基于物理學科核心素養的教學設計

王群 鄭慧玉 劉二虎

物理學科核心素養是物理學科育人價值的集中體現，本文以高中物理必修1的“彈力”為例，談談如何在課堂教學實踐中踐行著“以人為本”的理念，關注學生的成長和核心素養的發展。

一、基于核心素養的教材和學情分析

《彈力》是人教版高中物理（必修1）第三章第二節的內容，彈力概念形成及彈力方向的確定是本節的難點和重點。對于胡克定律的教學，學生已知道彈力與其形變量的定性關系。引導學生在原認知基礎上設計實驗“探究彈力的大小與伸長量之間的定量關系”，構建新知識，讓學生動手體驗，從定性認識出發，猜想其定量關系，通過實驗探究，總結規律，讓學生親歷探究的過程，提高學生自主、互助意識，體驗探究學習的樂趣。

高一學生，在初中對彈力有了初步感性的認識，了解彈力的具體表現。在高中教學中要進一步幫助學生對彈力深層次的理解。彈力產生的原因及其方向的判定，是學生普遍感到難以把握的問題。本節課通過“知識內容”“思想方法”兩條主線貫穿整節課，精選生活中實例，運用形象直觀的實驗降低難度，幫助學生突破難點。

二、教學目標確定

1.通過認識常見的形變，構建彈力概念及產生條件;

2.在典型事例中分析歸納彈力的方向，能正確畫出彈力示意圖;

3.通過實驗探究彈簧彈力與形變量的關系，了解科學研究方法;

4.了解彈力在生產和生活中的應用，體會物理與生產和生活緊密聯系。

三、基于核心素養的教學過程設計

本節課以認識形變、彈力的定義及產生條件、彈力的方向判斷、（彈力的大?。┖硕伤膫€任務貫穿整個教學過程。

環節1：游戲情境，引入新課，激發學習興趣

師：同學們的家鄉連云港是個美麗的港口城市（PPT展示圖片），近幾年發展很快，對外貿易需求量大，外語使用頻繁，今天我們來做個猜單詞小游戲，猜猜下面幾個單詞的中文意思：（從幾個物理詞語的英文表述入手）

1.force 力

2.limit 極限、限度

3.deformation 形變

4.elastic 有彈性的

elastic這個形容詞可以與其他幾個單詞組合，把它們組合在一起表示什么意思呢？

elastic deformation：彈性形變;elastic limit：彈性限度;elastic force：彈力，就是今天我們研究的主要內容。

設計意圖：由港口圖片引入單詞辨析，激發學生的好奇心（物理老師怎么說起了英語？），創設輕松愉快的情境，同時培養學生的家國情懷，也體現跨學科綜合教學，培養學生的遷移能力，教學中滲透育人理念。

