核心素養(yǎng)下的高中物理課堂教學(xué)探索

【摘要】基于普通高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)，以2019人教版高中物理選擇性必修一第一章“動量守恒定律”中的第二節(jié)“動量定理”為例，通過展示課堂教學(xué)理念和教學(xué)設(shè)計有關(guān)的探索，讓學(xué)生在掌握知識的基礎(chǔ)上，促進學(xué)生核心素養(yǎng)的提升?！娟P(guān)鍵詞】學(xué)科核心素養(yǎng)；物理觀念；科學(xué)思維；科學(xué)探究；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任學(xué)科育人價值集中體現(xiàn)在學(xué)科核心素養(yǎng)上，它是學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)過程中逐步形成的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。對于物理學(xué)科而言，其核心素養(yǎng)主要涵蓋物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這四個方面。“動量定理”這節(jié)課，在整個高中物理階段，是非常重要的一節(jié)內(nèi)容，本節(jié)課從力對時間的累積效果，提出了沖量的概念，又從沖量與動量變化量的關(guān)系，得出動量定理，從動量的角度揭示了力和運動的關(guān)系。通過本節(jié)課的教學(xué)，有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。針對本節(jié)課，本人從課堂教學(xué)上做了以下的探索。一、結(jié)合新課程理念，緊扣課程標準制定教學(xué)目標，注重學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的提升《普通高中物理課程標準》（以下簡稱《新課標》）中明確指出：高中物理課程隸屬于普通高中自然科學(xué)領(lǐng)域，是一門極為重要的基礎(chǔ)課程。其根本目標在于切實落實立德樹人這一根本任務(wù)，通過課程學(xué)習(xí)，進一步全方位提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)[1]。本節(jié)課《新課標》中是這樣要求的：（1）能在恒力情況下進行理論推導(dǎo)，得出動量定理及其表達式；（2）知道沖量概念，知道動量定理及其表達式的物理意義；（3）知道動量定理適用于變力情況，領(lǐng)會求解變力沖量時的極限思想；（4）會用動量定理解釋生活生產(chǎn)中的相關(guān)現(xiàn)象和解決實際問題。本人在教學(xué)設(shè)計時結(jié)合《新課標》，創(chuàng)新使用教材，關(guān)注學(xué)生的核心素養(yǎng)，制定了具體教學(xué)目標?！窘虒W(xué)目標】1.物理觀念（1）讓學(xué)生在裝有沙子的礦泉水瓶下面抽出紙條或布條，分析物體動量的改變與力和時間的關(guān)系；（2）知道沖量的概念，知道沖量的物理意義，會求合外力的沖量；（3）知道動量定理的內(nèi)容，深刻領(lǐng)悟沖量是改變物體動量變化的原因。2.科學(xué)思維（1）在理論推導(dǎo)恒力、多力、變力等情況下以及動量變化量與力和時間的定量關(guān)系的過程中，讓學(xué)生進一步經(jīng)歷構(gòu)建模型、科學(xué)推理、科學(xué)論證的環(huán)節(jié)；（2）利用微元的思想分析F-t圖像面積的含義，體會物理中的科學(xué)方法和類比思想。3.科學(xué)探究（1）在得出動量定理的過程中，讓學(xué)生經(jīng)歷提出問題、收集證據(jù)、理論解釋、小組交流等科學(xué)探究的各個環(huán)節(jié)；（2）通過DIS裝置演示變力作用下的碰撞，收集信息，獲取證據(jù)，分析論證，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任（1）用動量定理去解釋生活中的緩沖現(xiàn)象；（2）通過分析高空墜物來提高安全意識與社會責(zé)任。