從一堂課的教學設計談學生核心素養的培養

劉衛澤

摘要：學生核心素養的培養是一個綜合的培養過程，它不是哪一科或哪一節課就可以完成的。物理是一門以實驗為基礎的自然科學，通過物理教學我們應著重培養學生的科學素養，在六大素養中主要體現為科學精神、學會學習、責任擔當、創新精神等。如何在教學中培養學生的這些素養呢，我們在教學設計時就要充分考慮在各個教學環節中著重培養的素養內容并且落到實處。

關鍵詞：核心素養 物理課堂 教學設計 牛頓第一定律

2016年9月，《中國學生發展核心素養》在京發布，它以培養全面發展的人為核心，分為文化基礎、自主發展、社會參與三個方面，綜合表現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新等六大素養，具體細化為18個基本要點。學生核心素養的培養是一個綜合的培養過程，它不是哪一科或哪一節課就可以完成的。物理是一門以實驗為基礎的自然科學，通過物理教學我們應著重培養學生的科學素養，在六大素養中主要體現為科學精神、學會學習、責任擔當、實踐創新等。如何在教學中培養學生的這些素養呢，我們在教學設計時就要充分考慮在各個教學環節中著重培養的素養內容并且落到實處。筆者以“牛頓第一定律”的教學設計為例進行初步探討。

教材分析：牛頓第一定律是對“運動和力”的關系的闡述，它是在亞里士多德、伽利略、笛卡爾等科學家的研究基礎上由英國科學家牛頓綜合總結得出來的，主要圍繞“力是運動的原因還是改變運動的原因”這一問題進行探究思考，教學的重點是對伽利略“運動物體不受外力作用會保持自己的速度不變”論斷的探究和對牛頓第一定律的理解及應用。在教學中我們應通過實驗探究、自主學習、合作交流等教學環節培養學生的科學精神、學會學習、責任擔當等素養，通過實驗教學環節培養學生的實踐創新素養。

教學設計：

一、通過對牛頓第一定律的探究，還原對規律認識的歷史，培養學生的科學精神

課題引入始于一個問題：運動的起因是什么？要求學生在尋找生活中的實例的基礎上找出規律，絕大部分學生都能從日常生活現象如：物體靜止在那，用力推它物體就會運動，停止用力物體就停下來從而得出物體運動是因為受到了力的作用，也就是說物體受力才運動，不受力就會停下來。對于學生的積極發言教師要充分肯定他們的仔細觀察和善于思考的能力，這是科學素養的重要組成部分，并且告訴大家，兩千多年前的古希臘偉大的哲學家、物理學家亞里士多德就和大家一樣通過對自然現象的觀察和總結得出了一個結論，他認為“力是維持物體運動的原因”。但是，這種僅由經驗得出的結論是膚淺的，片面的，甚至是錯誤的，一切科學規律都應經得起生活的檢驗。（科學是很嚴謹的）在我國春秋時期的《考工記》中有這么一句話，“馬力既竭，輈猶能一取焉”，請大家討論這句話的意思及所包含的物理意義，并且思考能否在生活中找到類似實例。（合作交流、逼近真相）學生經過激烈討論，大都能夠得出物體運動時不一定受到推力的作用，如踢出去的足球能繼續滾動一段距離，自行車從坡上沖下去后在平路上不踩也會走等等。教師繼續引導學生思考：為什么足球最后會停下來呢？如果不踩自行車為什么會慢慢停下來？學生很容易會想到阻力，這個阻力就是摩擦力，正好引入十九世紀意大利物理學家伽利略的斜面實驗，伽利略通過斜面實驗發現了摩擦力，并且通過實驗推翻了亞里士多德的“力是維持物體運動的原因”的結論。學生會很好奇，也很期待伽利略的斜面實驗，教師適時介紹伽利略的雙斜面實驗，并且用自制的斜面實驗裝置給學生演示伽利略所做的實驗。小球從左邊斜面滾下來，通過最低點，然后沖上右邊的斜面。

