以“宇宙航行”為例談基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)

李俊鵬

(北京市育英學(xué)校，北京 100036)

2016年9月發(fā)布的《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》引起了廣大教師的關(guān)注．2018 年1月,教育部頒布了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 版)》．在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 版)》中提出了主要由“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面的要素構(gòu)成的物理核心素養(yǎng)．它是物理學(xué)科育人價(jià)值的高度概括,是“三維目標(biāo)”的提煉與升華,也是社會(huì)發(fā)展對(duì)學(xué)生培養(yǎng)的新要求和教育研究所取得的新認(rèn)識(shí)綜合得到的結(jié)果．這將成為今后一段時(shí)間高中物理教學(xué)的指南．[1]

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》指出,物理教學(xué)應(yīng)根據(jù)高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念、課程總目標(biāo)和物理核心素養(yǎng)的要求,結(jié)合教學(xué)的實(shí)際情況,創(chuàng)造性地開(kāi)展教學(xué)工作,將核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿于物理教學(xué)活動(dòng)的全過(guò)程．必須把核心素養(yǎng)作為物理教學(xué)的重要目標(biāo),將“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)于教學(xué)活動(dòng)中．在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過(guò)程中要根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)知水平創(chuàng)設(shè)情境,引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)探究,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維,應(yīng)把物理課程中所形成的物理觀念和科學(xué)思維用于分析、解決現(xiàn)實(shí)生活中的各種問(wèn)題,在解決問(wèn)題中進(jìn)一步提高探究能力、增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí)、養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度,促進(jìn)核心素養(yǎng)的形成．[2]

從現(xiàn)實(shí)的物理教學(xué)現(xiàn)狀的分析可以發(fā)現(xiàn),多數(shù)地區(qū)、學(xué)校的物理教學(xué)大多從知識(shí)、技能、方法等方面考慮和設(shè)計(jì)教學(xué)的多,而從核心素養(yǎng)大的教育觀角度出發(fā)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的少或者說(shuō)是無(wú)意識(shí)．[3]對(duì)“知識(shí)點(diǎn)”、“考點(diǎn)”的過(guò)度關(guān)注,必定是以窄化教學(xué)視野、消解師生情感為代價(jià)的,這種代價(jià)的付出降低了教育質(zhì)量應(yīng)有的內(nèi)蘊(yùn)．

科學(xué)規(guī)范的教學(xué)設(shè)計(jì),是課堂教學(xué)改進(jìn)的基礎(chǔ)．豐富的學(xué)科課程資源,是課堂教學(xué)改進(jìn)的條件．恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)任務(wù),是課堂教學(xué)改進(jìn)的重點(diǎn)．新型的師生關(guān)系,是課堂深度互動(dòng)的保障．素養(yǎng)導(dǎo)向的作業(yè)設(shè)計(jì)和學(xué)業(yè)檢測(cè),是固化學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵．下面以人教版必修2“宇宙航行”為例,談?wù)勅绾位诤诵乃仞B(yǎng)導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),進(jìn)而梳理總結(jié)基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)流程,提升課堂教學(xué)的質(zhì)量,切實(shí)落實(shí)新課改的育人目標(biāo)．

1 前期分析準(zhǔn)備

1.1 教材分析

本節(jié)內(nèi)容主要介紹了萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用及航天事業(yè)的發(fā)展與其巨大成就．教材在介紹人造衛(wèi)星的一些基本理論的同時(shí),還滲透了模型構(gòu)建、邏輯推理、類比法等物理方法．是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究天體物理問(wèn)題的理論基礎(chǔ)．

人造衛(wèi)星是萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例,是學(xué)生了解現(xiàn)代科技和我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的極好素材．通過(guò)對(duì)人造衛(wèi)星發(fā)射原理、宇宙速度、變軌、對(duì)接等宇宙航行知識(shí)的學(xué)習(xí),學(xué)生可以對(duì)宇宙航行有一個(gè)更加系統(tǒng)和深入的了解,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維,提升解決實(shí)際問(wèn)題的能力,使學(xué)生產(chǎn)生對(duì)航天事業(yè)的熱愛(ài),增強(qiáng)自信心和民族自豪感．

1.2 學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)并較好地掌握了物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,能運(yùn)用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動(dòng),知道物體做向心運(yùn)動(dòng)或離心運(yùn)動(dòng)的條件．學(xué)習(xí)了萬(wàn)有引力定律,能求解兩個(gè)天體間的萬(wàn)有引力．

在衛(wèi)星繞行模型中,以萬(wàn)有引力充當(dāng)衛(wèi)星繞行的向心力,運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律深入分析衛(wèi)星的發(fā)射、穩(wěn)定繞行、變軌以及對(duì)接問(wèn)題還存在困難．知道我國(guó)航天事業(yè)的一些成就,但對(duì)于衛(wèi)星發(fā)射的整個(gè)過(guò)程以及需要克服的困難不是很清楚,對(duì)于我國(guó)幾代航天人所付出的艱辛和努力了解的不多．

