核心素养视域下的形成性习题课教学设计

徐奇峰

【摘要】在形成性习题课教学中通过一些具有针对性的例题，让所学的物理概念、物理规律通过习题的方式得到巩固和延伸，利用问题串将“物理知识”与“规律应用”连接起来，在过程中注重物理方法的启发指导，科学思维的培养和程序性知识的生成，引导学生建立运动与相互作用观，建立起动力学问题的解决思维程序，进而内化为策略性知识，切实提高运用物理观念解决问题的能力，提升物理核心素养.

【关键词】核心素养；高中物理；习题课教学

1 教学目标

基于物理课程标准、物理学科核心素养的内容要求及具体学情，制定如下教学目标.

（1）能用牛顿运动定律解决两类主要的动力学问题；

（2）掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法；

（3）初步體会牛顿运动定律对社会发展的影响，并建立主动应用所掌握的科学知识解决实际问题的物理观念[3].

2 教学过程

2.1 新课引入——问题加游戏

导入问题 我国已进入高铁时代，高铁在每一站的停站时间都很短，旅客需要按照站台上标注的车门位置候车.高铁进站时总能准确地停靠在站台标注的位置.这是如何做到的呢？学习了这节课就能知晓这个问题的答案.

活动引入 弹棋子游戏：现有一块长木板和一枚棋子，用食指将静止于木板左端标志线处的棋子弹出，如图1，若棋子能在停木板右侧的环形目标区域，则获得相应分值，游戏时以小组为单位，小组里的同学每人弹3次，积分最高者获胜[3].

在之后的交流环节中，由各小组汇报“战果”，得高分的同学分享成功的经验，得分低的同学总结失败的原因.

2.2 新课内容

2.2.1 引入研究主题， 提出问题

问题1 在本次游戏中，决定所获分值高低的运动参量有哪一些？

2.2.2 从运动分析入手，思考问题

问题2 该问题的研究对象是什么[3]？

问题3 从棋子的运动情况入手，我们首先对棋子的运动情况做一个简要的分析.棋子的哪些运动参量是确定的？哪些参量是可变的？

问题4 我们观察到了棋子做的是减速运动，那么棋子做的是匀减速直线运动吗？如何验证？

问题5 用什么规律可以求解棋子的加速度？

问题6 若要用牛顿第二定律来求解棋子的加速度，应该知道哪些物理量？

问题7 棋子在减速过程中受到了哪些力？让棋子减速的力是哪些？

2.3 从受力情况入手，解决问题

学生活动 画出棋子的受力示意图，并求出其合力.利用牛顿第二定律求得加速度表达式.

问题8 用什么运动学规律求解物体的初速度？请同学们求解.

把上述游戏情境用文字叙写出来形成文字例题并投影展示，通过这个环节提高学生的模型建构能力.

例1 一枚棋子以初速度v0滑过水平木板的左端标志线，可以停在分值为2分的环形区域内，已知该环形区域距左端标志线最近距离为1.00 m，如图2，最远距离为1.25 m，棋子与木板之间的动摩擦因数μ=0.2，重力加速度g取10m/s2，则初速度v0的取值范围为多少？

分析 对棋子进行受力分析后，根据牛顿第二定律可以求得棋子滑行时的加速度，再结合棋子做匀减速直线运动的规律求得棋子的初速度v0.

解 选择棋子为研究对象.棋子所受的合力等于滑动摩擦力Ff （如图3）.设棋子的质量为m ，以棋子运动方向为正方向建立一维坐标系，滑动摩擦力Ff 的方向与运动方向相反，则

实验验证 在标志线处安装光电门，测量棋子经过标志线处的速度，验证可运动到x1与x2之间的滑块速度是否在求解范围内[4].

2.4 引导学生感悟解题思路

学生活动1 请同学们总结一下此类问题的特点.

已知物体受力情况确定运动情况，指的是在受力情况已知的条件下，要求判断出物体的运动状态或求出物体的速度、位移等——已知受力情况求解运动情况.