設疑：1、小球從左邊斜面沖下來，能沖到右邊斜面相同高度嗎？為什么？

2、如果斜面再光滑些，小球能否沖到更接近原來高度？如果斜面完全光滑呢？

3、如果把右邊斜面放低些，小球運動路程有什么變化？為什么？

4、如果右邊斜面放置水平且斜面完全光滑，小球將怎樣運動？

一系列的演示實驗及問題探究，學生通過觀察實驗現象并結合思考討論，大都會有一個初步結論，小球在右邊斜面向上沖時，并沒有受到推力的作用，由此可知力不是維持物體運動的原因，同時通過右邊斜面降低及至水平，假如斜面完全光滑，小球由于要沖到原來的高度卻又到不了所以將永遠運動下去。教師及時指出“假如”二字，是因為我們無法實現它，這是一種理想狀態的實驗，它是建立在真實的實驗基礎之上的，是以正確的邏輯法則為依據的，所以它是正確的。這種理想實驗的方法是我們探究自然的一種重要的方法。伽利略就是用這種方法通過自己的實驗研究得出了一個重要結論：力不是維持物體運動的原因。從而推翻了統治人類兩千多年的亞里士多德關于力是物體運動的原因的理論。教師的演示實驗為學生指明了科學探究的方向和探究的方法，教材中結合初中學生的認知特點安排了斜面小車實驗，通過改變水平面上的粗糙程度觀察小車運動距離來探究力和運動的關系，接下來進行分組實驗，并完成實驗報告。（學生實驗旨在培養學生動手操作、掌握科學探究的方法，培養學生的實踐能力）

通過實驗學生已經完全能理解物體的運動并不需要力來維持了，這時教師再簡單介紹法國科學家笛卡爾在伽利略的實驗基礎上補充和完善了伽利略的理論，他提出如果運動中的物體沒有受到除原來的力更多外力的作用，它將繼續以同一速度沿同一直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。他們兩個人都只考慮了運動的物體，英國科學家牛頓在伽利略和笛卡爾研究的基礎上，綜合考慮靜止的物體，從而提出了“一切物體在不受外力作用時總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態”這就是著名的牛頓第一定律。

二、通過對規律的理解，聯系生活實際，開展探究式教學，培養學生學會學習的素養

物理來源于生活，應用于生活，對規律的理解是應用的基礎。如何理解牛頓第一定律，如何理解慣性并應用慣性知識解釋日常生活現象是這節課的另一個重難點。在對牛頓第一定律的理解中要重點理解以下四點：1.牛頓第一定律說明了物體不受力時的運動狀態是靜止或勻速直線運動，所以說明了力不是維持物體運動的原因；2.一切物體都有保持勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質，這種性質叫慣性，所以說一切物體都有慣性，牛頓第一定律也叫慣性定律；3.外力作用是迫使物體改變運動狀態，所以說力是改變物體運動狀態的原因；4.在地球上不受外力的物體是不存在的，這里的不受外力是指所受合外力為零或者在某一方向上不受外力。

為了幫助學生理解慣性，一是要聯系生活實際，錘子松了，為什么撞擊錘柄就可以讓錘頭緊套在錘柄上？跳遠時助跑為什么跳得遠些？……二是要糾正學生常有的幾種錯誤認識，如慣性消失、慣性減少、克服慣性等，慣性是物質固有的一種屬性，它只由物質質量大小決定，質量不變，慣性不變。物體運動時有慣性，靜止時亦有慣性。為此，設置一個物理場景：一段粗糙水平面AB連接一段光滑水平面BC再連接一段粗糙水平面CD，在A點放置一木塊。開始讓木塊靜止5S，然后用一外力推動木塊使之運動，5S后運動到B點，速度為3m/s，在B點撤除外力，木塊在BC段運動2S后到達C點，最后在CD段運動5S停下來。

