从一堂课的教学设计谈学生核心素养的培养

湖南省衡东县洣水镇洣水中学 刘卫泽

2016年9月，《中国学生发展核心素养》在京发布，它以培养全面发展的人为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养，具体细化为18个基本要点。学生核心素养的培养是一个综合的培养过程，它不是哪一科或哪一节课就可以完成的。物理是一门以实验为基础的自然科学，通过物理教学我们应着重培养学生的科学素养，在六大素养中主要体现为科学精神、学会学习、责任担当、实践创新等。如何在教学中培养学生的这些素养呢，我们在教学设计时就要充分考虑在各个教学环节中着重培养的素养内容并且落到实处。笔者以“牛顿第一定律”的教学设计为例进行初步探讨。

教材分析：牛顿第一定律是对“运动和力”的关系的阐述，它是在亚里士多德、伽利略、笛卡尔等科学家的研究基础上由英国科学家牛顿综合总结得出来的，主要围绕“力是运动的原因还是改变运动的原因”这一问题进行探究思考，教学的重点是对伽利略“运动物体不受外力作用会保持自己的速度不变”论断的探究和对牛顿第一定律的理解及应用。在教学中我们应通过实验探究、自主学习、合作交流等教学环节培养学生的科学精神、学会学习、责任担当等素养，通过实验教学环节培养学生的实践创新素养。

教学设计：

一、通过对牛顿第一定律的探究，还原对规律认识的历史，培养学生的科学精神

课题引入始于一个问题：运动的起因是什么？要求学生在寻找生活中的实例的基础上找出规律，绝大部分学生都能从日常生活现象如：物体静止在那，用力推它物体就会运动，停止用力物体就停下来从而得出物体运动是因为受到了力的作用，也就是说物体受力才运动，不受力就会停下来。对于学生的积极发言教师要充分肯定他们的仔细观察和善于思考的能力，这是科学素养的重要组成部分，并且告诉大家，两千多年前的古希腊伟大的哲学家、物理学家亚里士多德就和大家一样通过对自然现象的观察和总结得出了一个结论，他认为“力是维持物体运动的原因”。但是，这种仅由经验得出的结论是肤浅的，片面的，甚至是错误的，一切科学规律都应经得起生活的检验。（科学是很严谨的）在我国春秋时期的《考工记》中有这么一句话，“马力既竭，輈犹能一取焉”，请大家讨论这句话的意思及所包含的物理意义，并且思考能否在生活中找到类似实例。（合作交流、逼近真相）学生经过激烈讨论，大都能够得出物体运动时不一定受到推力的作用，如踢出去的足球能继续滚动一段距离，自行车从坡上冲下去后在平路上不踩也会走等等。教师继续引导学生思考：为什么足球最后会停下来呢？如果不踩自行车为什么会慢慢停下来？学生很容易会想到阻力，这个阻力就是摩擦力，正好引入十九世纪意大利物理学家伽利略的斜面实验，伽利略通过斜面实验发现了摩擦力，并且通过实验推翻了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的结论。学生会很好奇，也很期待伽利略的斜面实验，教师适时介绍伽利略的双斜面实验，并且用自制的斜面实验装置给学生演示伽利略所做的实验。小球从左边斜面滚下来，通过最低点，然后冲上右边的斜面。

设疑：1、小球从左边斜面冲下来，能冲到右边斜面相同高度吗？为什么？

2、如果斜面再光滑些，小球能否冲到更接近原来高度？如果斜面完全光滑呢？

3、如果把右边斜面放低些，小球运动路程有什么变化？为什么？

4、如果右边斜面放置水平且斜面完全光滑，小球将怎样运动？

一系列的演示实验及问题探究，学生通过观察实验现象并结合思考讨论，大都会有一个初步结论，小球在右边斜面向上冲时，并没有受到推力的作用，由此可知力不是维持物体运动的原因，同时通过右边斜面降低及至水平，假如斜面完全光滑，小球由于要冲到原来的高度却又到不了所以将永远运动下去。教师及时指出“假如”二字，是因为我们无法实现它，这是一种理想状态的实验，它是建立在真实的实验基础之上的，是以正确的逻辑法则为依据的，所以它是正确的。这种理想实验的方法是我们探究自然的一种重要的方法。伽利略就是用这种方法通过自己的实验研究得出了一个重要结论：力不是维持物体运动的原因。从而推翻了统治人类两千多年的亚里士多德关于力是物体运动的原因的理论。教师的演示实验为学生指明了科学探究的方向和探究的方法，教材中结合初中学生的认知特点安排了斜面小车实验，通过改变水平面上的粗糙程度观察小车运动距离来探究力和运动的关系，接下来进行分组实验，并完成实验报告。（学生实验旨在培养学生动手操作、掌握科学探究的方法，培养学生的实践能力）

通过实验学生已经完全能理解物体的运动并不需要力来维持了，这时教师再简单介绍法国科学家笛卡尔在伽利略的实验基础上补充和完善了伽利略的理论，他提出如果运动中的物体没有受到除原来的力更多外力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。他们两个人都只考虑了运动的物体，英国科学家牛顿在伽利略和笛卡尔研究的基础上，综合考虑静止的物体，从而提出了“一切物体在不受外力作用时总保持静止状态或匀速直线运动状态”这就是著名的牛顿第一定律。

