巧借生活實例落實物理學科核心素養
——以“牛頓第三定律”教學為例

張慧 上海市奉賢區景秀高級中學

一、引言

《普通高中物理課程標準》（以下簡稱《新課標》）提出應通過增加聯系生活，創設生動活潑的課堂氛圍，激發學生的學習熱情；生產生活中具有很多能生成有價值的科學探究問題的情境；應把物理課程中所形成的物理觀念和科學思維用于分析、解決生產生活中的問題，在解決問題中進一步提高探究能力、增強實踐意識、養成科學態度，促進物理學科核心素養的形成，體會科技進步對人類生活和社會發展的影響。可見，在平時的物理教學中要十分重視生活實例的引入，通過對生活實例的觀察分析，引導學生能自主提出并準確表述出可以探究的物理問題，并作出科學性的假設；能將實際問題中的對象以及過程轉化成物理模型，制定出科學探究方案，形成合理的結論；從而能對生活中的物理問題進行分析和作出解釋；最終，逐漸形成探索自然的內在動力，增強責任感和使命感。本文以“牛頓第三定律”教學為例，探討如何巧妙地借用生活實例，從“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面落實物理學科核心素養。

二、基于核心素養確定教學目標

《新課標》對本節內容的要求為“理解牛頓運動定律，能用牛頓運動定律解釋生產生活中的有關現象、解決有關問題”，按照核心素養的四個方面確定教學目標如下：

物理觀念：利用課堂上的情境，創設“左手拍右手”“坐在凳子上”“手推桌子”小實驗，讓學生親身體驗感受力的相互作用性，并引導學生分析這些現象背后有什么規律，從而逐步形成運動與相互作用觀。

科學思維：構建出作用力和反作用力的概念以及牛頓第三定律的內容后，學生進一步解釋生活相關現象“大人和小孩掰手腕”“馬拉車”“蘋果落地”中物體間相互作用力的關系，在這些思維碰撞的基礎上，學生就清楚地理解了牛頓第三定律在生活中的一些應用，如“為什么人在劃船時，槳向后推水，水就向前推槳”“為什么人在走路時，腳向后蹬地，人就可以向前”等，做出科學的解釋。

科學探究：通過學生的親身感受，引導學生猜測相互作用力的關系，引導學生學習構建模型，運用實驗來驗證。實驗器材主要包括彈簧測力計、力傳感器。隨后學生分組合作，從設計實驗方案、采集數據、分析總結，最終探究得到作用力和反作用力的關系。

科學態度與責任：通過合作探究，感受物理規律是在理論和實驗的基礎上形成的，感受科學實驗需要嚴謹的科學態度。課堂現場制作氣球火箭，演示火箭升空情境，進一步幫助學生理解火箭升空的原理，結合我國火箭事業的發展歷程，激發愛國情懷，感悟新時代中國實力的新發展、新進程，培養科學責任。

三、基于生活實例創設教學設計

（一）分析生活現象，培養相互作用觀念

情境1 如圖1，播放神舟十三號載人飛船發射視頻，觀察火箭升空現象。

圖1 火箭發射

問題1 火箭點火后有什么現象？火箭為什么能升空？驅動火箭升空的力從何而來？

設計意圖 通過“火箭升空”引入課題，激起學生強烈的民族自豪感的同時，學生可以直觀地看到火箭向下噴氣，火箭就向上運動了。從這個例子可以進一步理解力是物體對物體的作用，以問題引入，啟發學生思考。

情境2 利用課堂上的情境，創設“左手拍右手”“坐在凳子上”“手推桌子”小實驗，從而引出作用力和反作用力的概念。

問題2 以上情境中物體之間發生了怎樣的作用？那這種作用有怎樣的關系呢？

【學生】各抒己見分析表達自己的想法，猜測作用力與反作用力的關系。

問題3 如圖2，觀察視頻中的現象，再思考“大人和小孩掰手腕，大人把小孩扳倒，是因為大人的力比小孩大嗎？”“馬拉車，車前進，是因為馬拉車的力大于車拉馬的力嗎？”“蘋果落向地球，是因為地球吸引蘋果的力大于蘋果吸引地球的力嗎？”既然物體間力的作用是相互的，那作用力和反作用力的大小到底相不相等呢？

圖2 生活中的相互作用力

設計意圖 通過營造沖突，讓學生敢于質疑，激發學生的求知欲望。此外，物理概念的建立需要創設情境，可以化抽象為具體，在學習物理概念之前，學生基于生活經驗形成了大量的經驗性常識，要在此基礎上建構運動與相互作用觀念，必須對所觀察的現象重新加工，提取事物的本質特征，完成從經驗性常識向物理概念的轉變。

（二）轉化生活模型，制定科學探究方案

情境3 那馬拉車的力和車拉馬的力到底相不相等呢？請同學們對該問題的可能答案做出假設，接下來就是將馬拉車化成物理模型，制定實驗探究方案，本實驗選擇彈簧測力計等器材進行實驗。學生分工合作進行彈簧測力計對拉實驗以及力傳感器學生演示實驗。從而獲取真實數據，最終揭示物理規律。

