新課標視域下高中物理多元化教學實踐

【摘要】在高中物理教學設計中，從教師多元性的教和學生多元化的學兩個維度來進行創新教學設計，從而實現物理學科核心素養的落實以及關鍵能力的提升。

【關鍵詞】高中物理；多元化；新課標；核心素養

《自由落體運動》是人教版教材必修一第二章第一節的重點教學內容，《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）中明確提出，本節課的教學需要通過實驗讓學生認識自由落體運動的規律，同時結合物理學史的相關內容，認識物理實驗與科學推理在物理學研究中的作用。本節課的教學重點是通過邏輯推理、實驗演示和實驗探究、分析得出自由落體運動的規律，明確重力加速度的意義，使學生對自由落體運動的規律有更加具體和深入的認識，同時加強學生的質疑精神、科學推理和科學論證能力的培養。下面以《自由落體運動》這節課的教學設計和教學實踐為例，談談在新課標視界下如何從多元化的角度進行教學設計，如何實現物理學科的核心素養的落地。

一、通過多元化的教學素材，幫助學生建立正確的物理觀念

1.從物理學史入手，突出矛盾沖突，激發學習的熱情

古希臘哲學家亞里士多德和意大利物理學家伽利略，對于影響“落體運動”的快慢的因素持有不同的觀點，充分抓住他們觀點的“矛盾點”所在，展開物理教學，引發學生的思考和質疑，調動學生學習的熱情。具體實施如下：

教學環節一：亞里士多德的觀點。亞里士多德根據對許多的生活實例的觀察和思考總結認為：“重的物體下落得快；輕的物體下落得慢”，這個觀點統治了人們的思想達兩千多年之久，原因是它跟現實生活中人們觀察到的許多落體運動現象是比較吻合的。

教學環節二：伽利略精妙的邏輯推理。伽利略通過對落體運動的觀察和思考，認為亞里士多德的觀點并不正確。他借助了一個精妙的邏輯推理（見圖1），得出了“相互矛盾的”的兩個觀點，從而否定了亞里士多德對于落體運動所提出的論斷和觀點。

教學環節三：伽利略的偉大的落體運動實驗—比薩斜塔落體實驗。伽利略利用精妙的邏輯推理，推翻了亞里士多德的觀點。同時，他最偉大的一點是不但有理論的推理，而且能充分依據物理實驗事實來說話，印證自己對落體運動所提出的觀點：“輕重不同的物體下落得一樣快！”在當時實驗條件有限的情況下，為了證實這一觀點，伽利略進行了著名的“比薩斜塔落體實驗”。

2.通過課堂活動列舉現實生活中常見的落體運動實例，定性感受落體運動的“快慢”之分

在實施《自由落體運動》教學的引入新課環節，筆者設計的第一個學生活動是接龍列舉在現實生活中常見的落體運動的實例，讓同學們在回憶思考舉例的過程中，感受出不同的物體，下落的快慢是不一樣的，從而引出本節課要討論研究的問題：“落體運動的快慢跟什么因素有關系？”

3.利用學生分組探究實驗活動，建立正確的“落體運動快慢”物理觀念

教學環節一：沿著亞里士多德的足跡，設計學生活動，讓學生通過分組的實驗探究，得出結論：“重的物體下落得快，輕的物體下落得慢”。這個環節的實驗探究活動，給學生提供的實驗器材有：重錘、砝碼、硬幣、羽毛、紙片等，讓學生進行充分的實驗，選取若干小組進行實驗展示，總結觀點。

提出問題：難道一定是“重的下落得快，輕的下落得慢”嗎？有沒有哪個小組的同學，通過實驗做到“輕的物體下落得比重的物體快呢？”

教學環節二：學生通過“硬紙片”和“輕紙片”的對比實驗，得出“輕的物體可以比重的物體下落得快”的結論。

教學實施：讓若干實現的小組進行實驗展示，其他小組進行類似的印證。結合伽利略的“比薩斜塔”落體實驗，總結出“對比”的結論，引發同學們更加深入的思考，到底是“重的下落得快？還是輕的下落得快？”

借此提出第3個思考的問題：落體運動的快慢無法依據物體的輕重作出簡單的判斷，請大家進一步思考一下，還有沒有什么因素在影響落體運動的快慢呢？

教學環節三：學生依據自己做的“硬紙片”和“輕紙片”的對比實驗就會發現，就算我們選取“兩張質量相同的紙片”，一張展開，另一張揉成團，我們會發現“揉成團”的紙片下落得快，而展開的紙片將會在“空中飄蕩著”落下。學生就會悟出，實際上落體運動的快慢，還有一個非常重要的因素在影響它，那就是“空氣阻力”。

教學實施：這個對比實驗，由老師來負責進行精彩的演示，進一步激發學生的求知欲。

到此，就順理成章地引出了為什么需要引入一個理想化的運動模型—自由落體運動的原因，那就是為了“排除空氣阻力”的干擾，讓學生真正能尋找到物體下落的快慢究竟與物體的質量有什么樣的直接關系。

