基于核心素养的物理课堂教学设计的转变以《牛顿第一定律》为例

（浙江省湖州市安吉县高级中学 浙江湖州 313300）

核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，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。物理学科作为一门科学基础性学科，是科学精神这一核心素养培养的重要阵地，在高中物理学科教学中学科核心素养具体体现为四个维度：物理观念、科学思维、实验探究、科学态度和责任，每个维度都有其特定的素养形式与素养内涵。

一、教学设计中基于核心素养的知识架构和目标定位

面对新的要求，在课堂教学设计中我们可以先按传统的教学方式罗列出教学内容及需要完成的教学目标，再根据核心素养的要求进行新的架构，提出符合课堂教学进程和核心素养要求的教学目标，从而指导完成教学过程设计。《牛顿第一定律》一课揭示了运动和力的关系，是动力学理论的基础，是牛顿物理学的基石。笔者以本课为例谈谈基于核心素养的教学内容架构及教学目标设定。

1.原有教学内容及教学目标

目标类别 教学内容及目标知识与技能1.理解牛顿第一定律的内容和意义，了解伽利略理想实验的推理过程。2.知道什么是惯性，会正确解释有关惯性的现象。过程与方法1.通过斜面小车实验，培养学生的观察能力。2.通过实验分析，初步培养学生科学的思维方法。情感态度与价值观1.通过科学史的简介，对学生进行严谨的科学态度教育。2.通过伽利略的理想实验，给学生以科学方法论的教育。

2.基于核心素养的教学内容及教育目标设定

核心素养 素养表现 素养内涵教学目标物理观念物质的观念 形成经典物理的物质观并能解释生活现象。知道质量是惯性大小的量度并能解释生活中的惯性大小的现象。运动的观念及应用 形成经典的运动观并能解释生活现象。理解惯性的概念，知道物体的运动不需要力来维持并能解释运动的现象。相互作用的观念及应用 初步形成相互作用观并能解释生活现象。理解不受力的物体是不存在的，理解力和运动的关系，理解牛顿第一定律。能量的观念 形成经典的能量观并能解释自然现象。通过理想实验的重演初步感受能量守恒的思想。科学思维模型建构 根据问题和情境，对客观事物进行抽象和概括，构建物理模型。∕科学推理 具有规律意识，能进行科学推理，形成物理规律。知道牛顿第一定律是逻辑推理的结果；能从实验事实到理想情况的外推；培养学生逻辑推理的能力。科学论证 具有使用科学证据的意识，和评估科学证据的能力。能利用现代技术、工具来论证牛顿第一定律的正确性，能通过大量生活事实来论证牛顿第一定律的正确性。质疑创新 具有批判性思维的意识，善于基于证据的大胆质疑。体验从伽利略突破亚里士多德理论的过程，体会伽利略提出新理论驳斥旧理论的方法和精神，激发质疑创新精神。实验探究科学探究意识 在不同情境中发现并提出可探究的物理问题，会合理猜测和假设。利用小实验激发问题意识（木块和隐轮木块做对比实验，激发关于运动和拉力关系的猜想）。实验探究具有设计实验探究方案和获取证据的能力，能正确实施实验探究方案，使用各种科技手段和方法收集信息；利用斜面重演伽利略理想斜面实验，体验实验探究的过程和方法。分析论证 会使用不同方法和手段分析、处理信息，描述、解释探究结果和变化趋势。能通过实验现象描述实验事实，同时根据实验趋势推理理想条件下的实验结果。利用气垫导轨等现代技术进行验证性实验。合作交流 具有合作与交流的意愿与能力，能准确表述和评估探究过程与结果与同学合作实验，并交流讨论，发表自己的观点，培养合作交流意识和能力。科学态度与责任科学本质 能正确认识科学的本质，认识到物理是人类有意义的探究过程。通过从亚里士多德到伽利略再到笛卡尔再到牛顿逐步形成牛顿运动定律的科学史实，让学生体验科学探究的严谨与不易。科学态度 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，实事求是，善于基于证据和推理发表自己的见解。通过理想实验感受探究的乐趣，养成分析物理问题的习惯。通过合作学习，养成乐于与他人合作的精神。STSE 理解科学、技术、社会与环境的关系。惯性的学习增强学生的交通安全意识。