在設(shè)計教學(xué)目標時創(chuàng)新使用教材，讓學(xué)生獲得知識的同時，又引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)探究的過程，并讓學(xué)生體會科學(xué)探究的方法。教學(xué)目標是教育教學(xué)活動的核心，是衡量教學(xué)效果的重要指標，同時也是逐步提升學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，教師可以結(jié)合課程標準、參考用書等，并創(chuàng)新使用教材，制定教學(xué)目標，根據(jù)學(xué)生的實際情況，調(diào)整教學(xué)目標的內(nèi)容和難度。二、課堂游戲引入，引發(fā)學(xué)生認知沖突，充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性挑戰(zhàn)游戲一：摔雞蛋挑戰(zhàn)規(guī)則：用力向展開的布上摔雞蛋，摔碎雞蛋即挑戰(zhàn)成功挑戰(zhàn)游戲二：單手劈磚挑戰(zhàn)規(guī)則：一只手按著磚的一半，用另一只手去劈磚的另一半，劈開即挑戰(zhàn)成功提出問題：回想剛才激動人心的時刻，摔雞蛋和劈磚都出現(xiàn)了碰撞，同樣是撞擊，為什么薄薄的蛋殼沒有碎，而堅硬的青磚卻被劈開了呢？摔雞蛋和單手劈磚，這兩個挑戰(zhàn)游戲生活中很常見。但是，學(xué)生卻無法解釋實驗現(xiàn)象。在體驗之后引發(fā)學(xué)生認知的沖突，自然生成問題，從而進入新課的教學(xué)，這一設(shè)計也符合高二學(xué)生好奇心強、活潑好動的特點。三、層層設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程科學(xué)探究是指基于觀察實驗提出問題，形成猜測和假設(shè)，設(shè)計實驗與制定方案，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋。在本節(jié)課中，本人先設(shè)計了手拉紙條帶動瓶子運動的具體實驗情境。通過觀察實驗提出問題，并形成合理的猜測與假設(shè)。具體如下。提出問題：動量變化量的影響因素有哪些呢？它們之間又有什么樣的關(guān)系呢？實驗探究一：影響動量變化的因素利用分組實驗把紙片或布條從礦泉水瓶下面抽出（必須抽出來）。在抽出的過程中比一比，看誰能讓瓶子走得更遠，并由此猜測影響動量變化的因素。通過小組交流，搜集證據(jù)形成合理猜測：動量的變化量與力和時間都有關(guān)系，力越大，時間越長，動量變化量越大。該設(shè)計貼近學(xué)生的生活，取材方便，有趣味性，寓教于樂。自然生成問題：同學(xué)們能否利用所學(xué)知識，進一步探究動量變化量與力和時間存在什么樣的定量關(guān)系呢？進而過渡到理論探究一環(huán)節(jié)。理論探究一：在光滑水平面上的質(zhì)量為m的物體在水平恒力F的作用下，經(jīng)過時間t，速度由？淄變?yōu)椋孔汀?。試推?dǎo)恒力F與物體動量變化量之間的關(guān)系。結(jié)論：物體在運動方向上只受力F時，存在F？駐t=？駐ｐ即F與？駐t的乘積等于動量的變化量。理論探究二：假設(shè)在水平恒力F和阻力f的共同作用下，經(jīng)過時間t，質(zhì)量為m的物體的速度由？淄1變?yōu)?？?，試找出力、時間與動量變化量的關(guān)系。結(jié)論：物體受多個力時，合力與？駐t的乘積等于動量的變化量（F-f）？駐t=？駐ｐ理論探究三：在變力作用的情況下，力與時間的乘積還等于動量的變化量嗎？我們可以把實際過程細分為很多時間間隔相等的短暫過程，每個短暫過程仍可近似看做恒力作用，前面推導(dǎo)的結(jié)論F？駐t=m？淄′-m？淄仍成立。對第一小段：F1？駐t1=m？淄1-m？淄0對第二小段：F2？駐t2=m？淄2-m？淄1以此類推：Fn？