二、通过对规律的理解，联系生活实际，开展探究式教学，培养学生学会学习的素养

物理来源于生活，应用于生活，对规律的理解是应用的基础。如何理解牛顿第一定律，如何理解惯性并应用惯性知识解释日常生活现象是这节课的另一个重难点。在对牛顿第一定律的理解中要重点理解以下四点：1.牛顿第一定律说明了物体不受力时的运动状态是静止或匀速直线运动，所以说明了力不是维持物体运动的原因；2.一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫惯性，所以说一切物体都有惯性，牛顿第一定律也叫惯性定律；3.外力作用是迫使物体改变运动状态，所以说力是改变物体运动状态的原因；4.在地球上不受外力的物体是不存在的，这里的不受外力是指所受合外力为零或者在某一方向上不受外力。

为了帮助学生理解惯性，一是要联系生活实际，锤子松了，为什么撞击锤柄就可以让锤头紧套在锤柄上？跳远时助跑为什么跳得远些？……二是要纠正学生常有的几种错误认识，如惯性消失、惯性减少、克服惯性等，惯性是物质固有的一种属性，它只由物质质量大小决定，质量不变，惯性不变。物体运动时有惯性，静止时亦有惯性。为此，设置一个物理场景：一段粗糙水平面AB连接一段光滑水平面BC再连接一段粗糙水平面CD，在A点放置一木块。开始让木块静止5S，然后用一外力推动木块使之运动，5S后运动到B点，速度为3m/s，在B点撤除外力，木块在BC段运动2S后到达C点，最后在CD段运动5S停下来。

设疑探究：1.分析木块在各段的受力情况；

2.在AB段、CD段受力方向和速度变化方向关系如何？

3.BC段木块有没有保持匀速直线运动？是不是保持原来的速度做匀速直线运动？

4.在AB段当物体达到1m/s时撤去外力，木块的运动情况会是怎样？

通过以上分析探究，引导学生明白，当木块静止时，它说我原来静止，就让我保持静止吧，这样它静止了5S，当受外力作用时，它还想保持静止，这就是惯性，但外力作用迫使它运动，它很无奈，不得不改变运动速度，即便在运动速度改变的时候，它也时时刻刻都抗议说我想保持，比如达到1m/s时它说就让我保持这个速度运动吧，可是在外力作用下，它的速度还要增加，保持的本性是有的但显现不出来，直到到达B点，外力撤去了，它的速度达到3m/s，于是保持这个速度运动到了C点，到了C点，又受到阻力作用，于是又不得不减小速度。所以木块总是这样，总想保持原来的速度，时时刻刻都想保持。在这个过程中，它的速度虽然在发生变化，但它的惯性大小并没有变化，也就是说改变它运动状态的难易程度没有变化。比如说，这个木块我们用很小的力就可以推动它，或者使它由运动变为静止，但一列火车，如果我想推动它或迫使它从运动中停下来，单靠我一个人的力量是做不到的，这就是惯性的大小。

学生在教师引导下，通过积极参与探究，形成知识，加深对规律的理解，辨析概念，从而掌握学习的方法，培养学生学会学习的素养。

三、通过实验教学，创新、改进实验仪器或实验原理，培养学生的实践创新素养

物理实验能激发学生学习物理的兴趣，帮助学生掌握物理知识和技能，培养学生的动手能力、思维能力、科学探究能力和创新能力，帮助学生养成良好的科学素养。在伽利略斜面实验教学中，我添加了伽利略实验原型双斜面小球实验作为演示实验，主要目的是还原科学家对物理规律的探究过程，因为伽利略斜面实验对人类科学的贡献不仅仅是实验的本身，而是实验所使用的方法。现行教材中根据初中学生的认知特点，把实验改成单斜面的斜面小车实验，所以把这个实验作为学生的分组实验，让学生在实验中感受实验创新的好处，认识实验创新的方法。由于教材中没有伽利略双斜面实验，所以实验装置只能自己制作，在制作双斜面实验装置的过程中，最关键的是右边斜面的制作，一是要与左边斜面连接呈圆滑的斜面，二是右边斜高度要能改变，还不影响与左边斜面的平滑连接。在材料的选择方面我试用过木板、铁皮、铜片、有机玻璃等，最后我使用了钢卷尺的尺片，利用卷尺本身内凹的特点做成曲面轨道，用木板做成支架，在木板上用颜色不同的彩笔画出等高线，根据等高线确定右边斜面的几个高度，这样就完成了双斜面实验装置的设计制作。这个实验装置是学生跟我一起完成的，这个过程本身就培养了学生实践创新的能力。

四、通过课后练习，联系生活，培养学生的责任担当素养

物理来源于生活，服务于生活。我们学习知识是为了更好地服务社会，更好地利用知识创造更美好的生活。习总书记提出的“绿水青山就是最好的金山银山”，但是现在由于人类过多的开发利用甚至是严重污染了我们赖以生存的山川、河流，我们有责任来改变一些不好的现状，这就需要我们有担当精神。这节课后，我布置一组小课题、小论文选做题，让学生通过查阅资料、走访等形式完成，完成时间可以在一周内，也允许几个人组成小组共同完成：

1.牛顿生平及你对这一伟人的评价；

2.伽利略所具有的科学品质及“理想斜面实验”的科学意义；

3.生活中的惯性；

4.亚里士多德的主要成就。

结束语：

学生核心素养的培养不是一朝一夕就能完成的事情，也不是通过一科、一节课就能有立竿见影的效果，但是培养学生的核心素养，是新课程、新大纲对我们教师提出的新标准，新要求，这就要求我们教师不断提高自己的核心素养，不断提高自己的教学教研的水平，在教学中不断渗透核心素养的教育，培养学生对科学的兴趣，养成科学的行为、品格，用正确的思想指导教学设计和教学过程。