從一堂課的教學(xué)設(shè)計談學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

湖南省衡東縣洣水鎮(zhèn)洣水中學(xué) 劉衛(wèi)澤

2016年9月，《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》在京發(fā)布，它以培養(yǎng)全面發(fā)展的人為核心，分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與三個方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新等六大素養(yǎng)，具體細(xì)化為18個基本要點(diǎn)。學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個綜合的培養(yǎng)過程，它不是哪一科或哪一節(jié)課就可以完成的。物理是一門以實(shí)驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，通過物理教學(xué)我們應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，在六大素養(yǎng)中主要體現(xiàn)為科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新等。如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的這些素養(yǎng)呢，我們在教學(xué)設(shè)計時就要充分考慮在各個教學(xué)環(huán)節(jié)中著重培養(yǎng)的素養(yǎng)內(nèi)容并且落到實(shí)處。筆者以“牛頓第一定律”的教學(xué)設(shè)計為例進(jìn)行初步探討。

教材分析：牛頓第一定律是對“運(yùn)動和力”的關(guān)系的闡述，它是在亞里士多德、伽利略、笛卡爾等科學(xué)家的研究基礎(chǔ)上由英國科學(xué)家牛頓綜合總結(jié)得出來的，主要圍繞“力是運(yùn)動的原因還是改變運(yùn)動的原因”這一問題進(jìn)行探究思考，教學(xué)的重點(diǎn)是對伽利略“運(yùn)動物體不受外力作用會保持自己的速度不變”論斷的探究和對牛頓第一定律的理解及應(yīng)用。在教學(xué)中我們應(yīng)通過實(shí)驗探究、自主學(xué)習(xí)、合作交流等教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)人仞B(yǎng)，通過實(shí)驗教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)。

教學(xué)設(shè)計：

一、通過對牛頓第一定律的探究，還原對規(guī)律認(rèn)識的歷史，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神

課題引入始于一個問題：運(yùn)動的起因是什么？要求學(xué)生在尋找生活中的實(shí)例的基礎(chǔ)上找出規(guī)律，絕大部分學(xué)生都能從日常生活現(xiàn)象如：物體靜止在那，用力推它物體就會運(yùn)動，停止用力物體就停下來從而得出物體運(yùn)動是因為受到了力的作用，也就是說物體受力才運(yùn)動，不受力就會停下來。對于學(xué)生的積極發(fā)言教師要充分肯定他們的仔細(xì)觀察和善于思考的能力，這是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，并且告訴大家，兩千多年前的古希臘偉大的哲學(xué)家、物理學(xué)家亞里士多德就和大家一樣通過對自然現(xiàn)象的觀察和總結(jié)得出了一個結(jié)論，他認(rèn)為“力是維持物體運(yùn)動的原因”。但是，這種僅由經(jīng)驗得出的結(jié)論是膚淺的，片面的，甚至是錯誤的，一切科學(xué)規(guī)律都應(yīng)經(jīng)得起生活的檢驗。（科學(xué)是很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模┰谖覈呵飼r期的《考工記》中有這么一句話，“馬力既竭，輈猶能一取焉”，請大家討論這句話的意思及所包含的物理意義，并且思考能否在生活中找到類似實(shí)例。（合作交流、逼近真相）學(xué)生經(jīng)過激烈討論，大都能夠得出物體運(yùn)動時不一定受到推力的作用，如踢出去的足球能繼續(xù)滾動一段距離，自行車從坡上沖下去后在平路上不踩也會走等等。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么足球最后會停下來呢？如果不踩自行車為什么會慢慢停下來？學(xué)生很容易會想到阻力，這個阻力就是摩擦力，正好引入十九世紀(jì)意大利物理學(xué)家伽利略的斜面實(shí)驗，伽利略通過斜面實(shí)驗發(fā)現(xiàn)了摩擦力，并且通過實(shí)驗推翻了亞里士多德的“力是維持物體運(yùn)動的原因”的結(jié)論。學(xué)生會很好奇，也很期待伽利略的斜面實(shí)驗，教師適時介紹伽利略的雙斜面實(shí)驗，并且用自制的斜面實(shí)驗裝置給學(xué)生演示伽利略所做的實(shí)驗。小球從左邊斜面滾下來，通過最低點(diǎn)，然后沖上右邊的斜面。