1.3 課標(biāo)分析

會(huì)計(jì)算人造地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度,知道第二宇宙速度和第三宇宙速度．了解牛頓力學(xué)對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)．觀看人造衛(wèi)星等的發(fā)射錄像,了解我國(guó)和世界航天事業(yè)的發(fā)展歷史和前景．了解人類對(duì)宇宙天體的探索歷程,從萬(wàn)有引力定律的普適性認(rèn)識(shí)自然界的統(tǒng)一性．

2 學(xué)習(xí)目標(biāo)研制

2.1 發(fā)展運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念

(1) 計(jì)算人造地球衛(wèi)星的第一宇宙速度,體會(huì)衛(wèi)星所受萬(wàn)有引力與所需向心力間的關(guān)系．

(2) 了解人造地球衛(wèi)星的變軌操作,理解力與運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系,會(huì)分析變軌前后衛(wèi)星能量的變化．

(3) 能運(yùn)用力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,設(shè)計(jì)操作方法,完成不同軌道上天體間的對(duì)接．

2.2 發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究能力

(1) 計(jì)算人造地球衛(wèi)星的第一宇宙速度,體會(huì)近地繞行模型的建立．

(2) 分析人造地球衛(wèi)星軌道的特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)?zāi)M,進(jìn)而能確定并分析同步衛(wèi)星軌道的特點(diǎn)．

2.3 發(fā)展科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

(1) 了解衛(wèi)星發(fā)射需要克服的實(shí)際困難,了解我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的組網(wǎng)情況,知道我國(guó)幾代航天人所付出的艱辛和努力,樹(shù)立報(bào)國(guó)的志向．

(2) 了解我國(guó)空間站的建設(shè)步驟及構(gòu)想,知道我國(guó)航天發(fā)展動(dòng)向,認(rèn)識(shí)所肩負(fù)的使命與責(zé)任．

3 學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)

3.1 學(xué)習(xí)資源整合

(1) 以“和平號(hào)國(guó)際空間站”即將退役,我國(guó)空間站即將建成對(duì)比引入．

(2) 以神舟十一號(hào)飛船的發(fā)射、變軌以及與天宮二號(hào)對(duì)接為背景展開(kāi)探究過(guò)程．

(3) 以同步衛(wèi)星軌道的分析,體會(huì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的困難．

3.2 學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)

(1) 利用地球儀及玻璃珠,兩人配合模擬人造地球衛(wèi)星的繞行．

(2) 穿針引線,體會(huì)神舟十一號(hào)飛船與天宮二號(hào)對(duì)接時(shí)需要解決的巨大困難．

(3) 操作神舟十一號(hào)飛船模型與天宮二號(hào)模型運(yùn)動(dòng)中的對(duì)接,進(jìn)一步體會(huì)難度的巨大．

3.3 多媒體和教學(xué)用具

(1) PPT教學(xué)演示課件、神舟十一號(hào)飛船發(fā)射視頻及動(dòng)畫(huà)模擬、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)模擬、牛頓發(fā)射衛(wèi)星原理模擬動(dòng)畫(huà)．

(2) 地球儀、玻璃珠、神舟十一號(hào)飛船模型、天宮二號(hào)模型．

(3) 自制畫(huà)圓及畫(huà)橢圓教具．

4 教學(xué)流程

教學(xué)流程如表1所示.

表1

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表

5 基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

圖1

教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示.通過(guò)案例可以發(fā)現(xiàn),指向?qū)W生核心素養(yǎng)提升的學(xué)習(xí)目標(biāo)研制是教學(xué)設(shè)計(jì)的核心．明確了核心素養(yǎng)框架,我們就可以基于目標(biāo),有意識(shí)地充分整合教學(xué)資源,精心設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng),通過(guò)有效的探究活動(dòng)和問(wèn)題鏈設(shè)計(jì),引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行正確的科學(xué)思維,經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程,在學(xué)習(xí)過(guò)程中讓學(xué)生浸潤(rùn)在科學(xué)知識(shí)與思想方法進(jìn)階的過(guò)程中,逐漸形成科學(xué)態(tài)度,明確自己的責(zé)任,從而立志有所擔(dān)當(dāng)．[4]也就是說(shuō),基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì),對(duì)教師的教學(xué)方式、教學(xué)能力以及教學(xué)素材的掌握與整合提出了更高的要求．在教學(xué)實(shí)踐中,我們要轉(zhuǎn)變思想觀念,以學(xué)生核心素養(yǎng)的提升為核心,有意識(shí)的優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì),真正地使“素養(yǎng)”教育落到實(shí)處．