基于核心素養的教材二次開發——以“飛機為什么能上天”為例

彭軍凱

（北京市海淀區教師進修學校附屬實驗學校，北京 100142）

“飛機為什么能上天”是北師大版8年級下冊內容，主要介紹流體流動情況下的壓強特點，此前內容是液體和氣體處于靜止狀態下的壓強，學生習慣靜態分析，以形象思維為主，因此對學生而言難度較大.通過適合的教學設計從階梯化、趣味化、實驗化、生活化4個維度對教材進行“二次開發”，讓學生能夠更加形象、直觀地學習，培養核心素養.

1 教學設計中階梯化策略引導學生自主建構知識

1.1 教材分析

循序漸進是物理教學必須遵循的原則，只有讓教學內容處于學生的最近發展區，才能取得好的教學效果，設計階梯化的教學內容便是很好的方式.教材開始直接介紹流體，然后讓學生觀察兩個實驗總結出流體壓強與流速的關系，然后解釋球類的弧線運動，最后分析飛機為什么能上天.這樣的編排雖然直接明了、突出重點，但只有觀察實驗很難幫助學生形成從靜態到動態的思維轉變，很難形成正確的感性認識，并且球類的弧線運動比較復雜，飛機為什么能上天與學生實際生活較遠，對學生而言都比較抽象，難以理解，再應用規律解釋這些現象就更難了，因此需要給學生逐級搭建臺階，使教學內容處于學生最近發展區內，引導學生自主建構物理知識.

1.2 教材二次開發與教學設計

如何使教學內容階梯化呢？可以在課堂開始用趣味實驗引入，建立演示實驗與飛機上天的聯系，再進行設疑，把學生帶入真實情景，讓學生覺得物理有趣，搭建第1個臺階；之后順理成章引導學生探索實驗現象后面的物理規律，于是學生分組合作探究流體壓強與流速的關系，得出規律，讓學生在動手體驗探究中，覺得物理好玩，搭建第2個臺階；然后視頻展示生活中雨傘被吹翻、凸起的屋頂被風刮飛、窗簾向外飄等真實情景，學生分別解釋原因，再次建構流體壓強與流速的關系，學生感覺物理有用，搭建第3個臺階；接著分析課堂開始趣味現象發生的原因，再分析“飛機為什么能上天”，學生發現物理能解釋這么高深的科技，覺得物理很強，搭建第4個臺階；最后用所學規律解決生活中的問題，學生覺得物理好用.

整個教學過程，一步一個臺階，引導學生由淺入深，學生發現物理有趣、物理好玩、物理有用、物理很強、物理好用，逐步自主建構物理規律，并試著用物理規律解決生活中的物理問題，思維層次從理解、到應用、到分析、到創造，利于培養學生高階思維能力.

2 教學設計中趣味化策略激發學生學習興趣

2.1 教材分析

教材開始直接介紹流體，對學生而言顯得枯燥，無法有效吸引學生注意力，不利于調動學生學習積極性.美國著名心里學家布魯納指出：對所學知識有濃厚的興趣是學習的最好動機，學生在學習過程中，對自己感興趣的一切事物、現象總是主動、積極地去認識和探究.［1］因此可以自制乒乓球手槍，用趣味實驗引入課題.

2.2 教材二次開發與教學設計

自制乒乓球手槍（如圖1），把兩個礦泉水瓶用塑料膠槍焊接在一起，再在兩瓶焊接處開一合適孔與塑料管焊接垂直相通，讓乒乓球能順利從塑料管進入礦泉水瓶中，最后在塑料管底部裝上橡皮筋用以擋住裝填進的乒乓球.上課開始時，教師演示實驗，在鼓風機的作用下，6個乒乓球依次從塑料管中升起之后，進入礦泉水瓶，像子彈一樣被打出（如圖2），學生非常驚奇，此時引導學生觀察并提問：“乒乓球為什么能從塑料管中升起來？”“要回答這個問題，先學習 “飛機為什么能上天”，從而引入課題.

圖1 自制乒乓球手槍填滿乒乓球子彈，塑料管底部用橡皮筋擋住乒乓球

圖2 在鼓風機作用下自制乒乓球手槍打出乒乓球子彈

這樣的設計創設了真實的情景，現象明顯直觀，透過塑料管能清楚觀察乒乓球運動狀態，很好地激發了學生的學習興趣，激發了學生的好奇心，學生迫切想知道現象背后的原因，便于帶領學生進一步實驗探究，帶領學生進入知識的殿堂.

