基于物理学科核心素养的教学设计

王群 郑慧玉 刘二虎

物理学科核心素养是物理学科育人价值的集中体现，本文以高中物理必修1的“弹力”为例，谈谈如何在课堂教学实践中践行着“以人为本”的理念，关注学生的成长和核心素养的发展。

一、基于核心素养的教材和学情分析

《弹力》是人教版高中物理（必修1）第三章第二节的内容，弹力概念形成及弹力方向的确定是本节的难点和重点。对于胡克定律的教学，学生已知道弹力与其形变量的定性关系。引导学生在原认知基础上设计实验“探究弹力的大小与伸长量之间的定量关系”，构建新知识，让学生动手体验，从定性认识出发，猜想其定量关系，通过实验探究，总结规律，让学生亲历探究的过程，提高学生自主、互助意识，体验探究学习的乐趣。

高一学生，在初中对弹力有了初步感性的认识，了解弹力的具体表现。在高中教学中要进一步帮助学生对弹力深层次的理解。弹力产生的原因及其方向的判定，是学生普遍感到难以把握的问题。本节课通过“知识内容”“思想方法”两条主线贯穿整节课，精选生活中实例，运用形象直观的实验降低难度，帮助学生突破难点。

二、教学目标确定

1.通过认识常见的形变，构建弹力概念及产生条件;

2.在典型事例中分析归纳弹力的方向，能正确画出弹力示意图;

3.通过实验探究弹簧弹力与形变量的关系，了解科学研究方法;

4.了解弹力在生产和生活中的应用，体会物理与生产和生活紧密联系。

三、基于核心素养的教学过程设计

本节课以认识形变、弹力的定义及产生条件、弹力的方向判断、（弹力的大小）胡克定律四个任务贯穿整个教学过程。

环节1：游戏情境，引入新课，激发学习兴趣

师：同学们的家乡连云港是个美丽的港口城市（PPT展示图片），近几年发展很快，对外贸易需求量大，外语使用频繁，今天我们来做个猜单词小游戏，猜猜下面几个单词的中文意思：（从几个物理词语的英文表述入手）

1.force 力

2.limit 极限、限度

3.deformation 形变

4.elastic 有弹性的

elastic这个形容词可以与其他几个单词组合，把它们组合在一起表示什么意思呢？

elastic deformation：弹性形变;elastic limit：弹性限度;elastic force：弹力，就是今天我们研究的主要内容。

设计意图：由港口图片引入单词辨析，激发学生的好奇心（物理老师怎么说起了英语？），创设轻松愉快的情境，同时培养学生的家国情怀，也体现跨学科综合教学，培养学生的迁移能力，教学中渗透育人理念。