問題4 實驗中作用力和反作用力分別是哪兩個力？兩個對拉的器材位置有什么要求？實驗時如何觀察記錄兩個力的大?。?/p>

【學生】進行實驗探究，思考交流。

設計意圖 如圖3，傳統的彈簧測力計對拉實驗，學生可以直觀地感受到彈簧測力計彈簧的形變，看到力的作用效果。但是，彈簧測力計有量程較小，誤差較大以及示數變化顯示不夠直觀的缺點。因此，可以利用現代信息技術，得到作用力和反作用力變化的圖像，如圖4，通過鏡像翻轉、圖像變化等圖像信息，可以很直觀地分析得到作用力和反作用力等大、反向、共線、同時性和異體性的特點。從而學生可以基于證據，通過交流討論得出結論，培養學生的科學探究能力。

圖3 彈簧測力計

圖4 力傳感器

科學探究主要包括問題、證據、解釋和交流等要素。物理規律的探究，首先要結合真實情境提出物理問題，并對該問題的可能答案做出假設，接下來就是將生活實例轉化成物理模型，并根據該生活情境制定實驗探究方案，合理選擇實驗器材進行實驗，獲取真實數據并作出解釋，通過交流反思等最終得到物理規律。

（三）辨析生活情境，培養科學思維能力

問題5 早在300多年前牛頓就發現了作用力和反作用力的規律，并總結為牛頓第三定律。既然一對相互作用力大小是相等的，那為什么還會出現圖2 中的現象（大人和小孩掰手腕，大人會把小孩扳倒）？

問題6 牛頓第三定律在日常生活中有很多應用，如“直升機起飛”“人用槳劃船”“人走路”等，請同學們解釋原因，并舉出牛頓第三定律在生活中的其他應用。

問題7 如圖5，足球靜止在地面上，畫出足球與地面之間的相互作用力。同時問學生以上情境中有幾對相互作用力和幾對平衡力，并從大小、方向、共線、性質、作用時間和作用對象六個方面辨析一對相互作用力和一對平衡力的異同點。

圖5 足球靜止在地面上

游戲練習 如圖6，運用信息技術，比如使用希沃白板制作PPT課件，設置游戲練習辨析一對相互作用力和一對平衡力的區別。

圖6 辨析一對相互作用力和一對平衡力的區別

設計意圖 圍繞生活實例，以問題鏈的形式，逐層遞進，鞏固作用力與反作用力的概念；再運用所形成的物理觀念和科學思維分析、解決生產生活中的問題，在解決問題中進一步提高探究能力，逐漸形成探索自然的內在動力。

《新課標》指出，提高物理教學水平，發展學生物理學科核心素養，離不開信息技術與物理學習的融合。物理教學中可以利用信息技術的輔助手段，讓學生比較直觀便捷地進行相關實驗，比如利用video physics軟件，學生在家就可以探究平拋運動的規律，也可以利用信息技術增加課堂的趣味性，比如游戲練習，可以極大地調動學生的積極性，使學生參與度更高，思想更集中。

（四）解決生活問題，根深科學態度責任

情境4 回到引入環節火箭升空問題，分析火箭驅動的原理。在分析之前，課堂上制作火箭氣球，具體制作步驟是：首先將一根吸管穿過細線，然后將吹滿氣的氣球黏貼在吸管外壁，并用手捏住氣球口，再將細線拉直分別固定兩端，最后從繩子一端釋放捏住氣球的手，以細線為火箭發射軌道，氣球就發射出去了。

設計意圖 通過火箭氣球，學生可以直觀地感受到氣球向后噴氣，氣球就向前運動了，這時再請學生回答火箭驅動的原理，學生就可以很容易地說出原理：在火箭發射的過程中，大量氣體從火箭后端高速噴出，火箭對氣體有向下的作用，同時氣體助推火箭向上運動。此外，以細繩模擬火箭的發射軌道，讓學生感知到，火箭也是沿著一定軌道發射運行的，而且精度要求高，技術難度大。

說到火箭，不得不提我國自行研制的長征號系列運載火箭。長征系列運載火箭是我國載人航天工程、探月工程、北斗衛星導航系統、中國空間站、火星探測等航天項目實現的載體，是人類探索浩瀚宇宙的運載工具。通過回顧我國火箭發展的歷史，感知我國科技的力量，感受科學家嚴謹認真的科學態度，樹立責任感和使命感。

物理教學中要善于巧妙地選用多種生活實例，厘清物理教學的邏輯脈絡，而熟悉的生活情景就可以幫助學生很好地理解抽象的物理知識，形成物理觀念；通過觀察生活現象，深入思考，提煉物理問題，再通過嚴謹的科學實驗進行科學探究得到物理規律；進而能學以致用，運用物理規律，科學性地解釋、創造性地解決生活中的問題，培養學生實事求是的科學態度和社會責任感。