在物理教学中落实核心素养的培养目标——以“反冲运动 火箭”教学为例

汤小兵

(江苏省南通第一中学，江苏 南通 226001)

物理学科核心素养是物理育人价值的集中体现，是学生通过学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。高中物理课程旨在落实立德树人根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养，物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。[1]落实学科核心素养的主阵地是课堂，我们显然不能通过一节课的教学，就大幅度提升学生的核心素养，但我们希望在每一节课中都能渗透物理核心素养的培养因素，日积月累后便能实现核心素养的培养和立德树人的教育任务。下面以“反冲运动 火箭”为例，探讨在物理教学中落实物理学科核心素养培养目标的途径。

1 做好学情分析，确立教学目标

素养是由内而外的体现，物理学科核心素养的培养一定建立在学生“学”的基础上，落实核心素养培养目标的课堂教学应该以生为本、以学定教，所以要先进行教学内容和学生学习情况的分析，确立教学目标，搜寻课堂教学的出发点和归宿。

1.1 教学内容分析

“反冲运动 火箭”是人教版3-5动量章节的最后一节内容，是对本章知识的总结和应用，教材利用生产、生活现象介绍了反冲运动，提供了许多联系实际的素材，需要学生去解释、应用或预防反冲现象，从理论视角推导和探究火箭飞行速度的限制条件等实际问题，体现了从生活走向物理、从物理走向社会的课程理念，同时实际问题的解决有利于培养学生的物理学科核心素养。

1.2 学习基础分析

学生在本章学习了动量及动量守恒定律，前期已学过其他力学规律及相关过程分析，对关于实际问题的物理模型题有一定的分析、解决能力，但对一些开放的结构不良的实际问题接触得还不多，对涉及实际问题时学生会觉得束手无策。另外，学生在生活中见到过很多反冲现象，关心我国火箭发射等新闻，对相关教学素材有一定了解。

1.3 确立教学目标

教学目标是课堂教学的起点和归宿，我们根据学情分析和核心素养的培养要求，拟定如下教学目标。

(1) 物理观念：认识反冲运动，知道反冲物体间的运动、能量等关系。能解释反冲运动的实例，主动利用有益的反冲运动，防止有害的反冲运动。

(2) 物理思维：会分析反冲运动并建构物理模型，能用动量守恒定律解决有关反冲运动的问题。

(3) 科学探究：能主动合作，用实验探究反冲运动的物理实质；能从理论上探究影响火箭速度的因素。

(4) 科学态度与责任：了解航天技术的发展和应用，了解我国火箭的发展情况，增强民族自豪感和社会责任心。

2 通过课堂实施，落实教学目标

2.1 创设真实情境，培养物理观念

“物理观念”主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素。[1]学习需要创设情境，合适的情境使学生有带入感、沉浸感，能激发学生的学习兴趣，使学生主动投入到问题解决的过程中。教师利用生活中反冲现象视频和学生实验视频，创设情境，视频中的现象如烟火、水管反冲等不适合在课堂上演示，但生活中常见，学生很熟悉。

问题1：这些运动有哪些共同的特点？

进阶问题：物体原来的运动状态怎样？后来还是一个整体吗？两部分运动方向相同吗？

评析：学生虽然熟悉此情景，但平时却很少去想为什么会这样、它们有什么联系或遵循什么规律，不能自觉运用物理观念来解释现象和分析问题。通过视频的集中展示和进阶问题的引导，学生找到了它们的共同点，分析出了它们的特征，很容易得出反冲运动的定义。

做一做：气球运动方向与喷气方向有什么关系？

学生分组做实验，要求北侧的向南飞，南侧的向北飞。

评析：通过学生自己做一做来体验反冲运动，分组探究时对运动方向提出了要求，让学生更加深入地领会反冲运动中“反”的涵义。

问题2：反冲现象背后包含什么物理原理呢？

学生会从力和动量守恒的角度进行分析。

评析：学生容易从比较熟悉的作用力与反作用力(相互作用)的角度来分析反冲现象，这一点首先也要给予肯定，因为他们已经开始利用已有的物理观念来分析这一类现象，这种用物理观念来分析问题的意识很重要，是核心素养培养的重要方面。再从系统的角度分析内力远大于系统所受外力的情景，引导学生从动量守恒的角度分析，还可以从能量角度进行分析。我们要通过平时的教学，让学生在面对问题时，能自觉地应用物理观念去解释现象、分析问题。

2.2 解决问题，提高学生的科学思维能力

“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。在面对实际问题或现象时，我们可能会用物理观念去思考和定性解释现象，但有时需要建立模型进一步深入研究，进行科学推理论证，应用合适的规律、定理解决问题，在问题解决过程中强化科学思维的训练。