環節2：創設情境，構建概念，培養思想方法

教師演示1：分別一彈簧和一根舊電線它們施加力的作用，觀察到什么變化？

生：看到形狀或體積改變。

師：物體的形狀或體積的改變，叫做形變。

問題1：動手做一做，分別對彈簧、舊電線、橡皮泥、氣球等施加力的作用，觀察有什么不同？

學生實驗后交流總結：

彈性形變：撤去外力后，能夠恢復原來形狀，這種形變叫彈性形變。如：彈簧、氣球、尺子等。

非彈性形變：撤去外力后，不能恢復原狀的，如橡皮泥、舊電線等。彈性形變有拉伸形變、壓縮、扭轉、彎曲形變。

設計意圖：重視親身體驗，培養學生合作與交流的精神。

問題2：彈簧發生形變一定能夠恢復嗎？

問題3：如果你用手去壓桌面或推墻面，桌面和墻面會發生形變嗎？用實驗來判斷。

演示2：重物壓薄塑料板，如圖示能觀察到明顯的形變。

若換成壓厚木板上，再觀察有形變嗎？

生：有，但形變不明顯。

師：重物直接壓桌面上，眼睛幾乎看不到變化，桌面有形變嗎？

（邀請學生參與演示微小形變，利用光學中光線反射原理放大，用力壓桌面，光線落點變化，說明桌面發生微小形變）。

演示3：用手捏塑料瓶，觀察到明顯的形變。

師：換成玻璃瓶，眼睛幾乎看不到，若用力擠壓玻璃瓶，有沒有形變呢？

（學生上臺實驗）在玻璃瓶中裝滿紅色水，用插有細管的塞子塞緊瓶口，用手擠壓瓶身，觀察細管中液面變化情況。

總結：生活中有些形變肉眼不易看出，但確實存在的，是微小形變。

設計意圖：回顧初中舊知，關注學生學習進階。通過有梯度的設置，減少思維障礙和認知難度?？茖W認識微小形變。體會“放大法”，引導學生學習知識的同時更要關注科學方法。

問題4：物體發生形變后，會對與它接觸的物體有力嗎？用手拉彈簧或橡皮筋時，你有什么感覺？體會手與它們之間的相互作用，說明了什么？

學生：手感覺痛，受到橡皮筋施加力的作用了。

教師演示4：小車壓彈簧，看到什么現象？小車壓橡皮泥呢？

生：小車被推出去了，說明受到彈簧的彈力作用，壓橡皮泥小車沒動。

引導學生總結：發生彈性形變的物體（彈簧），對與它接觸的小車施加力的作用，這種力叫彈力。

演示5：用手指腹壓桌面，發生形變的指腹，由于要恢復原狀，對與它接觸的桌面會產生向下的壓力。

問題5：你能從以上例子分析中發現什么規律嗎？

學生分析交流總結出：（1）彈力由于施力物體發生彈性形變而產生的;（2）彈力產生的條件。

師：有些微小形變不易觀察，一可采用替換法分析，用較明顯的形變替代;二可采用假設法分析，即假設彈力存在，看假設的結果是否符合物體的運動狀態……

環節3：演繹推理，分析歸納，培養科學思維

問題6：觀察實例從中分析彈力的方向，找找有什么特點？

PPT投事例：（1）重物放薄塑料板上;（2）水球置于水平桌面上;（3）金屬塊放置于帶有海綿的斜面上。

引導學生在原有認知基礎上從多個實例講解歸納出：壓力、支持力作用，兩物體接觸，彈力的方向垂直接觸面指向受力物體。

體驗：

（1）觀察橡皮筋拉鉤碼，總結繩子、線對物體的彈力方向，總是沿繩、線指向繩收縮的方向。

（2）用竹竿撥動物體，竹竿發生彈性形變，對物體產生彈力的方向不是沿桿子方向。

總結：輕桿等產生彈力的方向不一定沿桿子。

環節4：實驗探究，數據分析，培養科學態度

問題7：你知道彈力的大小可能與哪些因素有關嗎？

體驗：把橡皮筋套在手指上，用力拉橡皮筋，體會彈力大小與形變量的關系。（提醒控制好力度，避免受傷）

學生：形變越大，越疼痛，說明產生的彈力越大。

師：類似人類歷史發展情況，哪里有壓迫，哪里就有反抗，壓迫越重，反抗就越強烈。

下面我們來研究彈簧的彈力與伸長量關系：

（1）提出問題，當我們拉伸彈簧時會產生彈力，那么彈簧彈力的大小可能與哪些因素有關呢？

演示7：兩個不同彈簧上分別掛一個質量相同的鉤碼觀察說明與什么因素有關？

生：形變量不同，與彈簧自身結構有關。

（2）猜想假設，換成兩個相同的彈簧，其中一個掛兩個鉤碼。彈力的大小又與什么有關？猜想它們會是怎樣的關系？

學生：可能成正比。需要進行實驗探究它們的定量關系。

（3）設計方案，畫出草圖。（學生討論設計實驗）

教師提示好的實驗設計應注重研究對象、實驗目的，安全（人身和儀器）、誤差小等，探究彈簧的彈力大小與伸長量的定量關系。

（4）分組進行實驗，學生分工合作進行實驗并記錄實驗數據。教師個別指導，隨時解答學生遇到的問題。

（5）處理數據，引導學生常用實驗數據處理有計算法、圖像法。并讓學生體會圖像法形象、直觀的優點。

得出結論：胡克定律，彈簧發生彈性形變時，彈力的大小F跟彈簧伸長量x成正比。其中，k為勁度系數，由彈簧自身結構決定的。

設計意圖：注重物理問題的探究和實驗設計思想，培養科學探究能力，激發學生創新意識。培養學生動手能力、分析問題能力及嚴謹治學的科學態度。體會科學實驗的探究法、數據處理的圖像法等。

環節5：聯系生活，學以致用，培養社會責任感

簡單介紹“彈力”在日常生活中的應用。

教室開關、自動傘、自動筆等用品，十分方便。各種按鈕、按鍵也少不了復位彈簧，如電腦鍵盤等。物流運輸中易碎物品包裝很“嚴密”，增加緩沖功能。音樂盒等內部的發條儲能功能。（播放音樂）

設計意圖：體會物理與生活的緊密聯系。從生活走向物理，從物理走向生活，強化對核心概念的掌握，鞏固對概念的理解。

環節6：回顧總結，主動參與，培養自主學習意識

最后引導學生本節課學到了哪些內容？我們了解到了哪些研究物理問題的方法和思想？

本節課所學的形變;彈力的概念及產生的條件;胡克定律等知識以及放大法、替代法實驗設計思想方法等方面進行總結歸納。

設計意圖：讓學生自己總結，加深對知識系統的理解，強化物理思想方法的掌握，培養學生自主、主動性學習意識。

四、教學反思

本節《彈力》是參加在海邊城市連云港舉行的省級優質評比課。教學主張體現以“人”為教育教學中心，注重以“人”為本，重視培養學生的物理學科核心素養，將發展學生核心素養滲透于課堂教學中。

首先，重視蘊含在知識背后的思維方式培養，本節教學設計厘清教學邏輯，突出重點，由認識形變到彈力概念建構，再到彈力的方向分析，最后彈力大小的定性分析到探究定量關系并能進行簡單的定量計算。思路清晰明了，將科學思維培養于潛移默化中。

其次，本節課注重學生自主體驗，合作探究，將物理核心素養培養融入平時貼近生活的小實驗，將物理生活化，注重物理思想方法教育，培養科學實驗能力。

再次，本節課關注興趣激發、重視學科間綜合教學和育人理念的滲透;加強家國情懷、責任感教育，注重物理學科育人價值的體現，培養社會責任感。

教師在課堂教學中，圍繞學生為中心，通過精心的設計滲透學科核心素養培養，抓住學科教育的本質，才能更好地落實“立德樹人”，發展“核心素養”的教育根本任務，提高學生科學素養。

【參考文獻】

[1] 普通物理課程標準[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

[2] 普通物理課程標準實驗教科書必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

[3] 物理必修1教師教學用書[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

【本文系宿遷市中小學教學研究微型課題“物理競賽“主題式”協同教學研究”（課題編號：SQWK2020-080）的階段性成果。】

（作者單位：江蘇省泗洪中學）