3 教學設計中實驗化策略培養學生探究能力

3.1 教材分析

實驗教學是物理教學內容的重要組成，是實現物理課程目標，全面提高學生科學素養的重要途徑.［2］而教材安排如圖3，要求學生觀察現象并說明道理，這樣的編排缺乏學生體驗和探究環節，學生被動接受知識，不利于學生探究能力和思維能力的培養，不利于培養學生的核心素養；另外甲實驗器材為玻璃制品，易碎，存在安全隱患，只適合教師演示，不適合學生實驗，且細玻璃管中液柱高度的可視性不好.因此增加學生實驗，把教學內容實驗化就顯得非常必要.

圖3 教材中學生觀察與思考內容

3.2 教材二次開發與教學設計

因此增加實驗環節，自制水槍，如圖4所示，其由4個不同橫截面積的注射器針筒用膠槍焊接而成，并且分別在前端的3個注射器針筒上在豎直面內向上鉆3個小孔，用3個相同圓珠筆芯頭分別插入小孔作為出水口，并使3個圓珠筆芯頭出水口在同一水平高度.水槍注滿紅色水后，推動活塞，可發現從粗細不同的注射器針筒分別射出由高到低的3段水柱.

圖4 自制水槍向上射出高度各不同的3段水柱

自制水槍為塑料制品，克服了易碎的缺點，且輕便易攜帶，用水量較小，便于學生操作，現象明顯.自制水槍把學生對兒時“玩具”的好奇和探索熱情很好的激發出來，學生積極探究，對實驗現象非常好奇，他們認為橫截面積最小的針筒射出的水柱最高，但事實卻相反，因此他們認真觀察，進行思考分析，交流現象背后的真正原因.學生認為：之所以會產生不同高度的水柱，是因為注射針筒的橫截面積不同.而在液體流量一定的情況下，針筒橫截面積的不同會導致液體的流速不同，就像同一條河流中河面比較寬廣的地方水的流速小，河面比較狹窄的地方水流流速很大，所以橫截面積比較大的針筒中液體流速比較小，橫截面積比較小的針筒中液體流速比較大.而液體流速不同導致了液體產生的壓強不同，最后液體產生的壓強不同導致液體射出的高度不同.學生從而總結得出“流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大”的結論.學生在自主探究過程中既體會到了物理學習的樂趣；又自主建構物理規律，培養了思維能力和探究能力；還增強了創新意識，培養實事求是的科學態度.

4 教學設計中生活化策略增強學生責任感

4.1 教材分析

教材中水翼船的應用展現了現代科技的力量，但離學生生活實際較遠，因此有必要增加與學生生活緊密聯系的實際應用，培養學生把物理知識應用于社會的意識，培養學生解決問題的能力，增強社會責任感.于是可從生活中比較常見的H型過街通道著手，讓學生設計自然通風裝置模擬實驗，以增強學生學習物理的積極性與主動性，體現從物理走向社會.

4.2 教材二次開發與教學設計

北京隨處可見H型過街通道，但中間過道缺乏通風系統，如何讓中間過道自然通風，并且能綠色環保呢？讓學生在課堂上設計方案解決此問題.學生想到了設計如圖5所示的自然通風裝置，在右側通道設置凸面墻（兩側均可）.

圖5 過街通道自然通風裝置

那么如何檢驗學生的猜想和設計呢？通過模擬實驗來驗證.

用3個相同的紙盒制成一個H型模擬過街通道，在過道墻壁上增設透明薄膜觀察窗并密封，再在過道中間位置架設粉色輕紙帶，透過觀察窗可觀察紙帶的飄動方向.并且可通過紙帶飄動情況判斷風向.若紙帶左側下垂，右側向上飄起，表明過道中形成了向右的風，從而形成自然通風；若紙帶右側下垂，左側向上飄起，表明過道中形成了向左的風，從而形成自然通風；若紙帶向兩側下垂的幅度基本一致，表明過道中沒有形成自然風.

當通道中沒有增設凸面墻，兩個相同的鼓風機同時工作模擬自然風時，中間的紙帶向兩側下垂的幅度基本一致，如圖6所示，表明沒有形成吹向一側的風.當在右側通道增設凸面墻時，過道中間的紙帶左側下垂，右側向上飄起，表明中間過道自然形成向右側的風，如圖7所示.這是由于右側通道增設凸面墻后，右側通道空氣流速變大，從而使得右側壓強減小，從而實現向右吹的自然風，所以紙帶向右飄起.

圖6 過街通道自然通風裝置

圖7 過街通道自然通風裝置

此實驗源于生活，創設了真實的學習情境，引導學生發現生活中的物理問題，很好地啟發了學生把所學物理知識運用于生活實際，并解決實際問題，激發了學生的學習興趣和社會責任感.體現從物理走向社會，讓學生體會把知識轉化成技術的力量，利于學生形成物理觀念，培養學生的社會責任感.同時此實驗取材簡單，易制作，可探究性很強，凸墻的形狀、通風口的形狀，都對通風能力有較大影響，還可引導學生進行研究性學習，利于培養學生核心素養.