設(shè)疑：1、小球從左邊斜面沖下來，能沖到右邊斜面相同高度嗎？為什么？

2、如果斜面再光滑些，小球能否沖到更接近原來高度？如果斜面完全光滑呢？

3、如果把右邊斜面放低些，小球運(yùn)動路程有什么變化？為什么？

4、如果右邊斜面放置水平且斜面完全光滑，小球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動？

一系列的演示實(shí)驗及問題探究，學(xué)生通過觀察實(shí)驗現(xiàn)象并結(jié)合思考討論，大都會有一個初步結(jié)論，小球在右邊斜面向上沖時，并沒有受到推力的作用，由此可知力不是維持物體運(yùn)動的原因，同時通過右邊斜面降低及至水平，假如斜面完全光滑，小球由于要沖到原來的高度卻又到不了所以將永遠(yuǎn)運(yùn)動下去。教師及時指出“假如”二字，是因為我們無法實(shí)現(xiàn)它，這是一種理想狀態(tài)的實(shí)驗，它是建立在真實(shí)的實(shí)驗基礎(chǔ)之上的，是以正確的邏輯法則為依據(jù)的，所以它是正確的。這種理想實(shí)驗的方法是我們探究自然的一種重要的方法。伽利略就是用這種方法通過自己的實(shí)驗研究得出了一個重要結(jié)論：力不是維持物體運(yùn)動的原因。從而推翻了統(tǒng)治人類兩千多年的亞里士多德關(guān)于力是物體運(yùn)動的原因的理論。教師的演示實(shí)驗為學(xué)生指明了科學(xué)探究的方向和探究的方法，教材中結(jié)合初中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)安排了斜面小車實(shí)驗，通過改變水平面上的粗糙程度觀察小車運(yùn)動距離來探究力和運(yùn)動的關(guān)系，接下來進(jìn)行分組實(shí)驗，并完成實(shí)驗報告。（學(xué)生實(shí)驗旨在培養(yǎng)學(xué)生動手操作、掌握科學(xué)探究的方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力）

通過實(shí)驗學(xué)生已經(jīng)完全能理解物體的運(yùn)動并不需要力來維持了，這時教師再簡單介紹法國科學(xué)家笛卡爾在伽利略的實(shí)驗基礎(chǔ)上補(bǔ)充和完善了伽利略的理論，他提出如果運(yùn)動中的物體沒有受到除原來的力更多外力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運(yùn)動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。他們兩個人都只考慮了運(yùn)動的物體，英國科學(xué)家牛頓在伽利略和笛卡爾研究的基礎(chǔ)上，綜合考慮靜止的物體，從而提出了“一切物體在不受外力作用時總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)”這就是著名的牛頓第一定律。

二、通過對規(guī)律的理解，聯(lián)系生活實(shí)際，開展探究式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)的素養(yǎng)

物理來源于生活，應(yīng)用于生活，對規(guī)律的理解是應(yīng)用的基礎(chǔ)。如何理解牛頓第一定律，如何理解慣性并應(yīng)用慣性知識解釋日常生活現(xiàn)象是這節(jié)課的另一個重難點(diǎn)。在對牛頓第一定律的理解中要重點(diǎn)理解以下四點(diǎn)：1.牛頓第一定律說明了物體不受力時的運(yùn)動狀態(tài)是靜止或勻速直線運(yùn)動，所以說明了力不是維持物體運(yùn)動的原因；2.一切物體都有保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)叫慣性，所以說一切物體都有慣性，牛頓第一定律也叫慣性定律；3.外力作用是迫使物體改變運(yùn)動狀態(tài)，所以說力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因；4.在地球上不受外力的物體是不存在的，這里的不受外力是指所受合外力為零或者在某一方向上不受外力。

為了幫助學(xué)生理解慣性，一是要聯(lián)系生活實(shí)際，錘子松了，為什么撞擊錘柄就可以讓錘頭緊套在錘柄上？跳遠(yuǎn)時助跑為什么跳得遠(yuǎn)些？……二是要糾正學(xué)生常有的幾種錯誤認(rèn)識，如慣性消失、慣性減少、克服慣性等，慣性是物質(zhì)固有的一種屬性，它只由物質(zhì)質(zhì)量大小決定，質(zhì)量不變，慣性不變。物體運(yùn)動時有慣性，靜止時亦有慣性。為此，設(shè)置一個物理場景：一段粗糙水平面AB連接一段光滑水平面BC再連接一段粗糙水平面CD，在A點(diǎn)放置一木塊。開始讓木塊靜止5S，然后用一外力推動木塊使之運(yùn)動，5S后運(yùn)動到B點(diǎn)，速度為3m/s，在B點(diǎn)撤除外力，木塊在BC段運(yùn)動2S后到達(dá)C點(diǎn)，最后在CD段運(yùn)動5S停下來。