环节2：创设情境，构建概念，培养思想方法

教师演示1：分别一弹簧和一根旧电线它们施加力的作用，观察到什么变化？

生：看到形状或体积改变。

师：物体的形状或体积的改变，叫做形变。

问题1：动手做一做，分别对弹簧、旧电线、橡皮泥、气球等施加力的作用，观察有什么不同？

学生实验后交流总结：

弹性形变：撤去外力后，能够恢复原来形状，这种形变叫弹性形变。如：弹簧、气球、尺子等。

非弹性形变：撤去外力后，不能恢复原状的，如橡皮泥、旧电线等。弹性形变有拉伸形变、压缩、扭转、弯曲形变。

设计意图：重视亲身体验，培养学生合作与交流的精神。

问题2：弹簧发生形变一定能够恢复吗？

问题3：如果你用手去压桌面或推墙面，桌面和墙面会发生形变吗？用实验来判断。

演示2：重物压薄塑料板，如图示能观察到明显的形变。

若换成压厚木板上，再观察有形变吗？

生：有，但形变不明显。

师：重物直接压桌面上，眼睛几乎看不到变化，桌面有形变吗？

（邀请学生参与演示微小形变，利用光学中光线反射原理放大，用力压桌面，光线落点变化，说明桌面发生微小形变）。

演示3：用手捏塑料瓶，观察到明显的形变。

师：换成玻璃瓶，眼睛几乎看不到，若用力挤压玻璃瓶，有没有形变呢？

（学生上台实验）在玻璃瓶中装满红色水，用插有细管的塞子塞紧瓶口，用手挤压瓶身，观察细管中液面变化情况。

总结：生活中有些形变肉眼不易看出，但确实存在的，是微小形变。

设计意图：回顾初中旧知，关注学生学习进阶。通过有梯度的设置，减少思维障碍和认知难度。科学认识微小形变。体会“放大法”，引导学生学习知识的同时更要关注科学方法。

问题4：物体发生形变后，会对与它接触的物体有力吗？用手拉弹簧或橡皮筋时，你有什么感觉？体会手与它们之间的相互作用，说明了什么？

学生：手感觉痛，受到橡皮筋施加力的作用了。

教师演示4：小车压弹簧，看到什么现象？小车压橡皮泥呢？

生：小车被推出去了，说明受到弹簧的弹力作用，压橡皮泥小车没动。

引導学生总结：发生弹性形变的物体（弹簧），对与它接触的小车施加力的作用，这种力叫弹力。

演示5：用手指腹压桌面，发生形变的指腹，由于要恢复原状，对与它接触的桌面会产生向下的压力。

问题5：你能从以上例子分析中发现什么规律吗？

学生分析交流总结出：（1）弹力由于施力物体发生弹性形变而产生的;（2）弹力产生的条件。

师：有些微小形变不易观察，一可采用替换法分析，用较明显的形变替代;二可采用假设法分析，即假设弹力存在，看假设的结果是否符合物体的运动状态……

环节3：演绎推理，分析归纳，培养科学思维

问题6：观察实例从中分析弹力的方向，找找有什么特点？

PPT投事例：（1）重物放薄塑料板上;（2）水球置于水平桌面上;（3）金属块放置于带有海绵的斜面上。

引导学生在原有认知基础上从多个实例讲解归纳出：压力、支持力作用，两物体接触，弹力的方向垂直接触面指向受力物体。

体验：

（1）观察橡皮筋拉钩码，总结绳子、线对物体的弹力方向，总是沿绳、线指向绳收缩的方向。

（2）用竹竿拨动物体，竹竿发生弹性形变，对物体产生弹力的方向不是沿杆子方向。

总结：轻杆等产生弹力的方向不一定沿杆子。

环节4：实验探究，数据分析，培养科学态度

问题7：你知道弹力的大小可能与哪些因素有关吗？

体验：把橡皮筋套在手指上，用力拉橡皮筋，体会弹力大小与形变量的关系。（提醒控制好力度，避免受伤）

学生：形变越大，越疼痛，说明产生的弹力越大。

师：类似人类历史发展情况，哪里有压迫，哪里就有反抗，压迫越重，反抗就越强烈。

下面我们来研究弹簧的弹力与伸长量关系：

（1）提出问题，当我们拉伸弹簧时会产生弹力，那么弹簧弹力的大小可能与哪些因素有关呢？

演示7：两个不同弹簧上分别挂一个质量相同的钩码观察说明与什么因素有关？

生：形变量不同，与弹簧自身结构有关。

（2）猜想假设，换成两个相同的弹簧，其中一个挂两个钩码。弹力的大小又与什么有关？猜想它们会是怎样的关系？

学生：可能成正比。需要进行实验探究它们的定量关系。

（3）设计方案，画出草图。（学生讨论设计实验）

教师提示好的实验设计应注重研究对象、实验目的，安全（人身和仪器）、误差小等，探究弹簧的弹力大小与伸长量的定量关系。

（4）分组进行实验，学生分工合作进行实验并记录实验数据。教师个别指导，随时解答学生遇到的问题。

（5）处理数据，引导学生常用实验数据处理有计算法、图像法。并让学生体会图像法形象、直观的优点。

得出结论：胡克定律，弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长量x成正比。其中，k为劲度系数，由弹簧自身结构决定的。

设计意图：注重物理问题的探究和实验设计思想，培养科学探究能力，激发学生创新意识。培养学生动手能力、分析问题能力及严谨治学的科学态度。体会科学实验的探究法、数据处理的图像法等。

环节5：联系生活，学以致用，培养社会责任感

简单介绍“弹力”在日常生活中的应用。

教室开关、自动伞、自动笔等用品，十分方便。各种按钮、按键也少不了复位弹簧，如电脑键盘等。物流运输中易碎物品包装很“严密”，增加缓冲功能。音乐盒等内部的发条储能功能。（播放音乐）

设计意图：体会物理与生活的紧密联系。从生活走向物理，从物理走向生活，强化对核心概念的掌握，巩固对概念的理解。

环节6：回顾总结，主动参与，培养自主学习意识

最后引导学生本节课学到了哪些内容？我们了解到了哪些研究物理问题的方法和思想？

本节课所学的形变;弹力的概念及产生的条件;胡克定律等知识以及放大法、替代法实验设计思想方法等方面进行总结归纳。

设计意图：让学生自己总结，加深对知识系统的理解，强化物理思想方法的掌握，培养学生自主、主动性学习意识。

四、教学反思

本节《弹力》是参加在海边城市连云港举行的省级优质评比课。教学主张体现以“人”为教育教学中心，注重以“人”为本，重視培养学生的物理学科核心素养，将发展学生核心素养渗透于课堂教学中。

首先，重视蕴含在知识背后的思维方式培养，本节教学设计厘清教学逻辑，突出重点，由认识形变到弹力概念建构，再到弹力的方向分析，最后弹力大小的定性分析到探究定量关系并能进行简单的定量计算。思路清晰明了，将科学思维培养于潜移默化中。

其次，本节课注重学生自主体验，合作探究，将物理核心素养培养融入平时贴近生活的小实验，将物理生活化，注重物理思想方法教育，培养科学实验能力。

再次，本节课关注兴趣激发、重视学科间综合教学和育人理念的渗透;加强家国情怀、责任感教育，注重物理学科育人价值的体现，培养社会责任感。

教师在课堂教学中，围绕学生为中心，通过精心的设计渗透学科核心素养培养，抓住学科教育的本质，才能更好地落实“立德树人”，发展“核心素养”的教育根本任务，提高学生科学素养。

【参考文献】

[1] 普通物理课程标准[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

[2] 普通物理课程标准实验教科书必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

[3] 物理必修1教师教学用书[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

【本文系宿迁市中小学教学研究微型课题“物理竞赛“主题式”协同教学研究”（课题编号：SQWK2020-080）的阶段性成果。】

（作者单位：江苏省泗洪中学）