基于核心素養的物理課堂教學設計的轉變以《牛頓第一定律》為例

（浙江省湖州市安吉縣高級中學 浙江湖州 313300）

核心素養是學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。物理學科作為一門科學基礎性學科，是科學精神這一核心素養培養的重要陣地，在高中物理學科教學中學科核心素養具體體現為四個維度：物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度和責任，每個維度都有其特定的素養形式與素養內涵。

一、教學設計中基于核心素養的知識架構和目標定位

面對新的要求，在課堂教學設計中我們可以先按傳統的教學方式羅列出教學內容及需要完成的教學目標，再根據核心素養的要求進行新的架構，提出符合課堂教學進程和核心素養要求的教學目標，從而指導完成教學過程設計。《牛頓第一定律》一課揭示了運動和力的關系，是動力學理論的基礎，是牛頓物理學的基石。筆者以本課為例談談基于核心素養的教學內容架構及教學目標設定。

1.原有教學內容及教學目標

目標類別 教學內容及目標知識與技能1.理解牛頓第一定律的內容和意義，了解伽利略理想實驗的推理過程。2.知道什么是慣性，會正確解釋有關慣性的現象。過程與方法1.通過斜面小車實驗，培養學生的觀察能力。2.通過實驗分析，初步培養學生科學的思維方法。情感態度與價值觀1.通過科學史的簡介，對學生進行嚴謹的科學態度教育。2.通過伽利略的理想實驗，給學生以科學方法論的教育。

2.基于核心素養的教學內容及教育目標設定

核心素養 素養表現 素養內涵教學目標物理觀念物質的觀念 形成經典物理的物質觀并能解釋生活現象。知道質量是慣性大小的量度并能解釋生活中的慣性大小的現象。運動的觀念及應用 形成經典的運動觀并能解釋生活現象。理解慣性的概念，知道物體的運動不需要力來維持并能解釋運動的現象。相互作用的觀念及應用 初步形成相互作用觀并能解釋生活現象。理解不受力的物體是不存在的，理解力和運動的關系，理解牛頓第一定律。能量的觀念 形成經典的能量觀并能解釋自然現象。通過理想實驗的重演初步感受能量守恒的思想。科學思維模型建構 根據問題和情境，對客觀事物進行抽象和概括，構建物理模型。∕科學推理 具有規律意識，能進行科學推理，形成物理規律。知道牛頓第一定律是邏輯推理的結果；能從實驗事實到理想情況的外推；培養學生邏輯推理的能力。科學論證 具有使用科學證據的意識，和評估科學證據的能力。能利用現代技術、工具來論證牛頓第一定律的正確性，能通過大量生活事實來論證牛頓第一定律的正確性。質疑創新 具有批判性思維的意識，善于基于證據的大膽質疑。體驗從伽利略突破亞里士多德理論的過程，體會伽利略提出新理論駁斥舊理論的方法和精神，激發質疑創新精神。實驗探究科學探究意識 在不同情境中發現并提出可探究的物理問題，會合理猜測和假設。利用小實驗激發問題意識（木塊和隱輪木塊做對比實驗，激發關于運動和拉力關系的猜想）。實驗探究具有設計實驗探究方案和獲取證據的能力，能正確實施實驗探究方案，使用各種科技手段和方法收集信息；利用斜面重演伽利略理想斜面實驗，體驗實驗探究的過程和方法。分析論證 會使用不同方法和手段分析、處理信息，描述、解釋探究結果和變化趨勢。能通過實驗現象描述實驗事實，同時根據實驗趨勢推理理想條件下的實驗結果。利用氣墊導軌等現代技術進行驗證性實驗。合作交流 具有合作與交流的意愿與能力，能準確表述和評估探究過程與結果與同學合作實驗，并交流討論，發表自己的觀點，培養合作交流意識和能力。科學態度與責任科學本質 能正確認識科學的本質，認識到物理是人類有意義的探究過程。通過從亞里士多德到伽利略再到笛卡爾再到牛頓逐步形成牛頓運動定律的科學史實，讓學生體驗科學探究的嚴謹與不易。科學態度 具有學習和研究物理的好奇心與求知欲，實事求是，善于基于證據和推理發表自己的見解。通過理想實驗感受探究的樂趣，養成分析物理問題的習慣。通過合作學習，養成樂于與他人合作的精神。STSE 理解科學、技術、社會與環境的關系。慣性的學習增強學生的交通安全意識。

