基于核心素養的教學設計——牛頓第一定律

摘要：以核心素養為目标，通過任務分解、情境創設和問題設計，将“牛頓第一定律”的素養目标落實在具體的學習活動中，并就思維引導、實驗、教學活動方式提出了建議。

關鍵詞：核心素養；教學設計；牛頓第一定律

物理核心素養是學生在接受教育的過程中逐步形成的适應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過學習内化的帶有物理學科特性的品質。物理核心素養主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學态度與責任”4個方面構成，那麼怎樣的教學設計才能促進學生物理核心素養的提升？本人以滬科版“牛頓第一定律”教學為例，探索有效提升學生物理核心素養的教學設計。具體設計如下：

1任務分解

任務1：牛頓第一定律的發現過程。

任務2：理解牛頓第一定律。

任務3：慣性與質量的關系。

任務4：慣性的應用和防止。

2教學活動

任務1：牛頓第一定律的發現過程。

素材準備：視頻1（用力推動粉筆盒，粉筆盒運動；撤去推力，粉筆盒停止運動），視頻2（用腳踢足球，足球向前運動，最終球停止運動）。問題見表1所示。

表1

教學活動建議：

（1）對問題1，考慮到學生初中已接觸過牛頓第一定理知識，可讓學生直接回答。對問題2和問題3，經過實驗演示，可讓兩個學生先回答，再經教師補充，PPT演示伽利略合理外推内容。對問題4，可以先讓兩個學生回答，其他學生補充，再由教師給出笛卡爾的觀點。對于問題5，學生與老師集體互動，教師再直接評價。

（2）演示伽利略理想實驗時，先進行演示1：用三個表面粗糙程度不同的小球，先後從同一斜面同一高度釋放，觀察小球運動的情況。現象是阻力越小，物體上升的高度越接近等高線。進行推理：如果是理想斜面，沒有摩擦力，物體将上升到原來等高線的位置。再進行演示2：不斷降低一斜面的傾斜角度，直至軌道水平，讓小球先後從另一斜面同一高度釋放，觀察運動的距離。(讓一名學生幫忙接球)。現象是運動的距離越來越遠。進行推理：将斜面變為水平，如果沒有摩擦力，物體将會永遠運動下去。

通過自制斜面實驗對比演示，給學生呈現豐富的實驗事實，讓學生體會古人的研究思路和科學推理過程，比觀看演示實驗，其自身體驗更加深刻，從而激發學生研究科學的熱情，此外更容易突破教學重點——認識伽利略研究運動和力關系的思想方法，了解理想實驗的作用。

（3）正确評價亞裡土多德時，可以教師評價：我們不應該把亞裡士多德看成是阻礙科學進步的代表而進行批判，應該批判的是照搬亞裡士多德的觀點而墨守成規的人。同時演示偉人黑格爾、馬克思、恩格斯等人對亞裡士多德的評價，讓學生學會用辯證的眼光正确評價亞裡士多德，弘揚尊重事實的科學态度。

此外，教師也可以拓展，對于四位科學家，其實缺一不可，他們是一隻跨越2000年的科學團隊，團隊的力量不可忽視，滲透團隊合作意識。

任務2：理解牛頓第一定律。

素材準備：冰壺運動的比賽視頻3。問題見表2所示。

表2

教學活動建議：

（1）對于問題1和問題2，可先讓學生獨立思考，然後分組讨論并回答。對于“總”還可以舉個生活例子，如“我總是餓得”，類比性理解“總”的涵義？通過讨論和教師引導，學生可以理解“一切”說明天地萬物無一例外；“總”指出物體的固有屬性，不論什麼狀态；“或”指出靜止與勻速直線運動的等同性，都是物體不受外力時的運動狀态。通過分析讓學生對牛頓第一定律内容的嚴密性更加佩服，從而形成物理觀念。對于問題3，教師隻需告訴學生冰刷使冰面融化，冰面上形成一層水膜，使冰壺在冰面上的阻力很小，學生思考即可獨立回答。

任務3：慣性與質量的關系。

素材準備：圖片1體操運動員比賽，圖片2相撲運動員比賽，圖片3人推自行車容易，圖片4人推汽車困難。準備視頻4（彈簧彈開兩個質量不同的模

小車）、視頻5（飛針刺破裝滿水的氣球瞬間情景）、視頻6（煙圈的威力）。問題見表3所示。

表3

教學活動建議：

對于問題1，可以先讓學生獨立思考，然後回答。通過圖片展示，初步形成質量是慣性的唯一量度。教師補充慣性大小的涵義是保持原有運動狀态或者靜止狀态的能力。教師與學生分享一些實驗模型（比如視頻4），知識從實驗角度進行驗證，使得學生理解慣性的唯一量度是質量，效果很好。

對于問題2，教師可以讓學生觀看視頻5和視頻6，讓學生體會美妙的物理世界，從而加深一切物體都具有慣性。

對于問題3，教師可引導學生，慣性和質量一樣，都是物體的固有屬性，因此“物體受到了慣性作用”“産生了慣性”“受到慣性力”等說法都是錯誤的。力是改變物體運動狀态的原因，慣性是維持物體運動狀态的原因。力越大，運動狀态改變越快；慣性越大，運動狀态越難改變。這樣學生就能更為深刻的理解慣性。

任務4：慣性的應用和防止。

素材準備：如圖5（刹車時的人的身體狀态）、圖6（安鐵鍁頭的情景）、視頻7（盒中小球運動實驗）、視頻8（汽車碰撞）、視頻9（殲擊機為躲避導彈扔掉副油箱）。視頻10（向上仍物體，仍會落回原處）。問題見表4所示。

表4

教學活動建議：

（1）對于問題1和2需要學生獨立自主的能解釋現象，故此處需留有一些時間。問題3中實驗視頻7，将一個質量較輕的小球用細繩固定到盒子底部，加滿水，小球浮在水中。讓盒子忽然加速或者減速。先讓學生猜測小球運動情況，教師再演示該實驗。學生的認知沖突，會引起學生學習興趣。教師通過引導學生質量不同，慣性大小不同，再由學生回答。問題4和5由學生自主回答即可。

（2）對于不同的學生主體可采用不同的案例，比如大城鎮學生沒有接觸過安鋤頭這類情況，可改換為自制安鋤頭教具（取一個蘋果，中間挖一個洞，讓一根長棍穿過蘋果，代替安鋤頭模型，讓學生去發現蘋果向上或向下運動）。教師盡量采用身邊的案例去分析，如從羽毛球筒裡如何取出羽毛球，我們為什麼能拍掉身上的灰塵，人踩到香蕉皮會坐到地上，人被石頭絆倒會趴到在地。這些貼近生活的例子不僅可以調動學生學習興趣，也使物理學更加有趣，更實用。

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