核心素养导向下的《自由落体运动》教学创新

焦彦平

摘 要：论文以发展学生的物理核心素养为出发点，对《自由落体运动》一节进行教学创新，采取有效措施分别对学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面进行培养，探索发展学生物理核心素养的途径。

关键词：核心素养；物理观念；科学思维；科学探究；科学态度与责任

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）3-0035-2

2014年3月30日，教育部印发《关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见》，该意见首次提出：将组织研究提出各学段学生发展核心素养体系，明确学生应具备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[1]。

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发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质。物理核心素养主要由物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任四个方面的要素构成。

为了积极落实教育部的意见要求，更好地发展学生的物理核心素养，笔者在《自由落体运动》一节的教学中，做了大胆尝试。

1 设置巧妙实验，建立正确的物理观念

受亚里士多德影响，人们普遍认为，物体下落的快慢是由重量决定的，重的物体下落快，轻的物体下落慢，由此形成了绵延两千年的错误的落体运动观念[2]。为了纠正这一错误，笔者在课堂上设置了简单的小实验。首先，笔者从练习本上撕下一张纸，把它和整个练习本竖直举起到相同的高度，提问学生：“一张纸和一个练习本哪个下落得快？”学生认为：“本子下落得快。”笔者释放这张纸和练习本，实验结果跟学生事先的猜测一致。问学生：“为什么练习本比一张纸下落得快？”学生几乎异口同声地回答：“练习本比一张纸重。”笔者接着问道：“那么，有没有同学能想个办法让这张纸比练习本下落得快呢？”学生们或摇头、或沉默。为了启發学生，笔者又从练习本上撕下一样大小的两张纸，问：“如果把质量相同的这两张纸从同一高度释放，大家猜猜哪个先落地？”学生抢答：“同时落地。”笔者开始实验，第一次左边一张纸先落地，第二次右边一张纸先落地。多次实验后，也出现过几乎同时落地的情况，但这种情况比较少。学生很惊讶，笔者问学生“为什么会这样？物体下落快慢是由重量决定的吗？”聪明的学生开始想到了空气阻力，其他学生也恍然大悟地附和着。然后，再回到第一次的问题，让学生想办法让一张纸比练习本下落得快时，学生立即想到了减小空气阻力的方法，他们把一张纸揉成纸团，结果发现纸团比本子下落得快。笔者又问：“有没有办法让本子跟纸团下落得一样快？”学生说：“把本子压缩成小纸团。”有一个学生看笔者用本子做的纸团不够小，有点着急，还立即亲自上讲台压缩纸团，并演示它与一张纸做的小纸团同时释放，结果发现，两者几乎同时着地。下面同学的掌声响起，笔者最后问：“如果没有空气阻力，轻重不同的物体下落的快慢会怎样？”学生：“一样快。”然后，笔者做了牛顿管实验，又播放了美国宇航员在月球上同时释放榔头和羽毛的视频，证实了学生的猜想。至此，关于落体运动的正确观念终于建立了起来。

2 构建纵深问题串，提升科学思维能力

构建逐步深入的问题串，层层推进式的追问，以此引领学生的思维向广度、深度拓展，提升学生的科学思维能力。

“轻重不同的物体下落的快慢是否相同？”这个问题将学生的思维导向发现空气阻力是影响物体下落快慢的根本原因，最后建立起运动的理想模型——自由落体运动。

“在实际生活中，物体下落的运动在什么条件下可视为自由落体运动？”这个问题的目的是让学生学会忽略次要因素、抓住主要因素解决问题的思维方法。

“自由落体运动的性质是什么？”“怎么证明自由落体运动是由静止开始的匀加速直线运动？”两个问题激发学生深入思考，驱使学生展开思维：进行猜想、设计方案、进行实验、收集数据和数据处理、得出结论。

“自由落体运动的加速度是多少？”“怎么计算？”两个问题引领学生的思维向逐差法或图像法会聚，最后，各组同学使用不同金属物体都测出了自由落体运动的加速度。全班二十多个小组测得的数据都几乎一致，由此归纳得到结论：同一地点重力加速度数值都相等。“那么不同地点的重力加速度是否相同呢？”笔者展示不同纬度重力加速度的数值表，让学生分析数据，发现规律：纬度升高，重力加速度增加，但都在9.8 m/s2附近徘徊，所以通常g取9.8 m/s2。

“自由落体运动的规律怎样用公式表示？”这个问题使学生想到了从一般到特殊进行推理，把匀变速直线运动的三个规律表达式应用到初速度为零、加速度等于g的自由落体运动。

就这样，以递进式问题为主线，以学生思考解决问题为主体，学生的思维能力不断地加深拓宽，层层拔尖，思维水平螺旋式提升到新高度。

3 增设探究问题，发展实验探究能力

本节课，笔者总共设计了三个探究问题：轻重不同的物体下落快慢是否相同？自由落体运动的性质是什么？自由落体的加速度是多少？每一个探究性的问题，都尽量让学生提出猜想假设、设计实验、进行实验、分析数据、得出结论、交流评估。通过将一个个的演示实验升级为分组实验，学生都能参与到科学探究的全过程：从猜想假设到思考方案、从动手实践到归纳提炼出科学结论。探究的过程体现了学生的智慧和用心，而科学探究的成果，也让学生一次次体验到科学探究的成就感。学生在科学探究能力加强的同时，也培养了他们科学探究的乐趣，科学探究就会逐渐地内化为学生的一种品质、一种习惯。这就是物理科学素养的一种表现。

4 注重情境创设，培养科学态度与责任

本节课的教学注重创设科学探究的情境，既是在帮助学生建立正确的科学观念、提升科学的思维能力、发展探究能力，也是在探究过程中培养学生的科学思想、科学方法、科学态度与责任。没有实事求是、严谨细致的科学态度，没有为记录的实验数据的准确性、作出结论的可靠性负责的责任感是很难完成这几个探究实验的。

而课堂最后安排了测量反应时间，根据学生测出的数据，笔者对学生讲：“我们在全神贯注的情况下测出的反应时间都很长，反应很迟钝，那么大家想一下汽车司机能不能酒后驾车？”学生异口同声：“不能！”“那我们面对酒驾应该怎么办？”学生：“说不！”“坚决抵触和反对！”简单的一个问题拓宽，却增强了学生的科学态度与社会责任感。

《自由落体运动》一节的教学创新是笔者尝试发展学生物理核心素养的一次实践。从中可以看出，核心素养既陌生又似曾相识，发展学生的核心素养似乎那么的高不可攀，又与我们熟悉的实现课堂三维目标紧密相关。实际上，从双基到三维目标再到核心素养，既有融合更有超越。作为核心素养主要构成的关键能力和必备品格，实际上是三维目标的提炼和整合。三维目标不是终极的目标，而是核心素养形成的要素和路径。让我们继往开来，少一些彷徨，多一些实践，多一些反思，少一些随便，在实践探索中总结提高，为培养学生的物理学科素养而努力。

参考文献：

[1]物理课程标准研制组.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：48-52.

[2]普通高中课程标准实验教科书物理1（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2016：43-45.