学生活动2 请同学们总结一下这类问题的求解思路和方法.

逐步引导学生总结得出常用的解题思路.

学生活动3 绘制解题策略图，如图4所示.

2.5 投影展示例2并引导学生审题

例2 一位体重为55kg的滑雪者，所携带装备的质量为20 kg，以2m/s的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为30°，在5s的时间内滑下的路程为60m.求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），g取10 m/s2[5].

问题1 例题1和例题2在情境设置上有什么差别？这种差别会导致在解决问题上有什么不同？

已知物体运动情况确定受力情况，指的是在运动情况（知道三个运动学量）已知的条件下，要求得出物体所受的力或者相关物理量（如动摩擦因数等）——已知运动情况求受力情况.

问题2 滑雪者受到哪些力的作用？这些力的方向是什么？请画出滑雪者的受力示意图.

问题3 这些力当中哪些力是已知的？哪些力是未知的？

问题4 如何建立坐标系？如果沿水平和竖直方向建立坐标系，是否方便解题？为什么？

问题5 如何选择合适的运动学公式求解未知物理量？

分析 由于不知道动摩擦因数及空气阻力与速度的关系，不能直接求滑雪者受到的阻力.应根据匀变速直线运动的位移和时间的关系式求出滑雪者的加速度.

解 以滑雪者为研究对象.建立如图5所示的直角坐标系.滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动.

根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为 650 N，方向垂直斜面向下.滑雪者受到的阻力大小为 75N，方向沿山坡向上.

2.6 引导学生感悟解题思路

学生活动1 请同学们先自己感悟求解此类问题的主要思路和方法.

学生活动2 绘制解题策略图，如图6所示.

2.7 总结与反馈

在牛顿第二定律公式和运动学公式中，都包含加速度这个共同的运动参量.在解决这两类基本动力学问题的过程中，首先应该确定研究对象，再从动力学的角度进行受力分析和运动分析，然后通过加速度这一桥梁将相互作用的规律和运动学规律联系起来.因此，求解加速度是解决有关运动和力问题的重要环节，做好正确的受力分析和体现时空关系的运动过程分析则是解决这类问题的关键.

3 结语

本节主要内容是应用牛顿运动定律解决实际问题，综合了前面所學的基础知识和本章所学的基本规律，因此本节具有承上启下的作用.人教版教科书在本节开始提出的问题是一个与实际联系紧密的现象，在本节课的教学中以此创设游戏情境，以引发学生对所要学习内容的主动思考，激发学生的学习热情，培养学生的学习兴趣，并将游戏情境转化为物理习题，通过这一过程体会如何将物理真实情境转化为物理模型，培养学生建模能力.

在形成性习题课的教学中要特别注意不能将陈述性物理知识置于教学的中心，可以利用问题串将“物理知识”与“规律应用”连接起来，在过程中注重物理方法的启发指导，科学思维的培养和程序性知识的生成，引导学生建立运动与相互作用观，建立起动力学问题的解决思维程序，进而内化为策略性知识.强调在解决问题时要根据实际情况把握问题解决的关键，灵活选用才能更利于培养学生核心素养.

【课题项目：江西省教育技术信息研究十三五规划课题“基于智慧教室环境的高中物理课堂互动教学研究”课题编号：2019-G-1-3026】

参考文献：

[1]李友安.《中学物理教学设计方法——以问题为导向，指向核心素养》[M].南昌：江西高校出版社，2022.

[2]中华人民共和国教育部.高中物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2020，10.

[3]郑延平，席靖.应用创新实验优化教学情境的研究——以《应用牛顿运动定律解决问题（一）》为例[J].新课程，2021（18）：34-36.

[4]方林.动力学中两类基本问题的分析方法[J].青苹果，2016（21）：35-38.

[5]赵国良.基于SECI理论的高中物理“运动和力的关系”情境化教学设计[D].牡丹江：牡丹江师范学院，2022.