駐tn=m？淄n-m？淄n-1F1？駐t1+F2？駐t2+F3？駐t3+…+Fn？駐tn=？駐ｐ結(jié)論：在變力作用的情況下，動量的變化量仍然和力與時間的乘積存在定量的關(guān)系。對于動量定理的推導(dǎo)，雖然是理論探究，但也讓學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)探究的過程。先引導(dǎo)學(xué)生進行理論探究一：在光滑的水平面上用恒力F拉物體，請同學(xué)們推導(dǎo)一下，在這個過程中，恒力F以及？駐t和動量的變化量？駐ｐ之間的定量關(guān)系。得出恒力作用：F？駐t=？駐ｐ。又進一步引導(dǎo)學(xué)生思考：這個結(jié)論具有普遍性嗎？剛才物體在運動的直線上，只受了一個力，如果受多個力，比如除了向前的動力F外，還有向后的摩擦阻力f，這個時候，物體的受力和時間、動量變化量之間還有上面的定量關(guān)系嗎？請同學(xué)們進一步推導(dǎo)得出，多力恒力：（F-？覼）？駐t=？駐ｐ。接下來引導(dǎo)學(xué)生形成猜測：會不會是合力與時間的乘積等于動量變化量呢？如果是，當合力為變力時，這一結(jié)論還成立嗎？自然過渡到變力作用的推導(dǎo)。當推導(dǎo)出動量定理后，在實驗驗證階段，通過提供器材，讓學(xué)生設(shè)計實驗方案，獲取數(shù)據(jù)信息?；谧C據(jù)得出結(jié)論，當出現(xiàn)誤差時讓學(xué)生做出解釋，都很好地體現(xiàn)了科學(xué)探究的各個環(huán)節(jié)。四、實驗驗證：動量變化量與力和時間的定量關(guān)系提出問題：物理上任何一個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都要經(jīng)得起實踐的檢驗，動量定理能夠經(jīng)得起實踐的檢驗嗎？實驗驗證一：恒力作用下的動量定理利用桌上提供的實驗器材（打點計時器、紙帶、重錘、刻度尺、電子秤、鐵架臺），大家討論實驗方案，連接裝置，設(shè)計實驗表格記錄實驗數(shù)據(jù)，學(xué)生分組實驗，""小組交流展示。實驗驗證二：變力作用下的動量定理介紹DIS（數(shù)字化信息系統(tǒng)）并演示變力作用下的碰撞實驗，進一步驗證動量定理。通過教師設(shè)計問題的情境，讓學(xué)生通過觀察實驗提出問題，引導(dǎo)學(xué)生形成猜測和假設(shè)，再通過師生互動和生生互動，讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計實驗和制定方案的過程，在實驗探究中有意識獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，通過一系列活動提升學(xué)生的實驗?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)。在應(yīng)用環(huán)節(jié)，為了讓學(xué)生關(guān)注社會生活，把教材章末復(fù)習(xí)與提高中的B組第3題創(chuàng)造性地改為課堂練習(xí)，引發(fā)思考。【探究】假設(shè)一個質(zhì)量為50g的雞蛋從18樓的窗戶掉落，每樓層的高度差為3m，當雞蛋與地面撞擊時，雞蛋處于豎直位置，高度為5cm，雞蛋下沿落地后，可以認為雞蛋上沿是勻減速運動，運動到地面時恰好靜止，把雞蛋的上、下沿落地的時間差作為雞蛋與地面的撞擊時間，不考慮空氣阻力，試估算從18樓下落的雞蛋對地面的平均沖擊力。在檢驗高空墜物雞蛋的破壞性時，又結(jié)合理論探究進行了分析，讓學(xué)生基本明白，科學(xué)探究不一定都是實驗探究，也可以是理論探究，而且兩者都同等重要。五、結(jié)語本節(jié)課結(jié)合學(xué)生認知規(guī)律，老師精心設(shè)計學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，通過師生互動、生生互動，既培養(yǎng)了學(xué)生的動手動腦能力，又加深了對規(guī)律的理解。在引導(dǎo)學(xué)生探究動量