总体来看在涉及具体知识性教学目标时，核心素养注重知识技能的主干要求，而在精神品质的目标要求时又回归具体，这样的倒置安排恰恰体现了立德树人的高位目标要求。

二、基于核心素养的教学过程设计的几点思考

课堂教学是实施教学的第一载体，在具体的教学过程中我们要整合原有教学内容、模式、方法，并根据新的基于核心素养的教学目标对课堂教学进行合理设计。根据基于核心素养定出后的《牛顿第一定律》教学目标，笔者在实践中对教学过程设计提出了如下对比思考。

1.基于核心素养的教学设计要从形式教学向生本教育转变

对《牛顿第一定律》引入片段教学设计的一些对比思考。

片段1：师：运动的物体为什么会停下来？

生：受到摩擦阻力。

师：如果物体不受力的作用，又将会怎样？

生甲：不受力，物体应该可以继续运动下去。

生乙：不受力，物体就不会动或停止运动；必须有力，物体才能动。

生丙：不受力，物体可能会永远运动下去。

师：让我们来看看亚里士多德和伽利略的观点。（多媒体演示）

亚里士多德：力是维持物体运动的原因。（与学生乙的看法一致）

伽利略：运动的物体如果不受其他物体的作用，其运动会是匀速的，而且将永远运动下去。（与学生甲、丙的看法一致）

由此引入对力与运动关系的探讨……

片段2：有两辆木块小车，其中A车下面没有轮子，另一辆B车下面装有隐形的轮子。

演示1：轻拉小车A，然后放开轻绳，小车立刻停下。

演示2：用两根绳子同时轻拉A、B两辆小车，放开轻绳，A车立刻停止，B车滑动了很长一段距离。

师：请描述实验现象，并思考原因？

生：思考其中缘由，开放式交流见解和提问。

师：归纳学生问题和见解，为后续教学做好铺垫。

师：给学生看一下B车下面轮子的奥秘，学生恍然的同时内心有了深刻的理解。

生：分小组进行实验：每一小组前有一个小木块，轻推木块，比比哪一组的小车走的最远。

生：设计实验，分工合作，积极参与探讨。

小组实验方案之一：集中大家的圆形的笔，让小木块在圆形笔上进行滚动，轻推木块可以看到木块走了很长的距离，学生很有成就的同时有了深刻思考。

对比思考：片段1采用了问题的方式，学生在老师预先设置好的问题中简单的回答与探讨，交流意见的过程也是在事先安排好的较显性的问题中进行，有为交流而交流的味道，很难激发学生的深度思考和自发积极的交流，合作交流学习也终将流于形式。

片段2通过演示实验创设问题情境，充分调动学生学习的兴趣，激发学生的求知欲。同时开放式的问题情境，更有利于激发学生自主学习的动力，有利于激发和了解学生原生态的问题意识，体现了从教师为主转向了以学生为主的生本理念。在小组实验过程中，围绕共同的任务，大家积极思考，交流意见，达成实验方案，分工合作完成实验，整个过程充分体现了实验探究和合作交流的核心素养元素。

从两个教学片段的对比可以看到，教学设计需要从基于形式的教学向基于生本发展的教育转变，这个转变更有利于核心素养的生成。

2.基于核心素养的教学设计要从知识重现到知识重演的转变

对《牛顿第一定律》理想实验教学片段设计的一些对比思考。

片段1：多媒体课件展示：小球在不同的粗糙斜面滚下，滚上另一个对接的斜面，观察到达的高度的变化。

现象：摩擦越小的滚得越高。

师：如果没有摩擦，小球将上升到原来静止时的高度（课件模拟这一过程）。

师：我们再来看伽利略理想实验的推论。

推论：如果减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度，但要通过更长的距离。（课件模拟这一过程）；继续减小第二个斜面的倾角，使它成为水平面，小球不可能达到原来的高度，就要沿水平面以不变的速度持续运动下去。（课件模拟这一过程）