二、通過多元化的設問，培養科學的物理思維能力

如何培養學生的科學思辨能力呢？發現問題、提出問題、進而解決問題是不變的硬道理。同時為了提高思辨的有效性，我們需要精心設計問題，降低問題的門檻，同時希望是“問題串”的方式，層層遞進，逐一擊破，設計的問題既要有討論和思辨的價值，又能引發思考，師生能共同進行討論。

1.層層設問，聚焦矛盾問題，為學生提供思考和思辨的空間

問題1：重的物體下落得快，還是輕的物體下落得快？

問題2：輕重不同的物體能否下落得一樣快？

問題3：難道輕的物體就不能比重的物體下落得快嗎？

問題4：落體運動的快慢無法依據物體的輕重作出簡單的判斷，請大家進一步思考一下，還有沒有什么因素在影響落體運動的快慢呢？

問題5：如果沒有空氣阻力的影響，輕重不同的物體下落的快慢會是怎樣的呢？

2.理想化運動模型的建立和教學

問題1：為什么需要引入“自由落體運動”這樣一個理想化的運動模型呢？

問題2：如果你是科學家，你將怎么樣來定義“自由落體運動”這樣一個理想化模型呢？

問題3：什么是自由落體運動？有什么樣的特點？

問題4：怎么樣證明自由落體運動是“勻加速”直線運動呢？

問題5：自由落體運動的加速度是恒定的，它還具有什么特殊性呢？

通過為什么需要建立理想化運動模型，如何建立理想化運動模型以及建立起的理想化運動模型具有什么樣的性質和特點，如何研究它等系列問題，激發學生學習的興趣，從物理學的本質領會這個運動模型的全方位內容。

三、通過精心設計的物理實驗，培養科學探究的能力與習慣

1.實驗一

為解決“重的物體下落得快，還是輕的物體下落得快？”的問題設計的實驗。

分組實驗：提供的實驗器材有硬幣、鐵片、厚紙片、薄紙片、羽毛等。實驗要求：選取不同的對象，從同一高度由靜止釋放，觀察下落快慢的區別。

2.實驗二

為解決“輕重不一樣的物體能否下落得一樣快？”的問題設計的實驗：重現伽利略的“比薩斜塔”實驗。演示實驗具體如圖2所示。

利用“電磁鐵”吸住質量不同的兩個鐵球，讓其從同一高度由靜止釋放，要求同學們聽取兩個小球是否“同時落地”—只有一個撞地放出的聲音。

3.實驗三

為解決“難道輕的物體就不能比重的物體下落得快嗎？”的問題設計的實驗。

分組實驗：提供的實驗厚紙片和若干薄紙片。實驗要求：選取不同的對象，從同一高度由靜止釋放，看能否實現輕的物體下落得比重的物體下落得快。小組選取代表進行分組展示。

4.實驗四

為解決“在沒有空氣阻力的情況下，輕重相同的物體能否下落得一樣快？”的問題設計的實驗：牛頓管實驗（見圖3）。

四、通過生活實例，培養正確的科學態度與責任

在新課標中，最大的變化是通過修訂重點提出了物理教學需要切實落實物理學科的四個方面的“核心素養”，其中培養“正確的科學態度與責任”是其中不可或缺的一項內容。在《自由落體運動》一節課的教學設計中，我們也特別有意識地設計了相關環節的教學，目標就是希望通過多元化的教學設計，培養學生正確的科學態度與責任。

教學環節一：聯系實際生活的實例，包括體育、運動和生活中常見的現象，讓同學們學以致用，依據建立的“自由落體運動”的理想化模型，判斷哪些實例屬于自由落體運動，幫助同學們更加準確把握運動的定義，抓住關鍵詞進行正確的判斷，建立正確的物理模型。

教學環節二：在充分學習了自由落體運動的規律后，我們為學生編制了一道以生活實例為背景的應用計算題（見圖4），要求同學們利用已經學習的運動規律，做出正確的解答，并且上講臺進行講解和分享。同學們在思考計算的過程中，更加能充分感受到落體運動的“威力”所在。在此基礎上，我們延伸出其他落體運動的實例，通過比較它們從不同高度落體，能造成的“傷害”，教育學生認識“高空拋物”的危害性，從而達到“安全意識”教育的目的，而不是簡單的說教，課堂教學效果良好。

教學環節三：聯系最新的科技前沿，讓同學們領會自由落體運動在微觀領域的研究和應用，打通宏觀和微觀領域的理論通道，理解理論的適用范圍和一致性，從而更加確定了自由落體運動規律的正確性，也同時感受到科學家們思考問題的全面性，而并不是拘泥于某一領域的成功。

在新課標視域下，對于一節課的教學設計，出于對落實物理學科的“核心素養”的需求，更加要求我們能從多元化的角度來審視我們的教學。如何充分利用好教材中的教學素材、精彩的物理學史實，進行精心的設問和實驗實踐，幫助學生進行抽絲剝繭，真正理解，從而直達物理問題的科學本質。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]課程教材研究所.物理必修第二冊教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2001.

（基金項目：本文系海南省教育科學專項規劃2023年度專項課題“指向科學思維培養的高中物理教學難點對策研究”的研究成果，項目編號為QJH202310118）