總體來看在涉及具體知識性教學目標時，核心素養注重知識技能的主干要求，而在精神品質的目標要求時又回歸具體，這樣的倒置安排恰恰體現了立德樹人的高位目標要求。

二、基于核心素養的教學過程設計的幾點思考

課堂教學是實施教學的第一載體，在具體的教學過程中我們要整合原有教學內容、模式、方法，并根據新的基于核心素養的教學目標對課堂教學進行合理設計。根據基于核心素養定出后的《牛頓第一定律》教學目標，筆者在實踐中對教學過程設計提出了如下對比思考。

1.基于核心素養的教學設計要從形式教學向生本教育轉變

對《牛頓第一定律》引入片段教學設計的一些對比思考。

片段1：師：運動的物體為什么會停下來？

生：受到摩擦阻力。

師：如果物體不受力的作用，又將會怎樣？

生甲：不受力，物體應該可以繼續運動下去。

生乙：不受力，物體就不會動或停止運動；必須有力，物體才能動。

生丙：不受力，物體可能會永遠運動下去。

師：讓我們來看看亞里士多德和伽利略的觀點。（多媒體演示）

亞里士多德：力是維持物體運動的原因。（與學生乙的看法一致）

伽利略：運動的物體如果不受其他物體的作用，其運動會是勻速的，而且將永遠運動下去。（與學生甲、丙的看法一致）

由此引入對力與運動關系的探討……

片段2：有兩輛木塊小車，其中A車下面沒有輪子，另一輛B車下面裝有隱形的輪子。

演示1：輕拉小車A，然后放開輕繩，小車立刻停下。

演示2：用兩根繩子同時輕拉A、B兩輛小車，放開輕繩，A車立刻停止，B車滑動了很長一段距離。

師：請描述實驗現象，并思考原因？

生：思考其中緣由，開放式交流見解和提問。

師：歸納學生問題和見解，為后續教學做好鋪墊。

師：給學生看一下B車下面輪子的奧秘，學生恍然的同時內心有了深刻的理解。

生：分小組進行實驗：每一小組前有一個小木塊，輕推木塊，比比哪一組的小車走的最遠。

生：設計實驗，分工合作，積極參與探討。

小組實驗方案之一：集中大家的圓形的筆，讓小木塊在圓形筆上進行滾動，輕推木塊可以看到木塊走了很長的距離，學生很有成就的同時有了深刻思考。

對比思考：片段1采用了問題的方式，學生在老師預先設置好的問題中簡單的回答與探討，交流意見的過程也是在事先安排好的較顯性的問題中進行，有為交流而交流的味道，很難激發學生的深度思考和自發積極的交流，合作交流學習也終將流于形式。

片段2通過演示實驗創設問題情境，充分調動學生學習的興趣，激發學生的求知欲。同時開放式的問題情境，更有利于激發學生自主學習的動力，有利于激發和了解學生原生態的問題意識，體現了從教師為主轉向了以學生為主的生本理念。在小組實驗過程中，圍繞共同的任務，大家積極思考，交流意見，達成實驗方案，分工合作完成實驗，整個過程充分體現了實驗探究和合作交流的核心素養元素。

從兩個教學片段的對比可以看到，教學設計需要從基于形式的教學向基于生本發展的教育轉變，這個轉變更有利于核心素養的生成。

2.基于核心素養的教學設計要從知識重現到知識重演的轉變

對《牛頓第一定律》理想實驗教學片段設計的一些對比思考。

片段1：多媒體課件展示：小球在不同的粗糙斜面滾下，滾上另一個對接的斜面，觀察到達的高度的變化。

現象：摩擦越小的滾得越高。

師：如果沒有摩擦，小球將上升到原來靜止時的高度（課件模擬這一過程）。

師：我們再來看伽利略理想實驗的推論。

推論：如果減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度，但要通過更長的距離。（課件模擬這一過程）；繼續減小第二個斜面的傾角，使它成為水平面，小球不可能達到原來的高度，就要沿水平面以不變的速度持續運動下去。（課件模擬這一過程）