师：伽利略理想实验虽然是想象中的实验，但它是建立在可靠的事实基础上的，它把可靠的事实和理论思维结合起来，更深刻的揭示了自然规律。

教：强调理想实验法是科学研究中的一种重要的方法。

片段2：设计伽利略斜面轨道，追寻伽利略对斜面实验的探究及对理想情境外推的思考，重演科学探究的过程。

实验状体 实验现象（事实） 逻辑推理（无摩擦、斜面足够长）斜面倾斜固定 斜面越光滑，小球滚得越高 小球将滚到释放点等高处减小斜面倾角 倾角越小，小球滚得越远 小球沿斜面滚得越远，一直滚到释放点等高处斜面水平放置 小球滚得很远 小球将一直滚下去

演示实验过程，学生仔细观察实验现象，分析交流实验结果。

演示1：在轨道上铺上粗糙的毛巾，将小球放在斜面的一端释放，小球将滚向另一端某高度处，记录小球到达的位置；将毛巾取下，将小球就在轨道的一端释放，小球将滚向另一端更高一些的位置，记录小球到达的位置；再在轨道上铺上很光滑的油皮纸，同一位置释放小球，小球将滚向另一端更高一些的位置，记录小球到达的位置。

学生描述实验现象，分析实验规律，讨论交流无摩擦情况下的运动情况。观察到斜面越光滑，小球滚得越高，当无摩擦、斜面足够长的情况下小球沿斜面滚得越高，一直滚到释放点等高处。

演示2：将斜面倾角变小，让小球从同一高度处释放，小球将滚向另一端更远的位置；进一步减小斜面倾角，仍从同一位置释放，小球滚到了再远一些的位置。

学生描述实验现象，分析实验规律，讨论交流无摩擦情况下的运动情况。观察到倾角越小，小球滚得越远，当无摩擦、斜面足够长的情况下小球沿斜面滚得越远，一直滚到释放点等高处。

演示3：将一端水平放置，把小球仍从同一高度释放，小球滚到了水平轨道并一直滚出了水平轨道。

学生描述实验现象，分析实验规律，讨论交流无摩擦情况下的运动情况。观察到斜面水平放置时，小球滚得很远，当没有摩擦时，小球将一直滚下去。

学生回顾实验过程和现象，交流讨论得到力与运动的关系：没有力的作用，小球将保持原来的运动状态一直运动下去。

对比思考：片段1阐述了理想实验的方法，利用课件讲述了实验的过程，在这个过程中学生通过认真听讲能够掌握伽利略理想实验的知识，但这样的知识是干瘪的，是缺少生命力的，它很难转化为解决问题的能力与智慧，也无助于提升学生的核心素养。

片段2创设情境重演了伽利略理想实验，让学生经历科学探究的过程，体验了科学推理的魅力。在重演的实验情境中，学生经历了知识的产生、生长过程，从中更深刻的理解知识的本质，萌生科学思维，发展核心素养。

浙江省在物理高考自主命题以来，一直非常重视对学生的物理基本经历的考查，这与核心素养的要求不谋而合。物理课堂是提升基本经历的主阵地，如何在课堂中让学生经历，而且不是走马观花般的看过，需要我们重演物理知识形成的过程，并精细设计引导学生在重演的情境中深入思考，理解本质，提高素养。

从两个教学片段的对比可以看到，教学设计需要从知识重现到知识重演的转变，这个转变更有利于核心素养的养成。

结语

核心素养的提出在于培养全面发展的人，这是基于长远的教育目标、基于伟大中国梦而提出的符合时代发展要求的教育目标。作为物理学科的教育实践者，我们需要在核心素养的教育目标引领下，理清课堂教学的内容和目标，从实践的角度对比分析各种教学设计方案，从中寻求更符合核心素养发展的教学设计，努力提升基于核心素养的物理教育教学水平。