設疑探究：1.分析木塊在各段的受力情況；

2.在AB段、CD段受力方向和速度變化方向關系如何？

3.BC段木塊有沒有保持勻速直線運動？是不是保持原來的速度做勻速直線運動？

4.在AB段當物體達到1m/s時撤去外力，木塊的運動情況會是怎樣？

通過以上分析探究，引導學生明白，當木塊靜止時，它說我原來靜止，就讓我保持靜止吧，這樣它靜止了5S，當受外力作用時，它還想保持靜止，這就是慣性，但外力作用迫使它運動，它很無奈，不得不改變運動速度，即便在運動速度改變的時候，它也時時刻刻都抗議說我想保持，比如達到1m/s時它說就讓我保持這個速度運動吧，可是在外力作用下，它的速度還要增加，保持的本性是有的但顯現不出來，直到到達B點，外力撤去了，它的速度達到3m/s，于是保持這個速度運動到了C點，到了C點，又受到阻力作用，于是又不得不減小速度。所以木塊總是這樣，總想保持原來的速度，時時刻刻都想保持。在這個過程中，它的速度雖然在發生變化，但它的慣性大小并沒有變化，也就是說改變它運動狀態的難易程度沒有變化。比如說，這個木塊我們用很小的力就可以推動它，或者使它由運動變為靜止，但一列火車，如果我想推動它或迫使它從運動中停下來，單靠我一個人的力量是做不到的，這就是慣性的大小。

學生在教師引導下，通過積極參與探究，形成知識，加深對規律的理解，辨析概念，從而掌握學習的方法，培養學生學會學習的素養。

三、通過實驗教學，創新、改進實驗儀器或實驗原理，培養學生的實踐創新素養

物理實驗能激發學生學習物理的興趣，幫助學生掌握物理知識和技能，培養學生的動手能力、思維能力、科學探究能力和創新能力，幫助學生養成良好的科學素養。在伽利略斜面實驗教學中，我添加了伽利略實驗原型雙斜面小球實驗作為演示實驗，主要目的是還原科學家對物理規律的探究過程，因為伽利略斜面實驗對人類科學的貢獻不僅僅是實驗的本身，而是實驗所使用的方法?，F行教材中根據初中學生的認知特點，把實驗改成單斜面的斜面小車實驗，所以把這個實驗作為學生的分組實驗，讓學生在實驗中感受實驗創新的好處，認識實驗創新的方法。由于教材中沒有伽利略雙斜面實驗，所以實驗裝置只能自己制作，在制作雙斜面實驗裝置的過程中，最關鍵的是右邊斜面的制作，一是要與左邊斜面連接呈圓滑的斜面，二是右邊斜高度要能改變，還不影響與左邊斜面的平滑連接。在材料的選擇方面我試用過木板、鐵皮、銅片、有機玻璃等，最后我使用了鋼卷尺的尺片，利用卷尺本身內凹的特點做成曲面軌道，用木板做成支架，在木板上用顏色不同的彩筆畫出等高線，根據等高線確定右邊斜面的幾個高度，這樣就完成了雙斜面實驗裝置的設計制作。這個實驗裝置是學生跟我一起完成的，這個過程本身就培養了學生實踐創新的能力。

四、通過課后練習，聯系生活，培養學生的責任擔當素養

物理來源于生活，服務于生活。我們學習知識是為了更好地服務社會，更好地利用知識創造更美好的生活。習總書記提出的“綠水青山就是最好的金山銀山”，但是現在由于人類過多的開發利用甚至是嚴重污染了我們賴以生存的山川、河流，我們有責任來改變一些不好的現狀，這就需要我們有擔當精神。這節課后，我布置一組小課題、小論文選做題，讓學生通過查閱資料、走訪等形式完成，完成時間可以在一周內，也允許幾個人組成小組共同完成：

1.牛頓生平及你對這一偉人的評價；

2.伽利略所具有的科學品質及“理想斜面實驗”的科學意義；

3.生活中的慣性；

4.亞里士多德的主要成就。

結束語：

學生核心素養的培養不是一朝一夕就能完成的事情，也不是通過一科、一節課就能有立竿見影的效果，但是培養學生的核心素養，是新課程、新大綱對我們教師提出的新標準，新要求，這就要求我們教師不斷提高自己的核心素養，不斷提高自己的教學教研的水平，在教學中不斷滲透核心素養的教育，培養學生對科學的興趣，養成科學的行為、品格，用正確的思想指導教學設計和教學過程。

參考文獻：

《中國學生發展核心素養》教育部官網

《初中物理新課程標準》

《伽利略斜面實驗》百度百科

《基于“物理學科核心素養”下的課堂教學思考》未知

《“牛頓第一定律”教學中對學生科學素養的培養的嘗試》未知

《核心素養的內涵反思與教育啟示》《中國教師》總第256期