优化物理课堂教学 培育学科核心素养
——以《牛顿运动定律》教学为例 骆文洲 傅可钦 浙江义乌中学(322000) [摘 要]深化课程改革业已从知识导向、能力导向走向了素养导向，相应的课程目标也从原来的双基目标、三维目标走向了核心素养。基于培育学生物理学科核心素养的物理教学，必须对原有的教育观念、课程内容、教学方式等进行变革，以进一步优化物理教学过程，从而切实凸显物理学科的本质，体现物理学科独特的育人价值。 [关键词]课堂教学，核心素养；牛顿运动定律；物理课堂教学 人民教育出版社黄海旺主任曾指出：高中物理学科核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身学习和社会发展需要的基础知识、关键能力、科学态度等方面的表现，是学生通过物理学习集中体现的带有物理特征的品质。而学生进行物理学习的重要途径就是物理课堂教学，因此，基于培育学生物理学科核心素养的物理课堂教学应该如何进一步优化就显得非常重要了。下面以人教版物理必修一《牛顿运动定律》的教学为例，谈谈如何立足物理学科核心素养优化高中物理课堂教学。 一、优化“牛顿第一定律”教学，着力培育学生的“科学思维”素养 “科学思维”素养指的是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实构建理想模型的抽象概括过程，是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化，是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。“科学思维”主要包括模型构建、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。 牛顿第一定律是经典力学的基础，在理论系统中处于前提地位。显然，“牛顿第一定律”的教学对培育学生的“科学思维”具有重要的作用。那么，教师应该如何优化教学，才能有效培育学生的“科学思维”素养呢？首先，从生活感受和历史回顾，提出亚里士多德的观点“力是维持物体运动的原因”，引发学生的质疑和讨论。在学生讨论的基础上，通过举例、实验等方式反驳并形成初步正确的观点。其次，通过严密的科学论证和推理，充分发挥理性思维的逻辑力量，师生共同感受伽利略“理想实验”的魅力，认识到“运动不需要力来维持”。再次，通过笛卡儿等人的观点进行进一步完善和补充学习，认识到“力是改变物体运动状态的原因”，并总结形成牛顿第一定律：前半句含义指的是一切物体都有惯性，后半句指的是力是改变物体运动状态的原因。最后，通过实例分析，知道惯性的普遍性和固有性，从而真正理解惯性的实质和量度。 值得注意的是，传统的课堂教学在回顾分析亚里士多德观点时的教学环节往往忽视了质疑创新等“科学思维”的培育。立足物理学科核心素养，教师可进行如下教学设计。 师：对于力和运动的关系，早在两千多年前就已经引起了人们的关注。生活中常有这样的感受：一个物体，用力拉它，它就运动；不拉了，它就停。亚里士多德根据类似经验提出观点：力是维持物体运动的原因。你对这个观点有异议吗？ 生：给小车一个初速，没有力，物体也可以运动。 师：可为什么物体运动一段时间后，最终都要停下来呢？ 生：小车受到了摩擦的作用。 师：如果减小摩擦，会怎么样呢？ 演示：滑得远了。 师：如果进一步减小摩擦，小车的运动又有什么变化呢？ 生：冰面上就比较远了(视频：冰壶运动；实验：气垫导轨)。 师：如果没有摩擦，物体将会怎样呢？ 生：没有摩擦的话，将运动到无穷远处。 师：真的吗？我们不可能创造一个绝对没有摩擦的环境，即使在科技如此发达的今天也不能做到，但在三百多年前的大科学家伽利略却采用了一种非常巧妙的方法，让我们不得不心服口服地认同他的观点，那他采用的是什么方法呢？请同学们阅读“理想实验的魅力”，自己先体会令人叹服的伽利略实验方法…… 二、优化“牛顿第二定律”教学，着力培育学生的“实验探究”素养 “实验探究”素养指的是提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论，并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。“实验探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。 “牛顿第二定律”是一个重要的实验定律，涵盖了科学探究的主要要素和多种实验方法。那么，教师应该如何优化教学，才能有效培养学生的“实验探究”素养呢？主要步骤如下。 传统的教学一般也重视科学探究的过程，但常常忽视了对牛顿第二定律的理解，从而导致实验探究过程不完整，学生对规律的理解不深刻，“实验探究”素养的培育效果大打折扣。那么，规律的理解包含了哪些方面呢？一是F=kma中系数k为何可以取1？这是因为在此之前力的单位没有确定，为了公式简化，我们可以规定使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力是1 N，此时k=1。