基于核心素养的教学设计

杨千方　梁旭

摘要：以核心素养为目标，通过任务分解、情境创设和问题设计，将“牛顿第二定律”的素养目标落实在具体的学习活动中，并就思维引导、教学活动方式提出了建议.

关键词：核心素养；教学设计；牛顿第二定律；加速度

作者简介：杨千方（1981-），男，安徽潜山人，本科，中学一级教师，研究方向：高中物理学科教学；

梁旭（1962-），男，浙江上虞人，本科，中学特级教师，浙江省高中物理教研员，研究方向：中学物理教学目标、方法和策略.

1任务分解

任务1：初步体会a与F、m关系.

任务2：牛顿第二定律的理解.

任务3：用牛顿第二定律解决简单问题.

2教学活动

任务1：初步体会a与F、m关系.

问题情境：播放短视频“F1赛车”如图1所示，F1赛车车手要想赢得比赛，除了赛车手的技术高超外，赛车本身也是赢得比赛的关键.赛车设计师怎样设计才能使赛车达到要求呢？问题如表1所示.

表1

问题问题指向的素养目标

1在探究加速度与力、质量的关系的实验中，如果考虑到实验有一定误差，实验能够得到怎样的结论？归纳得出物体的加速度跟它的质量及所受作用力之间的关系（科学探究）

2观看F1赛车启动视频，你认为F1赛车的什么性能最重要？

3 要想使F1赛车启动获得较大的加速度，我们该如何设计汽车？为什么？能应用牛顿第二定律分析简单的动力学问题（科学思维）

教学建议：

（1）思维引导建议：依据上节实验数据得到的图象如图2、图3所示，考虑到实验数据具有一定的误差.可以将图象转化为过原点的情形，得到当质量m一定时，物体的加速度a与物体所受作用力F成正比；当物体所受作用力F一定时，物体的加速度a与质量m成反比.

在总结结论之后，让学生观看视频，体会设计赛车时要有大的加速度，一方面需要有强大动力的发动机，另一方面在保障安全的前提下减小质量.

（2）教学活动建议：问题1可以在学生独立思考的基础上，进行小组讨论和回答；问题2和问题3可在学生独立思考的基础上让学生回答，同学与教师补充完善.

任务2：牛顿第二定律的理解.

问题情境：如图4所示的实验装置简化为示意图图5，问题见表2所示.

表2

问题问题指向的素养目标

1 如图5所示，小车受到几个力的作用？此时F=kma中的F是什么含义？

2 如图6所示，用一个力推物体，物体却没有产生加速度，为什么？要使物体产生加速度应该满足什么条件？理解公式中的F是物体所受到的合力（物理观念）

3 F=kma仅仅是数量关系式吗？还有什么关系？如何表述？

4 如果小车所受的合外力发生变化，加速度的变化是瞬间发生的吗？这说明F=kma是什么关系？

5F=kma这个式子中，是加速度决定了力，还是力决定了加速度？理解牛顿第二定律的因果性、矢量性、瞬时性（物理观念）

6F=kma这个关系式能否更加简洁一些呢？

7使用F=ma这个关系式时，对各物理量的单位有什么要求？

8除了1N的力约为1kg物体重力的十分之一外，我们现在对它还有怎样的认识？知道牛顿第二定律的内容和数学表达式，知道采用国际单位制时k=1.知道力的国际单位是牛顿（N），理解1N的物理意义（物理观念）

教学建议：

（1）思维引导建议： 牛顿第二定律是一个实验定律，基于实验总结得到的关系是一个数量关系，认识牛顿第二定律表达式中F的含义和表达式隐含的矢量性、瞬时性和因果性可以深化对运动和力关系的认识，是教学中应该加以重视的.通过系列问题引导，让学生讨论，可让学生比较全面地认识牛顿第二定律的意义.

（2）教学活动建议：问题1至5可以让学生独立思考后回答，同学老师补充完善.问题6至8可以先让学生独立思考，然后引导学生阅读教材后再回答.

任务3：用牛顿第二定律解决简单问题.

問题情境：

（1）如图7，中国航天员在太空（可相当于不受重力）中测量人体质量的短视频.

（2）如图8，某质量为1100kg的汽车在平直的路面上试车，当达到100km/h的速度时取消动力，经过70s停了下来.汽车受到的阻力是多少？重新起步加速时牵引力为2000N，产生的加速度是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变.

（3）如图9，牛顿第二定律实验装置中的砝码盘及砝码.问题见表3.

表3

问题问题指向的素养目标

1太空中常用的质量秤量工具都无法工作，怎样才能测量航天员的质量？

2为什么测量质量时航天员需要运动一段距离？为什么航天员需要抱紧金属杆？能应用牛顿第二定律分析、解决简单的动力学问题（科学思维）

通过应用牛顿第二定律在太空测质量，让学生深切感受到科学的魅力，激发学生学习物理的兴趣（科学态度与责任）

3求解（3）中图9问题时，选择的研究对象是什么？

4受力分析的目的是什么？运动分析的目的是什么？

5如何解决力和加速度方向不同时的运算问题？掌握应用牛顿第二定律解决简单动力学问题的基本思路和方法（科学思维）

6 轻质滑轮两边绳子上的拉力相等，实验时绳子拉力等于砝码盘及砝码的重力吗？

7实验时有何要求？ 运用牛顿第二定律解释实验：能得出的实验条件（科学思维）

教学建议：

（1）思维引导建议：完全失重状态下天平、秤等无法工作的道理学生还不能理解，只能由教师直接给出.由F=ma，如果可以测量弹簧的弹力与物体运动的加速度，由F=ma，可以计算物体的质量.如果有学生指出真实测量时的作用力是弹簧的弹力，它是变力，根据牛顿运动定律的瞬时性，只要测出同一时刻的力与加速度，依然可以测得质量.只有运动才能测量加速度，抱紧的目的是让人的加速度与金属杆的加速度尽量相同.

应用牛顿第二定律解决问题涉及到受力分析、运动分析、规定正方向、结合运动学公式求解等，是综合性很强的复杂任务，应该重视科学思维过程（思路）的形成和规范.

（2）教学活动建议：问题1、2是联系实际的、背景比较复杂的问题，在学生独立思考的基础上进行小组讨论，再进行交流.问题3至5可在学生回答的基础上，由教师结合题目讲解过程进行示范.问题6、7要求学生按照前面问题解决的思路和规范进行求解，教师选择部分解答引导学生一起评析和完善.