基于核心素养的高中物理教学设计研究①——以“牛顿第三定律”为例

黄 洁 张 玮

(1.南京大学附属中学，江苏 南京 210008；2.南京森林警察学院，江苏 南京 210023)

基于核心素养的高中物理教学设计研究①
——以“牛顿第三定律”为例

黄 洁1张 玮2

(1.南京大学附属中学，江苏 南京 210008；2.南京森林警察学院，江苏 南京 210023)

新一轮课改围绕核心素养展开，它是适应个人终身发展和社会发展的必备品格和关键能力.本文以“牛顿第三定律”为例，从“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”4个方面，探讨如何在物理教学中更好地提高学生的核心素养.

核心素养；物理教学；牛顿第三定律

1 引言

新一轮的高中课程改革围绕核心素养展开，这与联合国教科文组织以及欧盟等发达国家所倡导的课程理念相呼应，强调培养学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，以及通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质.那么，怎样才能在物理教学中更好地贯彻和落实核心素养教育？笔者以“牛顿第三定律”为例来谈谈几点思考.

2 围绕生活设计探究活动，树立相互作用观

学生活动一：右手不动，左手用力拍右手，左手不动，右手用力拍左手.

学生活动二：双脚腾空，用力向前推桌子.

教师活动一：将玩具直升机放在一堆纸屑上面，然后启动直升机突然腾空飞起.

教师活动二：将两个小磁针分别绑在两辆小车上，用N极和S极的两端互相靠近，然后松手.

问题：(1) 左手拍右手，右手拍左手，你会有什么感受？

(2) 双脚腾空用力向前推桌子为什么我们向后退？

(3) 直升机靠的是什么力升起的？那堆纸屑为什么被吹散了？

(4) 为什么两辆小车都在相向运动？

学生通过问题解决，明确了力的作用是相互的这个概念，一个物体对另一个物体有力的作用，同时另一个物体也对这个物体有反作用，也就是一个物体既是施力物体同时也是受力物体.再请学生从生活中举例说明力的作用是相互的，学生的思维都很开阔：走路、踢足球、划船等等.最后归纳总结，学生建立了这样的物理观念：无论是不同种类的物体(固体、液体、气体等)，还是不同性质的作用力(重力、弹力、摩擦力、磁力等)，两个物体之间的作用总是相互的.

学生通过生活中的物理情景，总结归纳出物体间的作用总是相互的，这样更有助于学生理解和掌握物理概念，并且应用到生活中去，让学生感受物理学的美妙，增强实践意识，培养物理素养，只有亲身体验过、感受过，才更能激发学生的主观能动性，去获得更高阶的认知能力.

3 学生小组合作，自主实验探究，彰显科学态度

提出问题：一对相互作用力会有什么样的关系？

猜想假设：学生提出“一对相互作用力的方向相反，大小可能相同”.

实验探究：学生设计方案，交流后决定用两只弹簧秤对拉进行研究，并分类进行实验，如表1.

表1

多数学生是将弹簧秤静止水平放置的，结果也是最显而易见的，作用力和反作用力大小相等、方向相反.也有学生补充，他们还做了弹簧秤竖直或斜向拉动的实验，结果两个力的大小不等.然后笔者引导学生展开讨论，将两个弹簧秤竖直摆放和斜向摆放互拉读数不等的原因有哪些，并提出实验改进的方法.学生提出两弹簧秤应该在竖直状态或倾斜状态下校零，并演示实验证明了这一观点正确.交流中还有学生提出：实验时发现两只弹簧秤读数并不相等，即使将弹簧秤重新调零也是如此.笔者请学生课后分析这种“反常”现象，并提出相应的实验改进方法.至此可以得出结论吗？学生指出上述实验都是物体处于平衡状态下做的，他们试图做非平衡状态(如加速运动)时的实验，但读数困难.

这时笔者拿出了力传感器，简单演示一下传感器的使用方法，并解释了电脑上显示的图像是作用力和时间的关系，接着两位学生在讲台上很夸张地演示两传感器加速互拉、减速互拉以及加速减速互压时，作用力和反作用力随时间的关系，很直观地看出图像始终呈现镜像关系(如图1，细线表示作用力F1与时间的关系，粗线表示反作用力F2与时间的关系).结合前面的探究，让学生尝试总结出规律，并进行交流.

图1

在这个实验探究过程中，学生自主提出了多种探究方案，坚持实事求是的精神，彰显了科学态度.切实根据实验现象，提出了疑问，通过小组讨论给出不同的见解，培养学生的小组合作精神、动手能力、批判性思维能力以及沟通协调能力.通过DIS实验更直接、具体地强化学生的证据意识，进而领会科学的本质.通过交流与合作，学会分析论证，准确表达结果.

4 生活情境物理化，物理应用生活化

物理学科的本质是物理核心素养确立的基础，认清学科本质有助于我们对核心素养的理解和把握，有助于物理核心素养培养的实施.物理学科是一门以实验为基础的自然学科，而实验又来源于生活实践，所以我们应当多创设相关的生活情境，激发学生的学习主动性，从而提高学习的有效性.

以“牛顿第三定律”为例，利用牛顿第三定律解决生活中的问题：(1) 以卵击石.石头没损伤而鸡蛋破了,这是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力，这句话对吗？(2) 马拉车加速前进，马和车受到的拉力相等吗？首先第一个问题大家都会异口同声给出正确答案，但是马拉车的问题学生始终搞不明白，错误的前概念以及生活经验根深蒂固.其实可以通过实验来验证这个问题，然后给大家抛出这样的问题，如何来设计这个实验方案.学生通过讨论,提出利用DIS实验来模拟马拉车的问题，将力传感器固定在一辆小车上，用另一个传感器拉住绑在小车上的传感器加速前进，两传感器在同一水平面上，观察图像，这两个力的大小是相等的.然后请学生分析这两个力大小相等为什么会使车子加速前行，让他们交流讨论.最后通过这个马拉车的例子又复习了牛顿第二定律的内容，强化了以前学习的概念，将牛顿运动定律的内容融会贯通.学生在生活情境中学到了物理知识，又通过物理知识应用到生活中，实现了物理学科的价值定位从知识本位转向了学生本位.

5 小结

陈佳洱说过：“物理学不只是图表和数据,它能带给你很多更珍贵的东西:理性的思维方式、人生的哲学和人生的道路.”让学生终身受益的不是具体的物理知识，而是所学的知识忘掉之后剩下的东西，这就是物理学科核心素养.总之，怎样通过物理课程的学习有效促进学生核心素养的提升，这是每一位物理教师应该深思的问题.

[1] 刘炳昇.从“物理核心素养”的视角思考物理复习教学问题——以“力与运动”章后小结为例[J].物理之友,2017,(1).

[2] 耿宜宏，杨国庆.基于IYPT培养学生物理学科核心素养的实践与思考[J].物理之友,2016,(5).

[3] 蒋霖峰，陈金秀，陆建隆.高中物理课堂提升民主性的实践探索[J].物理之友,2016,(9).

[4] 朱建武.培养学生抽象思维能力的探讨[J].物理之友,2017,(3).

① 本文系南京森林警察学院2017教改项目“林警交融下大学物理教学内容的改革”的研究成果.