設(shè)疑探究：1.分析木塊在各段的受力情況；

2.在AB段、CD段受力方向和速度變化方向關(guān)系如何？

3.BC段木塊有沒有保持勻速直線運(yùn)動？是不是保持原來的速度做勻速直線運(yùn)動？

4.在AB段當(dāng)物體達(dá)到1m/s時撤去外力，木塊的運(yùn)動情況會是怎樣？

通過以上分析探究，引導(dǎo)學(xué)生明白，當(dāng)木塊靜止時，它說我原來靜止，就讓我保持靜止吧，這樣它靜止了5S，當(dāng)受外力作用時，它還想保持靜止，這就是慣性，但外力作用迫使它運(yùn)動，它很無奈，不得不改變運(yùn)動速度，即便在運(yùn)動速度改變的時候，它也時時刻刻都抗議說我想保持，比如達(dá)到1m/s時它說就讓我保持這個速度運(yùn)動吧，可是在外力作用下，它的速度還要增加，保持的本性是有的但顯現(xiàn)不出來，直到到達(dá)B點(diǎn)，外力撤去了，它的速度達(dá)到3m/s，于是保持這個速度運(yùn)動到了C點(diǎn)，到了C點(diǎn)，又受到阻力作用，于是又不得不減小速度。所以木塊總是這樣，總想保持原來的速度，時時刻刻都想保持。在這個過程中，它的速度雖然在發(fā)生變化，但它的慣性大小并沒有變化，也就是說改變它運(yùn)動狀態(tài)的難易程度沒有變化。比如說，這個木塊我們用很小的力就可以推動它，或者使它由運(yùn)動變?yōu)殪o止，但一列火車，如果我想推動它或迫使它從運(yùn)動中停下來，單靠我一個人的力量是做不到的，這就是慣性的大小。

學(xué)生在教師引導(dǎo)下，通過積極參與探究，形成知識，加深對規(guī)律的理解，辨析概念，從而掌握學(xué)習(xí)的方法，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)的素養(yǎng)。

三、通過實(shí)驗教學(xué)，創(chuàng)新、改進(jìn)實(shí)驗儀器或?qū)嶒炘恚囵B(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)

物理實(shí)驗?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，幫助學(xué)生掌握物理知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、思維能力、科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)。在伽利略斜面實(shí)驗教學(xué)中，我添加了伽利略實(shí)驗原型雙斜面小球?qū)嶒炞鳛檠菔緦?shí)驗，主要目的是還原科學(xué)家對物理規(guī)律的探究過程，因為伽利略斜面實(shí)驗對人類科學(xué)的貢獻(xiàn)不僅僅是實(shí)驗的本身，而是實(shí)驗所使用的方法。現(xiàn)行教材中根據(jù)初中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，把實(shí)驗改成單斜面的斜面小車實(shí)驗，所以把這個實(shí)驗作為學(xué)生的分組實(shí)驗，讓學(xué)生在實(shí)驗中感受實(shí)驗創(chuàng)新的好處，認(rèn)識實(shí)驗創(chuàng)新的方法。由于教材中沒有伽利略雙斜面實(shí)驗，所以實(shí)驗裝置只能自己制作，在制作雙斜面實(shí)驗裝置的過程中，最關(guān)鍵的是右邊斜面的制作，一是要與左邊斜面連接呈圓滑的斜面，二是右邊斜高度要能改變，還不影響與左邊斜面的平滑連接。在材料的選擇方面我試用過木板、鐵皮、銅片、有機(jī)玻璃等，最后我使用了鋼卷尺的尺片，利用卷尺本身內(nèi)凹的特點(diǎn)做成曲面軌道，用木板做成支架，在木板上用顏色不同的彩筆畫出等高線，根據(jù)等高線確定右邊斜面的幾個高度，這樣就完成了雙斜面實(shí)驗裝置的設(shè)計制作。這個實(shí)驗裝置是學(xué)生跟我一起完成的，這個過程本身就培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新的能力。

四、通過課后練習(xí)，聯(lián)系生活，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)素養(yǎng)

物理來源于生活，服務(wù)于生活。我們學(xué)習(xí)知識是為了更好地服務(wù)社會，更好地利用知識創(chuàng)造更美好的生活。習(xí)總書記提出的“綠水青山就是最好的金山銀山”，但是現(xiàn)在由于人類過多的開發(fā)利用甚至是嚴(yán)重污染了我們賴以生存的山川、河流，我們有責(zé)任來改變一些不好的現(xiàn)狀，這就需要我們有擔(dān)當(dāng)精神。這節(jié)課后，我布置一組小課題、小論文選做題，讓學(xué)生通過查閱資料、走訪等形式完成，完成時間可以在一周內(nèi)，也允許幾個人組成小組共同完成：

1.牛頓生平及你對這一偉人的評價；

2.伽利略所具有的科學(xué)品質(zhì)及“理想斜面實(shí)驗”的科學(xué)意義；

3.生活中的慣性；

4.亞里士多德的主要成就。

結(jié)束語：

學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一朝一夕就能完成的事情，也不是通過一科、一節(jié)課就能有立竿見影的效果，但是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，是新課程、新大綱對我們教師提出的新標(biāo)準(zhǔn)，新要求，這就要求我們教師不斷提高自己的核心素養(yǎng)，不斷提高自己的教學(xué)教研的水平，在教學(xué)中不斷滲透核心素養(yǎng)的教育，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的興趣，養(yǎng)成科學(xué)的行為、品格，用正確的思想指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計和教學(xué)過程。