核心素養下的高中物理課堂教學探索

【摘要】基于普通高中物理學科核心素養，以2019人教版高中物理選擇性必修一第一章“動量守恒定律”中的第二節“動量定理”為例，通過展示課堂教學理念和教學設計有關的探索，讓學生在掌握知識的基礎上，促進學生核心素養的提升。

【關鍵詞】學科核心素養；物理觀念；科學思維；科學探究；科學態度與責任

【中圖分類號】G633.7 " 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2025）04-0052-03

學科育人價值集中體現在學科核心素養上，它是學生在學科學習過程中逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。對于物理學科而言，其核心素養主要涵蓋物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任這四個方面。“動量定理”這節課，在整個高中物理階段，是非常重要的一節內容，本節課從力對時間的累積效果，提出了沖量的概念，又從沖量與動量變化量的關系，得出動量定理，從動量的角度揭示了力和運動的關系。通過本節課的教學，有利于學生核心素養的提升。針對本節課，本人從課堂教學上做了以下的探索。

一、結合新課程理念，緊扣課程標準制定教學目標，注重學生學科核心素養的提升

《普通高中物理課程標準》（以下簡稱《新課標》）中明確指出：高中物理課程隸屬于普通高中自然科學領域，是一門極為重要的基礎課程。其根本目標在于切實落實立德樹人這一根本任務，通過課程學習，進一步全方位提升學生的物理學科核心素養[1]。

本節課《新課標》中是這樣要求的：（1）能在恒力情況下進行理論推導，得出動量定理及其表達式；（2）知道沖量概念，知道動量定理及其表達式的物理意義；（3）知道動量定理適用于變力情況，領會求解變力沖量時的極限思想；（4）會用動量定理解釋生活生產中的相關現象和解決實際問題。

本人在教學設計時結合《新課標》，創新使用教材，關注學生的核心素養，制定了具體教學目標。

【教學目標】

1.物理觀念

（1）讓學生在裝有沙子的礦泉水瓶下面抽出紙條或布條，分析物體動量的改變與力和時間的關系；（2）知道沖量的概念，知道沖量的物理意義，會求合外力的沖量；（3）知道動量定理的內容，深刻領悟沖量是改變物體動量變化的原因。

2.科學思維

（1）在理論推導恒力、多力、變力等情況下以及動量變化量與力和時間的定量關系的過程中，讓學生進一步經歷構建模型、科學推理、科學論證的環節；（2）利用微元的思想分析F-t圖像面積的含義，體會物理中的科學方法和類比思想。

3.科學探究

（1）在得出動量定理的過程中，讓學生經歷提出問題、收集證據、理論解釋、小組交流等科學探究的各個環節；（2）通過DIS裝置演示變力作用下的碰撞，收集信息，獲取證據，分析論證，發展學生的科學探究能力。

4.科學態度與責任

（1）用動量定理去解釋生活中的緩沖現象；（2）通過分析高空墜物來提高安全意識與社會責任。

在設計教學目標時創新使用教材，讓學生獲得知識的同時，又引導學生經歷了科學探究的過程，并讓學生體會科學探究的方法。教學目標是教育教學活動的核心，是衡量教學效果的重要指標，同時也是逐步提升學生核心素養的關鍵，教師可以結合課程標準、參考用書等，并創新使用教材，制定教學目標，根據學生的實際情況，調整教學目標的內容和難度。

二、課堂游戲引入，引發學生認知沖突，充分調動學生參與的積極性

挑戰游戲一：摔雞蛋

挑戰規則：用力向展開的布上摔雞蛋，摔碎雞蛋即挑戰成功

挑戰游戲二：單手劈磚

挑戰規則：一只手按著磚的一半，用另一只手去劈磚的另一半，劈開即挑戰成功

提出問題：回想剛才激動人心的時刻，摔雞蛋和劈磚都出現了碰撞，同樣是撞擊，為什么薄薄的蛋殼沒有碎，而堅硬的青磚卻被劈開了呢？

摔雞蛋和單手劈磚，這兩個挑戰游戲生活中很常見。但是，學生卻無法解釋實驗現象。在體驗之后引發學生認知的沖突，自然生成問題，從而進入新課的教學，這一設計也符合高二學生好奇心強、活潑好動的特點。

三、層層設疑，引導學生經歷科學探究的過程

科學探究是指基于觀察實驗提出問題，形成猜測和假設，設計實驗與制定方案，獲取和處理信息，基于證據得出結論并做出解釋。在本節課中，本人先設計了手拉紙條帶動瓶子運動的具體實驗情境。通過觀察實驗提出問題，并形成合理的猜測與假設。具體如下。

提出問題：動量變化量的影響因素有哪些呢？它們之間又有什么樣的關系呢？

實驗探究一：影響動量變化的因素

利用分組實驗把紙片或布條從礦泉水瓶下面抽出（必須抽出來）。在抽出的過程中比一比，看誰能讓瓶子走得更遠，并由此猜測影響動量變化的因素。通過小組交流，搜集證據形成合理猜測：動量的變化量與力和時間都有關系，力越大，時間越長，動量變化量越大。該設計貼近學生的生活，取材方便，有趣味性，寓教于樂。

