基于核心素养导向的高中物理教学设计研究

卓春蕊　杨光敏　陈红君

摘 要：物理核心素养是学生在接受物理过程中逐渐形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必要品格和关键能力，主要由“物理观念”“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”等四个要素构成。该文以高中物理“反冲运动火箭”为例，阐述如何基于物理核心素养角度提升教学设计，期望能够引起物理教师的共鸣与思考。

关键词：物理核心素养 教学设计 反冲运动

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（a）-0174-02

自21世纪以来，“核心素养”的浪潮席卷了世界上许多国家、地区以及国际组织。构建核心素养框架，建立各学科、各年级的学生发展核心素养体系已成为深化课程改革，推行素质教育的基本要求，也成为我国提升教育国际竞争力，落实立德树人根本任务的迫切需要。在我国进行新一轮课程改革的关键时期，培养学生的核心素养无疑变得至关重要。

下面笔者以人教版选修3-1“反冲运动 火箭”为例，依照物理核心素养要求，积极探索基于物理核心素养导向下的教学设计。

1 基于物理核心素养导向的教学设计过程

本节课的教学过程由新课导入，提问猜想，实验探究和实例应用四个环节构成，每一环节依次体现物理核心素养中的物理观念，科学思维，实验探究和科学态度与责任。

1.1 物理观念——物理核心素养的基础

物理观念主要包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念等，侧重三维目标中的知识与技能方面[2]。物理观念不同于物理知识，它对物理知识具有引领作用，教师需要指导学生在物理学习中，不仅要学习由物理现象、物理概念、物理规律所构成的物理知识及结构，还要将蕴含于具体知识中的观念性认识在头脑中提炼升华，建构属于自己的物理体系，形成物理观念。学生只有亲身体验物理知识的形成过程，理解物理知识的内涵，才可以将物理知识转化为物理观念。

在新课导入中，教师先让学生观察三个实验，思考实验有没有共同点以及发生此类物理现象的原因，从而建构学生的物理观念。演示实验一：分别向不同方向让充满气的气球飞出，观察他们飞出的方向。演示实验二：播放火箭发射视频。演示实验三：自制的反击式水轮机实验，如图1所示。

这三个实验蕴含的物理观念主要有：

（1）物质观念：气球、火箭、反击式水轮机，可以拓展到生活中的放烟花，或者其它领域的火箭，喷气式飞机，喷水潜艇等。

（2）相互作用观念：本节课主要研究的就是物体的相互作用，实验一研究的是气球飞出时喷出的气体和气球的相互作用，实验二火箭发射时火箭的燃料与火箭的相互作用，实验三反击式水轮机中的水和细管的相互作用。

（3）运动观念：我们将这3个实验中有相互作用的运动称为反冲运动。反冲运动是指一个静止的物体在内力的作用下分裂成两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动的过程。

1.2 科学思维——物理核心素养的中心

科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等思维方法[2]。科学思维是物理核心素养的中心，传统的物理教学容易使学生形成思维定势，因此在物理课堂教学过程中，教师要抓住锻炼学生科学思维的各种机会，加强对科学思维的培养。对于科学思维的培养，主要体现在要求学生学会科学思维方法，对于物理问题有属于自己的观点，从不同的角度思考问题，同时也可以对不同的观点和结论提出质疑和批判；要求学生有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，可以基于科学证据对不同物理问题进行解释说明和分析预测。教师在课堂上着重锻炼学生发现问题和提出问题的能力，对于提问的学生要鼓励，让学生体验到提问创新的满足感，从而在班级中营造良好的学习氛围。

这节课对学生科学思维的培养，主要体现在：

教师在新课引入之后，通过三个实验案例，提出问题，让学生猜想假设：猜想一：这种相互运动与碰撞相同。猜想二：在运动过程中，系统动量守恒。猜想三：反冲运动的系统动量都守恒。教师在学生交流讨论后指导学生建立反冲运动模型。

1.3 实验探究——物理核心素养的关键

物理学是一门以实验为基础的科学，学生学习物理的过程其实就是学生通过自身经历观察、实验探究等活动，发现问题，解决问题，建构知识、形成观念的过程。在物理实验探究过程中，要求学生拥有探究意识，能够提出物理问题，发现物理规律；具有设计实验探究方案，获取和处理证据和信息的能力，可以正确实施实验探究方案后得出结论并做出解释；要求学生可以收集并分析信息，对实验探究过程和结果进行交流、评估和反思[3]。

实验一：反冲小车（小车内部有三根压缩程度不一致的弹簧，按动开关之后弹簧可以将物体弹出），几个质量不等的小木块。要求每个小组自行分工，学生依据探究实验的流程自己设计实验，最后进行小组讨论。

