大數(shù)據(jù)背景下基于核心素養(yǎng)的高中物理牛頓運動定律教學研究

【摘 要】隨著時代的發(fā)展，教學理念相應(yīng)地發(fā)生了改變，在高中物理教學中融入現(xiàn)代技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)開展教學，可以提高學生的核心素養(yǎng)。筆者根據(jù)牛頓運動定律，在網(wǎng)絡(luò)中收集多種教學信息，開發(fā)教學資源，并在“牛頓第一定律”“牛頓第二定律”與實驗教學中加以運用，通過理論與實踐教學，使學生的科學思維、物理觀念、實驗探究與科學態(tài)度與責任素養(yǎng)快速提升，進而增強學生的學習能力。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù)背景;核心素養(yǎng);高中物理;牛頓運動定律

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2020）28-0095-02

牛頓運動定律是高中物理中的經(jīng)典內(nèi)容，而融入大數(shù)據(jù)開展相關(guān)教學，對學生核心素養(yǎng)的提升有很大的幫助。教師應(yīng)開展德育教育，更好地落實物理學科的育人價值。基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提升學生的綜合能力與品格，將理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵺`應(yīng)用，細化學科知識，并內(nèi)化為課程目標，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)背景下的高效教學，為教師的教與學生的學指明方向。

1? ?大數(shù)據(jù)背景下培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的教學資源開發(fā)

基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)中尋找教學資源在課堂中應(yīng)用，有利于實現(xiàn)信息技術(shù)與教學的融合。教師使用多媒體或者教學軟件，將網(wǎng)絡(luò)中的教學資源變?yōu)槎嗝襟w課件與演示文稿，直觀地展示給學生;或者使用交互式白板展示動畫或者圖表的動態(tài)變化過程。大數(shù)據(jù)的普及，極大地豐富了媒體資源，為學生的互相交流、自主探究等活動提供了基礎(chǔ)。雖然PPT是課堂中的常規(guī)演示文稿，教師使用時間較長，應(yīng)用比較嫻熟，但是使用時還是難免出現(xiàn)一些問題，如課件制作時間長、動畫運用不合理、習題與知識點需手動輸入、與學生互動性差等[1]。大數(shù)據(jù)背景下教學軟件的運用，能很好地解決這些問題。通過教學軟件，教師可以在網(wǎng)絡(luò)中查找資源，加上教學平臺中的檢索、下載、使用等功能，連接計算機或者移動手機客戶端，實現(xiàn)人機互動，深度挖掘網(wǎng)絡(luò)資源。針對“牛頓第一定律”，“教育101”教學軟件一共提供了3個經(jīng)典課件與教案，還有32個學科工具與89個基礎(chǔ)練習題與12個PPT主題。教師可以結(jié)合班級情況與教學目標，挑選需要的部分，并在課堂中呈現(xiàn)，進而構(gòu)建高效課堂。此教學資源使用的優(yōu)勢主要有4個。第一，從教學平臺直接導入網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)質(zhì)課件，有利于學生利用其開展學習。第二，網(wǎng)絡(luò)中有很多經(jīng)典問題，類型豐富，能促使學生的練習效果更明顯。第三，在學習平臺中可完成互動交流，幫助學生更快地解答問題，互動性更強。第四，利用該教學平臺可以使教學不受空間束縛，時間也更加充裕。

2? ?大數(shù)據(jù)背景下基于核心素養(yǎng)的“牛頓第一定律”的教學研究

“牛頓第一定律”是“牛頓運動定律”的第一節(jié)課。而在大數(shù)據(jù)背景下結(jié)合核心素養(yǎng)培養(yǎng)，使用情境、示范等策略，根據(jù)布魯納認知理論中的發(fā)展學習理論，讓學生自己發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)物理觀念、科學思維、實驗探究精神，以及科學態(tài)度與責任感，將牛頓第一定律的知識點一層層展示出來，有利于讓學生以嚴謹?shù)目茖W態(tài)度學習[2]。

