基于核心素养提升的教学设计

马永建

【摘 要】本文以“万有引力定律的应用”教学设计为例，阐述在物理教学中如何提升物理核心素养：实验探究、科学思维、物理观念、科学态度与责任。

【关键词】教学设计；万有引力定律的应用；物理核心素养

一、设计意图

“万有引力定律的应用”这节课的内容跟生活联系不紧密，学起来难度比较大。本节所涉及的知识点又是生活中常见的圆周运动的规律，从课的类型上来讲，这是一节理论应用课，通过启发式教学，利用圆周运动，构建出卫星绕地飞行的模型，帮助学生形成正确的认识，培养科学的思维。

二、教学目标

1.知识与技能：能应用万有引力定律解决行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动问题，会计算天体的质量、密度、重力加速度、运行速度等；对卫星的发射要求、运行状态有一定的了解。

2.过程与方法：把身边的圆周运动类比到天体间运动中去，熟练掌握万有引力定律的应用。

3.情感态度与价值观：通过万有引力定律这一桥梁，建立正确的思维模式，提高学生对神秘太空的了解。

三、教学重难点

教学重点：1.理解环绕天体绕中心天体运动的向心力来源，环绕速度怎么得到；

2.怎样求中心天体的质量。

教学难点：中心天体质量的得到。

四、教学过程

教师提问：回顾一下，行星绕太阳运动可以近似看成是圆周运动，所需的向心力是由什么力来充当？

学生回答：由万有引力来提供向心力。

（一）人造卫星上天

1.人造卫星是怎样上天的：

（1）提出问题：假如你站在的一栋高楼楼顶，把一个一块钱硬币水平抛出，思考：a.硬币的水平方向位移跟什么有关，水平射程跟什么有关？b.如果硬币投出去的速度超过某一个特定值后，硬币还会落到地面吗？

（2）学生分组讨论，模拟探究，得出各自的答案。

（3）教师在学生不同答案的基础上，利用平抛运动的知识，作图分析，帮助学生往正确答案靠拢，得到卫星或者飞船上天的原理：速度越大，水平距离越远，当速度超过某一临界值时，就不会掉在地面上，而是作起了圆周运动。

（4）教师提问：这个临界值的速度要怎么得到？

（5）回到书本，阅读多级火箭构想。

2.第一宇宙速度（环绕速度）：

作图解释概念：近地卫星，在地球近地面绕地球作圆周运动，轨道半径可以用地球的半径替代。

（1）提出问题：近地卫星要满足什么条件才会作圆周运动，而不会掉在地面上？

（2）学生分组讨论，结合圆周运动知识，发表给自看法。

利用多媒体引导学生回顾前一章学过的“近心运动”“圆周运动”和“离心运动”，从而得出近地卫星不脱离轨道的原因mg=F■=F■，

即mg=■=m■。

（3）引导学生利用■=m■导出第一宇宙速度的计算式v=■。

（4）引导学生利用mg=m■导出第一宇宙速度的计算式v=■。

（5）通过计算得到，近地卫星的环绕速度为7.9km/h，这也就是第一宇宙速度。如果从发射角度看，这个速度也是最小的发射速度，前面提到的硬币不落回地面的条件就是速度不小于这个速度。