自然生成問題：同學們能否利用所學知識，進一步探究動量變化量與力和時間存在什么樣的定量關系呢？進而過渡到理論探究一環節。

理論探究一：在光滑水平面上的質量為m 的物體在水平恒力F 的作用下，經過時間t，速度由？淄 變為？淄′。試推導恒力F與物體動量變化量之間的關系。

結論：物體在運動方向上只受力F時，存在F？駐t=？駐ｐ即F與？駐t的乘積等于動量的變化量。

理論探究二：假設在水平恒力 F 和阻力f 的共同作用下，經過時間 t，質量為m的物體的速度由？淄1 變為？淄2，試找出力、時間與動量變化量的關系。

結論：物體受多個力時，合力與？駐t的乘積等于動量的變化量（F-f）？駐t=？駐ｐ

理論探究三：在變力作用的情況下，力與時間的乘積還等于動量的變化量嗎？

我們可以把實際過程細分為很多時間間隔相等的短暫過程，每個短暫過程仍可近似看做恒力作用，前面推導的結論F？駐t=m？淄′-m？淄仍成立。

對第一小段：F1？駐t1=m？淄1-m？淄0

對第二小段：F2？駐t2=m？淄2-m？淄1

以此類推：Fn？駐tn=m？淄n-m？淄n-1

F1？駐t1+F2？駐t2+F3？駐t3+…+Fn？駐tn=？駐ｐ

結論：在變力作用的情況下，動量的變化量仍然和力與時間的乘積存在定量的關系。

對于動量定理的推導，雖然是理論探究，但也讓學生經歷了科學探究的過程。先引導學生進行理論探究一：在光滑的水平面上用恒力F拉物體，請同學們推導一下，在這個過程中，恒力F以及？駐t和動量的變化量？駐ｐ之間的定量關系。得出恒力作用：F？駐t=？駐ｐ。又進一步引導學生思考：這個結論具有普遍性嗎？剛才物體在運動的直線上，只受了一個力，如果受多個力，比如除了向前的動力F外，還有向后的摩擦阻力f，這個時候，物體的受力和時間、動量變化量之間還有上面的定量關系嗎？請同學們進一步推導得出，多力恒力：（F-？覼）？駐t=？駐ｐ。接下來引導學生形成猜測：會不會是合力與時間的乘積等于動量變化量呢？如果是，當合力為變力時，這一結論還成立嗎？自然過渡到變力作用的推導。

當推導出動量定理后，在實驗驗證階段，通過提供器材，讓學生設計實驗方案，獲取數據信息。基于證據得出結論，當出現誤差時讓學生做出解釋，都很好地體現了科學探究的各個環節。

四、實驗驗證：動量變化量與力和時間的定量關系

提出問題：物理上任何一個規律的發現都要經得起實踐的檢驗，動量定理能夠經得起實踐的檢驗嗎？

實驗驗證一：恒力作用下的動量定理

利用桌上提供的實驗器材（打點計時器、紙帶、重錘、刻度尺、電子秤、鐵架臺），大家討論實驗方案，連接裝置，設計實驗表格記錄實驗數據，學生分組實驗，" "小組交流展示。

實驗驗證二：變力作用下的動量定理

介紹DIS（數字化信息系統）并演示變力作用下的碰撞實驗，進一步驗證動量定理。通過教師設計問題的情境，讓學生通過觀察實驗提出問題，引導學生形成猜測和假設，再通過師生互動和生生互動，讓學生經歷設計實驗和制定方案的過程，在實驗探究中有意識獲取和處理信息，基于證據得出結論并做出解釋，通過一系列活動提升學生的實驗能力和科學素養。在應用環節，為了讓學生關注社會生活，把教材章末復習與提高中的B組第3題創造性地改為課堂練習，引發思考。

【探究】假設一個質量為50 g的雞蛋從18樓的窗戶掉落，每樓層的高度差為3 m，當雞蛋與地面撞擊時，雞蛋處于豎直位置，高度為5 cm，雞蛋下沿落地后，可以認為雞蛋上沿是勻減速運動，運動到地面時恰好靜止，把雞蛋的上、下沿落地的時間差作為雞蛋與地面的撞擊時間，不考慮空氣阻力，試估算從18樓下落的雞蛋對地面的平均沖擊力。在檢驗高空墜物雞蛋的破壞性時，又結合理論探究進行了分析，讓學生基本明白，科學探究不一定都是實驗探究，也可以是理論探究，而且兩者都同等重要。

五、結語

本節課結合學生認知規律，老師精心設計學習環節，通過師生互動、生生互動，既培養了學生的動手動腦能力，又加深了對規律的理解。在引導學生探究動量變化量的影響因素及其定量關系時，通過探究過程，讓學生經歷提出問題、收集證據、理論解釋、小組交流等科學探究的各個環節，發展了學生的模型建構、科學推理、科學論證能力；通過實驗驗證，讓學生形成科學的態度；通過解釋現象，幫助學生認識科學本質，在提升學生的核心素養方面有較大突破。也希望通過本節課的教學探索，為我們在課堂教學中打開新的思路，更多關注并提升學生的學科核心素養。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：北京師范大學出版社，2020.