其中一个小组想要分析影响小车反冲运动速度的原因，猜想小车的重量会影响小车的运动速度，该小组在设计实验方案后利用实验器材和周围有限的资源进行实验，使小车做反冲运动，观察实验现象，由小组内专门成员记录数据，分析实验数据后得出实验结论，并在组内讨论交流，反思和总结整个实验过程。

实验二：纸火箭实验，教师给学生提供稀薄管、火药、支架、火柴和蜡烛等实验器材，让学生自主设计一个关于反冲运动的实验，学生通过上述实验步骤进行实验，最后观察到的实验现象是：锡箔纸向前飞出，与支架运动方向相反。

动量守恒定律的应用对于现阶段的学生来说是一个难点，通过实验探究，使学生在“做中学”，更直观地观察到物理现象，真正地从感性认识上升到理性认识，理解反冲运动的物理实质。

1.4 科学态度与责任——物理核心素养的灵魂

科学态度與责任是物理学科从价值层面要培养的核心素养，是物理核心素养的灵魂，主要指对待科学的态度与价值观。在这一层面需要学生在认识科学本质、理解科学·技术·社会·环境（STSE）的关系的基础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感[3]。

这一环节的安排是首先播放视频，教师引导学生提炼建模，总结规律，学生自主分析火箭的工作原理，激发学生科学思维，增进学生对物理的情感。

其次分析例题，总结影响火箭获得速度大小的因素，学生通过自己动手计算，得出问题的答案，如果学生的答案不一致，教师也要进行适当的鼓励并让学生自己找出不一致的原因，培养学生敢于质疑的科学品质和求真求实的科学态度。

最后介紹古代火箭的发展，并于现代火箭进行比较，让学生了解一些生活中的具体问题和一些高科技知识，从而领悟科学知识对社会，对经济的意义，培养学生社会责任感，实现真正的素质教育。

2 教学反思

（1）核心教学内容的达成。学生可以在对不同的实验案例进行分析后，总结共同点，进而教师引导学生得出定义，分析原理，教学过程环环相扣，提升学生解决实际问题的能力。模型的求解通过问题的设计，学生的探讨，能使学生更清晰理解物理知识的发展过程，对构建学生开放的知识体系有较大的帮助。探究性实验的设置，联系实际，注重学生的动手操作，亲身体验实验，紧扣本节主题内容要点，通过教师的多层次设问，学生积极发言，使学生能扎实的理解本节教学内容，形成物理观念。

（2）学生的科学思维方法的教育达成。在落实核心教学内容的基础上，整节课设计思路是按照数学建模的思想，从模型的建立、模型的求解，到最后的推广与应用，运用科学抽象的方法，指导学生建立理想化模型代替实际事物，符合学生的认知规律。这一环节学生完成的比较理想，教师充分调动学生的情感，使学生能够积极参与到教学活动中，但也因教学时间有限，思维方法的渗透有时显得肤浅。

（3）科学态度与责任目标的达成。从古代火箭的介绍到现代火箭的原理分析，从宇航员实现飞天梦想激励学生勤奋学习到早日实现奔月梦想为我国的航空航天事业做出贡献，学生热爱祖国的情感得到激发，并且也体现了科学·技术·社会·环境之间的联系，更好地完成了STSE教育。

3 对教师的启示

“反冲运动 火箭”这一节课的教学设计，笔者的设计意图是要培养学生的物理核心素养，而这更离不开教师的参与。

（1）教师要加强对教材的理解。教师需要学会从学生发展的核心素养角度对教材的结构安排、功能策略、课程目标等方面进行解读，建构教师自己的的教学体系，并将自己的思维策略融入到具体的教学设计中，在实践中探索提高。

（2）教师在具有理论性知识的基础上，更重要的是要具有实践性知识。例如，教师实践性知识中的情境知识，可以帮助教师发挥想象力，将理论与实际联系起来，从而在物理课堂中锻炼学生的科学思维，培养学生的创新能力。教师实践性知识中的策略性知识也可以培养学生的物理核心素养。策略性知识主要指教师对理论性知识的理解和把握，并将原理知识运用到具体的教学中去，对教学活动进行有策略的规划。教师可以通过规划，精心设计教学过程，潜移默化地提高学生的核心素养。

（3）教师要注意教学反思。教育是一种特殊的实践性的活动，其发展离不开教师的反思。教学反思是教师提高教学质量，改进教学实践的重要环节，因此培养学生核心素养也需要教师可以在反思过程中关注学生的思维活动、认知结构等方面的发展，对教学实践、教学活动不断地改进和创新，完善教学设计。

参考文献

[1] 全面深化课程改革 落实立德树人根本任务[N].中国教育报，2014-06-23008.

[2] 彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理，2016，34（3）：1-2.

[3] 黎国胜. 基于“学科核心素养”的高中物理教学思考[J].教育科学论坛，2016，20（10）：68-71.