3.第二、三宇宙速度：把这两个速度稍微讲一下，不深入研究：

4.例题分析：

假如有一个密度跟地球一样的行星，它的半径为16km，求该行星的第一宇宙速度。（已知地球半径R=6400km，地球的第一宇宙速度为7.9km/s）

（二）中心天体质量的计算（强调是中心天体，而不是环绕天体）

1.测天体质量：

（问题1）：如何用月球测地球的质量？

月球绕地球一圈周期T是一个月左右，如果要利用这个周期求得地球的质量呢？

（学生回答）：设月球的质量为m，

由F■=F■可得：G■=m（■）■r

地球质量为M=■，所以只要再知道月球绕地球的半径r就可以了。

老师总结：这是一种已知周期求中心天体质量的题型，从中也可以解释为什么不能求到环绕天体质量的原因，也就是题目中的月球质量，解题的基本思路是：F■=F■。

1.1思维迁移，举一反三

如果题干变成木星上空有一卫星，绕木星做圆周运动，如何求木星质量？

（学生回答）：卫星在木星上空绕木星运行，跟月球绕地球是一个道理。

（问题2）：如何测地球的密度？

（学生回答）：还需要先测火星本身的半径R，

则ρ=■=■=■

（问题三）：有没有更为简便的方法呢？

教师引导：由上式可知，当R=r，故ρ=■，无须知道卫

星的轨道半径和木星本身的半径，只要知道环绕周期T就可以了。

2.预测未知天体：海王星的发现：

五、基于核心素养提升的教学设计

物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科的品质。发展学生核心素养，不仅强调对知识的学习，更加注重对学生自身发展、合作参与、创新实践等能力的培养。

核心素养是一个概念，在这个名词还没出现前，我们通常所说的提高学生的素质，关注到学生本身，培养适合未来世界的人才，这本身就跟时下流行的核心素养这个概念是大同小异的，走什么样的教育之路来培养出社会需要的哪一类别的人才，但現在这个概念的提出就非常明确的指出，教师应该怎么做，做什么，在发展迅速的时代里，一个全面发展的人是各个行业都非常渴求的标杆人才，我们做的最理想的目标当然也是这一个。核心素养是从人、工具、社会三大方面提出的对受教育者进入社会所必须的品质方面的要求，但是这些整体的要求又必须通过学校教育中必要的课程及社会中的相关教育来实现。所以，物理课程中的核心素养要根据这些核心素养的要求及物理学科自身的特点来确定物理核心素养。

时下虽然提高了所有教师对核心素养的关注，但也突出了现在学生缺乏物理素养的一个窘境，怎样让学生在物理学习过程中提高科学思维、提高物理素养成了一个大家都关注的话题。

物理核心素养是学生在接受物理教育過程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生物理核心素养的关键成分，主要由“物理观念”、“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”等四个方面的要素构成。

（一）从物理概念到物理观念

一个全面发展的人，他必须对学科所涉及的物理概念很清楚，对物理规律的本质联系有科学的认识，有严谨的科学态度和验证的方法，科学的东西，对过程和结果不容有一丝马虎。本节课，在对万有引力这个概念认识基础上，通过环绕天体绕中心天体运动，让万有引力这一定律在学生脑海里进行提炼和升华，从物理的角度出发，找到天体运动过程中的内在规律和相互关系，从身边的圆周运动这一经验事实构建出天体运动的模拟图景，这是严谨的科学思维内化的过程。

（二）从抽象模型引导学生思考

物理当中的很多模型、建构都是很抽象的，生活当中很少见到或者是几乎见不到，那么，这个时候教师的引导作用就非常重要，引导的好可以直接帮助学生理解整个过程，形成正确的科学思维。

（三）科学的验证，内化吸收要点

物理是一门自然学科，需要大量的论证过程来验证相关的规律或定理。物理推导的过程有很多奇妙的思路，如极限法、微积分法、替代法等，体现了教学大纲中利用数学知识解决物理问题的要求。学生通过科学论证来检验教材内容，最终内化相关知识。在物理教学中，教师应着力提升学生的科学论证能力，充分采用小组合作的形式来培养其物理科学思维能力。在小组合作过程中，学生能够通过交流来活跃思维，同时，教师要走下讲台参与到互动活动中，让学生在问题的引领下不断地横向和纵向发散思维，从而培养他们思维的灵活性，提出解决问题的办法并进行论证，最终提高其科学思维水平。

碰到疑问时要敢于提出为什么，课堂不是教师一言堂，要让学生想，学生说，学生问，学生不敢问的时候，要站在学生的角度上提出可能会碰到的问题，不断的有为什么，为什么这样或者那样，在学生参与的过程中，引导他们来验证结论或者规律。像本节课中求天体质量的时候，为什么就不能求环绕天体的质量，只能是中心天体的质量？一步步引导，一步步得到，有层次，有松紧。

【参考文献】

[1]郑巧燕，张廷蓉，周颖.基于核心素养提升的教学设计——以“超重与失重”为例[J].湖南中学物理，2017.v.32（12）：53-55.83

[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.v.34.No.607（3）：1-2

[3]付树雷.高中物理核心素养中科学思维的培养——以《动能定理》为例[J].名师在线，2017.No.36（23）：49-50