正式上課之前，教師可以在網(wǎng)絡(luò)中找尋亞里士多德關(guān)于力的結(jié)論視頻或者文字，為學生呈現(xiàn)，并得到結(jié)論：若沒有外界的力，物體原來的運動狀態(tài)就會發(fā)生改變。提問“力是保證物體運動的原因，對嗎？”，將物理史融入課堂，引發(fā)學生論證的興趣，使其在積極思考中獲得探究能力的提升。對于此問題，有的學生說這是對的，有的學生提出反駁：“這么說是不對的，如推動玩具車后，沒有力施加在上面了，小車還會繼續(xù)向前走，所以說即使沒有施加力，物體還是會維持原來的運動狀態(tài)。”經(jīng)過積極討論，課堂氛圍變得更好，學生在相互交流中擴展了思維，加強了運動與力的觀念，鍛煉了科學思維。教師總結(jié)并追問：“既然亞里士多德的觀念是不對的，那你能用身邊的工具證明嗎？”提前為學生準備棉布、木板、砂紙玩具車等，讓學生在教師的引導下自主設(shè)計實驗過程并操作，在整個探究過程中，鍛煉動手與創(chuàng)新能力，并提升科學態(tài)度與責任感。經(jīng)過實驗后，學生總結(jié)：“力不一定能保證物體運動，促使其停止的原因是摩擦力。”教師提問：“木板、砂紙與棉布的粗糙度如何？如何讓小車的運動初始速度相同？如何縮短玩具車的滑動距離？”學生實驗總結(jié)：“可從相同高度與坡度的位置釋放玩具車。三種物品中，毛巾是最粗糙的，其次是砂紙與木板。要想縮短玩具車的滑動距離，可以降低其釋放高度。”教師最后總結(jié)：“雖然亞里士多德的說法是錯誤的，但是其提出的很多觀點為后代物理學家的探究提供了基礎(chǔ)。”以物理史開展教學，有助于培養(yǎng)學生的科學探究素養(yǎng)。

對于“牛頓第一定律”的教學，教師可先在網(wǎng)絡(luò)中找尋教學資源，并篩選適合的內(nèi)容，選擇最恰當?shù)膶嶒灮顒印Ｈ缱灾菩泵嫫飨蛐〗M發(fā)放，讓學生做“伽利略理想斜面”實驗，讓小球在斜面上滾落，然后降低斜面斜度，再滾落小球并記錄，第三次降低斜面斜度，滾落小球，記錄小球滾落的距離。讓學生思考“若最后一次降低斜面后，斜面已經(jīng)變?yōu)槠教沟拿妫敲葱∏虻臐L動距離為多少？”，進而分析出光滑平面中的小球沒有外力的阻止，就會一直滾動下去。讓學生通過伽利略“理想型”實驗，得到牛頓第一定律。在教師指導下，學生能經(jīng)歷實驗過程，知道物理定律的推導并不簡單、科學家的辛勤付出，感受科學理論獲得的艱辛，提升科學探究素養(yǎng)。