但在以后学习到库仑定律时，k就不能再取1了。二是对牛顿第二定律公式中等号“=”的理解，它包含了因果关系(力是原因，加速度是结果)、方向关系(F的方向决定着a的方向)、数量关系(F、m、a三者的大小关系)、单位关系(1 N=1kg·m/s2)等四大关系。 三、优化“牛顿第三定律”教学，着力培育学生的“物理观念”素养 “物理观念”素养指的是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华。“物理观念”包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素。 通过“牛顿第三定律”的学习，引导学生在初中物理的基础上进一步理解“力是物体对物体的相互作用”——物质性、相互性、同时性等，为今后学习“碰撞”等奠定基础，更为学生形成正确的相互作用观起到基础性和根本性的作用，甚至影响学生世界观、人生观和价值观的形成。那么，教师应该如何优化教学，才能有效培育学生的“物理观念”素养呢？以教师的演示实验和DIS数字化实验为基础，结合生活实例，在教师的思维点拨下，引导学生发现问题和提出疑问，引发学生的认知冲突，让学生获得丰富的感性认识，让学生逐步认识到相互作用的普遍性和规律性，在潜移默化中培育“相互作用观”等核心素养。 教学流程如右边方框图。 需要强调的是，为了更好地理解相互作用的性质、培育“相互作用观”这一核心素养，教学中一定要把作用力和平衡力加以细致辨析：作用对象、力的大小、力的方向、力的性质、作用时间等。 四、优化“牛顿运动定律应用”教学，着力培育学生的“科学态度与责任”素养 “科学态度与责任”素养指的是在认识科学本质，理解科学·技术·社会·环境(STSE)的关系基础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感。“科学态度与责任”主要包括科学本质、科学态度、科学伦理、STSE等要素。 应用牛顿运动定律解题，有两大类题型：一是已知受力情况求解运动情况，二是已知运动情况求解受力情况。不论哪一种题型，加速度是中间桥梁，运动学公式和牛顿第二定律是纽带。需要注意的是，应用牛顿运动定律解题，不仅仅是为了解题本身，还是为了在规律的应用中更好地培育审题的严谨、求解的细致、答题的规范等“科学态度与责任”素养。那么，教师应该如何优化教学，才能有效培育学生的“科学态度与责任”素养呢？以2016年四川高考题为例。 避险车道是避免恶性交通事故的重要设施，由制动坡床和防撞设施等组成，如上图所示。竖直平面内，制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面。一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床，当车速为23 m/s时，车尾位于制动坡床的底端，货物开始在车厢内向车头滑动，当货物在车厢内滑动了4 m时，车头距制动坡床顶端38 m，再过一段时间，货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍，货物与车厢间的动摩擦因数为0.4；货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍。货物与货车分别视为小滑块和平板。求：(1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向；(2)制动坡床的长度。 分析： 我们知道，“审题严谨”的基本要领是“转化”，具体如上表。相应的，应用牛顿运动定律解题的步骤应该如下： 明确对象→受力(运动)分析→建立坐标→列式求解→验证。 当然，在每一环节中又有具体的要求，才能真正做到“求解细致”。比如，受力分析要求“按序分析”，外力→重力→弹力→摩擦力等。显然，答题的规范有利于科学态度的培育，而良好的科学态度也促进了答题的规范。 综上所述，为了更好地培育学生的物理学科核心素养，优化物理课堂教学永远在路上。“科学思维”“实验探究”“物理观念”和“科学态度与责任”等四个核心素养本身是一个有机的、密切关联的整体，课堂教学中可着力凸出培育其中的一个或多个核心素养，但不能厚此薄彼。 [ 参 考 文 献 ] [1] 李建冬.浅谈中学物理有效教学策略[J].知音励志，2017(6). [2] 林钦,陈峰,宋静.关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J].课程·教材·教法，2015(12). (责任编辑 易志毅) [中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058(2017)29-0041-03
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