師：伽利略理想實驗雖然是想象中的實驗，但它是建立在可靠的事實基礎上的，它把可靠的事實和理論思維結合起來，更深刻的揭示了自然規律。

教：強調理想實驗法是科學研究中的一種重要的方法。

片段2：設計伽利略斜面軌道，追尋伽利略對斜面實驗的探究及對理想情境外推的思考，重演科學探究的過程。

實驗狀體 實驗現象（事實） 邏輯推理（無摩擦、斜面足夠長）斜面傾斜固定 斜面越光滑，小球滾得越高 小球將滾到釋放點等高處減小斜面傾角 傾角越小，小球滾得越遠 小球沿斜面滾得越遠，一直滾到釋放點等高處斜面水平放置 小球滾得很遠 小球將一直滾下去

演示實驗過程，學生仔細觀察實驗現象，分析交流實驗結果。

演示1：在軌道上鋪上粗糙的毛巾，將小球放在斜面的一端釋放，小球將滾向另一端某高度處，記錄小球到達的位置；將毛巾取下，將小球就在軌道的一端釋放，小球將滾向另一端更高一些的位置，記錄小球到達的位置；再在軌道上鋪上很光滑的油皮紙，同一位置釋放小球，小球將滾向另一端更高一些的位置，記錄小球到達的位置。

學生描述實驗現象，分析實驗規律，討論交流無摩擦情況下的運動情況。觀察到斜面越光滑，小球滾得越高，當無摩擦、斜面足夠長的情況下小球沿斜面滾得越高，一直滾到釋放點等高處。

演示2：將斜面傾角變小，讓小球從同一高度處釋放，小球將滾向另一端更遠的位置；進一步減小斜面傾角，仍從同一位置釋放，小球滾到了再遠一些的位置。

學生描述實驗現象，分析實驗規律，討論交流無摩擦情況下的運動情況。觀察到傾角越小，小球滾得越遠，當無摩擦、斜面足夠長的情況下小球沿斜面滾得越遠，一直滾到釋放點等高處。

演示3：將一端水平放置，把小球仍從同一高度釋放，小球滾到了水平軌道并一直滾出了水平軌道。

學生描述實驗現象，分析實驗規律，討論交流無摩擦情況下的運動情況。觀察到斜面水平放置時，小球滾得很遠，當沒有摩擦時，小球將一直滾下去。

學生回顧實驗過程和現象，交流討論得到力與運動的關系：沒有力的作用，小球將保持原來的運動狀態一直運動下去。

對比思考：片段1闡述了理想實驗的方法，利用課件講述了實驗的過程，在這個過程中學生通過認真聽講能夠掌握伽利略理想實驗的知識，但這樣的知識是干癟的，是缺少生命力的，它很難轉化為解決問題的能力與智慧，也無助于提升學生的核心素養。

片段2創設情境重演了伽利略理想實驗，讓學生經歷科學探究的過程，體驗了科學推理的魅力。在重演的實驗情境中，學生經歷了知識的產生、生長過程，從中更深刻的理解知識的本質，萌生科學思維，發展核心素養。

浙江省在物理高考自主命題以來，一直非常重視對學生的物理基本經歷的考查，這與核心素養的要求不謀而合。物理課堂是提升基本經歷的主陣地，如何在課堂中讓學生經歷，而且不是走馬觀花般的看過，需要我們重演物理知識形成的過程，并精細設計引導學生在重演的情境中深入思考，理解本質，提高素養。

從兩個教學片段的對比可以看到，教學設計需要從知識重現到知識重演的轉變，這個轉變更有利于核心素養的養成。

結語

核心素養的提出在于培養全面發展的人，這是基于長遠的教育目標、基于偉大中國夢而提出的符合時代發展要求的教育目標。作為物理學科的教育實踐者，我們需要在核心素養的教育目標引領下，理清課堂教學的內容和目標，從實踐的角度對比分析各種教學設計方案，從中尋求更符合核心素養發展的教學設計，努力提升基于核心素養的物理教育教學水平。