例如，在進(jìn)行“力的分解”教學(xué)時(shí)，在學(xué)習(xí)了力的分解這個(gè)方法之后，教師應(yīng)提出一些生活中實(shí)際運(yùn)用力的分解的現(xiàn)象，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)去解釋現(xiàn)象。

以“摩擦力”為例，設(shè)計(jì)的教學(xué)過程如下：

（1）創(chuàng)設(shè)物理情境

教學(xué)任務(wù)1：利用生活現(xiàn)象，引入本節(jié)新內(nèi)容——摩擦力。

教師活動(dòng)：出示圖片：汽車緊急剎車、汽車的輪胎和鞋子的底部花紋。

提出問題：

1汽車在行駛時(shí)，司機(jī)突然剎車，汽車速度立刻減小至停止，汽車必然受到力的作用，你知道是什么力嗎？

2為什么汽車的輪胎和鞋子的底部要設(shè)計(jì)這么多花紋？

（2）引導(dǎo)思維加工教學(xué)任務(wù)2：學(xué)習(xí)靜摩擦力的概念及產(chǎn)生條件。

教師活動(dòng)：請(qǐng)兩位同學(xué)上來為大家做實(shí)驗(yàn)，一位同學(xué)先把手放在香皂水中弄濕，然后用濕的手拿著玻璃杯，另一位同學(xué)在一旁往杯中倒水，其余同學(xué)認(rèn)真觀察現(xiàn)象。

提出問題：

1玻璃杯最終可能會(huì)發(fā)生怎樣的現(xiàn)象？

2在倒水的過程中，拿杯子的那位同學(xué)會(huì)有什么反應(yīng)？

3靜摩擦力產(chǎn)生的條件是什么？

教學(xué)任務(wù)3：靜摩擦力方向的判斷。

教師活動(dòng)：結(jié)合教材上的思考與討論的靜摩擦力

有無的圖片情境，教師演示用力推講臺(tái)的過程，學(xué)生觀察。

提出問題：

1教師有沒有推動(dòng)講臺(tái)？

2教師在推講臺(tái)時(shí)，講臺(tái)會(huì)受到哪些方向的力呢？

3講臺(tái)受到的靜摩擦力的方向如何判斷呢？

教學(xué)任務(wù)4：探究靜摩擦力的大小，靜摩擦力的最大值及范圍。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生參照教材上的演示實(shí)驗(yàn)靜摩擦力的大小，分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

提出問題：

1用手拉彈簧測(cè)力計(jì)，木塊始終保持靜止的狀態(tài)，靜摩擦力的大小和方向是什么？增大拉力時(shí)，摩擦力又如何變化？

2當(dāng)拉力增到某一值時(shí)，木塊剛好開始動(dòng)，這時(shí)的讀數(shù)就是靜摩擦力的最大值，那么，靜摩擦力的變化范圍是多少呢？

教學(xué)任務(wù)5：知道滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件及滑動(dòng)摩擦力方向的判斷。

教師活動(dòng)：播放軟刷在刷桌面的視頻。

提出問題：1軟刷在運(yùn)動(dòng)過程中，刷毛為什么會(huì)彎曲？

2滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生時(shí)，所要滿足的條件有哪些？

3滑動(dòng)摩擦力的方向通過什么來判斷？

教學(xué)任務(wù)6：通過演示實(shí)驗(yàn)探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素，總結(jié)出滑動(dòng)摩擦力公式以及靜摩擦力的最大值與滑動(dòng)摩擦力的大小關(guān)系。

教師活動(dòng)：類比靜摩擦力的分組實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)滑動(dòng)摩擦力的大小，學(xué)生觀察。

提出問題：1滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)？

2木塊與木板剛好發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)怎樣變化？與靜摩擦力實(shí)驗(yàn)中木塊剛好拉動(dòng)時(shí)的讀數(shù)進(jìn)行比較。

3增加木塊中砝碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，記錄壓力與滑動(dòng)摩擦力的大小，分析數(shù)據(jù)，你能總結(jié)出滑動(dòng)摩擦力的公式嗎？

（3）解決具體問題

教學(xué)任務(wù)7：會(huì)運(yùn)用計(jì)算具體問題中滑動(dòng)摩擦力的大小。

教師活動(dòng)：讓學(xué)生做一做教材上的例題。

教學(xué)任務(wù)8：學(xué)會(huì)分析生活中與摩擦力有關(guān)的物理情境。

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生分析教材中說一說內(nèi)容中的兩個(gè)情境，再通過多媒體展示一些課外有趣的有關(guān)情境。

教學(xué)任務(wù)9：布置作業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)生課后利用生活中的物體去設(shè)計(jì)一個(gè)與摩擦力有關(guān)的小實(shí)驗(yàn)，以及完成課后相關(guān)習(xí)題。

三、總結(jié)和展望

教學(xué)設(shè)計(jì)是教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和學(xué)生特征進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，是為了有效地完成教學(xué)任務(wù)。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，教育的普及與大眾化，對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)已成為國際上各個(gè)國家科學(xué)課程改革所確立的共同目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，基于物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)的相關(guān)分析與研究也就此產(chǎn)生。本文通過對(duì)調(diào)查結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生主要存在以下問題：1物理學(xué)習(xí)興趣不高;2對(duì)知識(shí)的內(nèi)化加工能力較弱;3物理模型構(gòu)建和抽象能力不足。然后從核心素養(yǎng)的四個(gè)維度展開分析，最后針對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的每個(gè)方面提出具體的設(shè)計(jì)策略，并設(shè)計(jì)了“摩擦力”的教學(xué)設(shè)計(jì)。當(dāng)前高中物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)明顯處于短板狀態(tài)，期望本文的研究能夠引起教師的共鳴與思考，努力探索行之有效且落實(shí)核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)。

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