问题3：如何进一步分析气球的运动？你能写出相关表达式吗？

评析：这是气球实验后提出的问题，学生很容易做出定性解释，但要写表达式就会涉及相关物理量，而学生习惯于给好物理量再列式解答问题，对这种开放的问题不知如何下手。教师通过适当引导，让学生讨论，建立了相关模型并列出如图1所示的物理量，然后顺利列式。通过该问题归纳出“从现象到模型建构到规律选择与应用，再指导实践作用于现象或拓展应用”的一般研究路径(图2)，该过程强化了科学思维训练，也为学生自主分析火箭模型、解决一般问题做铺垫。

图1

图2

2.3 实验探究，经历探究过程

“科学探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。[1]实验探究是科学探究的重要组成部分，也是物理学习的重要方式，实验探究不仅是学生解决问题的方式，更重要的是让学生亲身经历和体验物理研究的过程。

分组探究：反击式水轮机模型的转动。

进阶要求：水轮机能不能转？旋转方向、旋转快慢是什么样的？

介绍反击式水轮机，从模型—构造—实物。

评析：如图3所示，利用学生自制的反击式水轮机模型进行实验探究，吸管可以向不同方向弯曲，初始状态下吸管的弯曲是随机的，所以水杯的运动方向也是不确定的，学生要利用刚学的知识去调整吸管，从而满足探究的进阶性要求。学生在探究过程中经历了观察、假设、制定方案、获取和处理信息、合作交流等过程，有效培养了自己的探究能力，再通过实际水轮机的介绍，学生进一步了解了反冲运动的实际应用。

图3

2.4 联系实际，关注STSE关系

“科学态度与责任”主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素。物理课程内容来源于生活，最终也要回归生活实际和社会。我们要培养学生严谨认真、实事求是的科学态度，认识科学·技术·社会·环境(STSE)关系，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。

问题4：你能举出反冲运动有益和有害的例子吗？

学生举例，并展示了一些图片并做出分析。

评析：反冲既有有利的一面，又有不利的一面，培养学生在看待事物时要具有实事求是、一分为二的意识。

教师展示学生参与的水火箭和模型火箭发射场景，请学生分析火箭模型为什么会上天？

教师再播放神舟飞船升空视频，介绍火箭自带燃料和氧化剂，可以在外太空依据反冲原理飞行。

问题5：火箭为什么能离开地球，升上太空？

评析：利用学生熟悉的场景展开分析更有带入感，应用我国神舟发射的例子更能激发学生的爱国热情。

问题6：如何提高火箭获得的速度？现代火箭为什么是多级的？

教师引导学生运用前面问题解决的一般路径，对火箭的运动进行建模分析，得出火箭最终速度的决定因素，然后介绍多级的概念，重点介绍我国长征系列火箭的发展轨迹。

评析：学生发现自己竟然能用所学知识对火箭这种尖端科技产品进行分析，并得出相关结论而感到自豪，学生体验到“学以致用”，也体会到“学有所用”，对科学家用多级火箭克服技术瓶颈感到敬佩。当介绍了我国航天技术的发展轨迹，并告诉学生我国航天技术已经跻身世界前列时，学生中情不自禁地热烈鼓掌，民族自信和国家自豪感油然而生，他们为科学家鼓掌，也为国家的强大鼓掌，还为自己立志服务祖国的发展而鼓掌。

3 课后反思

物理教学要基于物理学科核心素养的培养，让学生在面对具体物理问题时，要有意识地应用物理观念去解释现象，运用科学思维将其抽象成物理模型，并能主动开展探究，对物理现象进行深层次的解释，培养学生的关键能力，落实立德树人的根本任务。本节课的设计从现象入手，进行观察和定性分析，基于问题进行定量分析，总结分析途径，找出问题解决方法。教学以问题为主线，从简单的气球喷气反冲现象的定性分析再到定量分析，总结出问题解决的一般途径，然后在火箭速度影响因素的定量分析中进行应用，培养了学生的问题解决能力。整个课堂教学的设计有利于物理观念的形成、科学思维的培养和科学探究的开展。在立德树人方面，主要介绍我国是火箭的故乡、我国航天技术的发展，激发学生的民族自豪感、社会责任和使命感，有利于科学态度与责任培养目标的落实。

反思我们的课堂，在平时的教学过程中，对学生核心素养培养的意识有时还不够，存在“充分教书、育人不足”的问题，我们应该加强教学内容和学情研究，挖掘核心素养培养的要素，在教学内容、教学策略、教学目标等方面进行解构重组，让教学内容以有利于核心素养培养的方式融入课堂。虽然核心素养的各方面是有机联系、相互渗透、不可割裂的，但针对不同的教学内容或情境特点可设计偏重不同核心素养方面的培养，如概念课可偏重物理观念培养，规律课可偏重科学思维能力培养，实验课可偏重科学探究能力培养，再将科学态度与责任的培养渗透其中。