3? ?加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗研究

加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗，是在牛頓第二定律的基礎(chǔ)上，表明物體的加速度與在上面施加的力和物體質(zhì)量有關(guān)。而學生之前已經(jīng)掌握加速度與位移的概念，并通過打點計時器與天平實驗，經(jīng)過思考與動手實踐，探尋出了多個物理量之間的關(guān)系。實驗教學可以培養(yǎng)學生的科學思維。教師提問：“你知道物體運動的時候，加速度大小與什么有關(guān)嗎？我們需要用什么方法進行研究呢？”在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，借助微課或者電子白板為學生展示實驗過程，使學生認識到物體加速度與自身質(zhì)量和受到的力有關(guān)。教師提問：“如何在實驗中保證一個量不變，控制另外兩個量呢？”學生思考后得出答案，此實驗中可以先保證物理質(zhì)量不變，然后測量該物體在不同力下產(chǎn)生的加速度，分析力與加速度的關(guān)系;再保證物體所受力是不變的，分析運動中物體質(zhì)量與加速度之間的關(guān)系。利用教材中三個物理量的關(guān)系，參考教材中的案例，教師提問：“物體質(zhì)量的測量可以利用天平，那么加速度可通過什么得到呢？”學生經(jīng)過閱讀可得到答案。此過程不但培養(yǎng)了學生的理解能力與邏輯能力，還激發(fā)了學生做物理實驗的興趣，并使其充分感悟到了實驗過程中的物理知識。經(jīng)過小組討論，有的學生分析，本次實驗需要測量的物理量為質(zhì)量、力與加速度，設(shè)物體初始速度為0，做勻加速直線運動，加速度的測量方法則為使用刻度尺測量物體運動長度x、使用秒表記時間t，根據(jù)公式a=得到加速度。在學生掌握加速度與物體質(zhì)量的測量方法后，鼓勵學生討論如何測量恒力，即物體受到的力一般是對應(yīng)的，如拉力與摩擦力，只不過其運動方向與合力方向一致。那么合力如何測量呢？通過交互式白板的展示，教師逐步引導學生思考實驗過程，為后期實際操作做準備。大數(shù)據(jù)下的物理實驗教學，為教師提供了更多的資源，另外，教師還能在課前提供教學資源，讓學生有充足的時間分析討論。如平衡摩擦力的探究，可讓學生體會科學探究的精髓，使學生在教師的指導下動腦思考、動手實驗，養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與責任素養(yǎng)。

4? 大數(shù)據(jù)背景下基于核心素養(yǎng)的“牛頓第二定律”的教學研究

高中階段的“牛頓第二定律”教學分為兩部分，先是理論內(nèi)容，然后是通過實驗探究，得到定律表達式。結(jié)合皮亞杰理論，使用拋錨式教學模式，引導學生在了解知識點的同時，深度理解“牛頓第二定律”的核心本質(zhì)，進而培養(yǎng)學生的物理觀念與科學思維素養(yǎng)。教師在網(wǎng)絡(luò)中尋找關(guān)于加速度決定因素的視頻，給學生播放，可以激發(fā)學生提出質(zhì)疑，引起其思考，保證其思維連續(xù)性，這樣有利于思維擴展，讓學生在無形之中，提高科學思維，增強科學觀念[3]。教師提出“物體的加速度和什么有關(guān)？”問題促使學生動腦思考，并得到加速度與質(zhì)量、作用力有關(guān)，并在教師引導下，進行進一步的討論，得到初步的規(guī)律，思考如何表達牛頓第二定律，討論得出關(guān)系式F=ma（F為物體所受的力，m為物體質(zhì)量，a為加速度）。教師書寫板書，對牛頓二次定律進行進一步分析，以加速度為1m/s2和物體質(zhì)量為1kg的力稱為一個單位的力，并利用牛頓表示kg·m/s2，即為N。提問“若一個物體同時受幾個力，那么該如何表述？”學生在熱烈討論后，得出物體運動的加速度與受到的合力成正比，與自身的質(zhì)量成反比，方向與最終合力的方向相同。這樣有利于學生在教師的幫助下，提升歸納與邏輯思維。

綜上所述，基于核心素養(yǎng)，教師在“牛頓運動定律”的單元教學中，應(yīng)借助大數(shù)據(jù)資源，將新課標與核心素養(yǎng)運用于實踐中，通過教學資源的開發(fā)以及“牛頓第一定律”與“牛頓第二定律”的教學，讓學生熟練掌握相關(guān)知識，并用于解決實際問題，促使其核心素養(yǎng)更好提升。

【參考文獻】

[1]王麗，張軍朋.科學論證視角下人教版與粵教版高中物理教材對比研究——以《牛頓運動定律》一章為例[J].物理教學探討，2019（10）.

[2]沈志輝.學科核心素養(yǎng)視域下高中物理單元教學設(shè)計的研究——以第三單元“牛頓運動定律”為例[J].物理通報，2019（4）.

[3]許方杰，王鐵樺.空手碎瓶——“牛頓運動定律應(yīng)用”的創(chuàng)新探究[J].物理通報，2018（12）.

【作者簡介】

王娜（1984～），女，漢族，吉林通化人，本科，中教一級。研究方向：高中物理教學。