以“宇宙航行”为例谈基于核心素养导向的教学设计

李俊鹏

(北京市育英学校，北京 100036)

2016年9月发布的《中国学生发展核心素养》引起了广大教师的关注．2018 年1月,教育部颁布了《普通高中物理课程标准(2017 版)》．在《普通高中物理课程标准(2017 版)》中提出了主要由“物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任”4个方面的要素构成的物理核心素养．它是物理学科育人价值的高度概括,是“三维目标”的提炼与升华,也是社会发展对学生培养的新要求和教育研究所取得的新认识综合得到的结果．这将成为今后一段时间高中物理教学的指南．[1]

《普通高中物理课程标准(2017版)》指出,物理教学应根据高中物理课程标准的基本理念、课程总目标和物理核心素养的要求,结合教学的实际情况,创造性地开展教学工作,将核心素养的培养贯穿于物理教学活动的全过程．必须把核心素养作为物理教学的重要目标,将“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”等核心素养的培养落实于教学活动中．在教学设计和教学实施过程中要根据具体教学内容和学生的认知水平创设情境,引导学生的科学探究,发展学生的科学思维,应把物理课程中所形成的物理观念和科学思维用于分析、解决现实生活中的各种问题,在解决问题中进一步提高探究能力、增强实践意识、养成科学态度,促进核心素养的形成．[2]

从现实的物理教学现状的分析可以发现,多数地区、学校的物理教学大多从知识、技能、方法等方面考虑和设计教学的多,而从核心素养大的教育观角度出发进行教学设计的少或者说是无意识．[3]对“知识点”、“考点”的过度关注,必定是以窄化教学视野、消解师生情感为代价的,这种代价的付出降低了教育质量应有的内蕴．

科学规范的教学设计,是课堂教学改进的基础．丰富的学科课程资源,是课堂教学改进的条件．恰当的学习任务,是课堂教学改进的重点．新型的师生关系,是课堂深度互动的保障．素养导向的作业设计和学业检测,是固化学习效果的关键．下面以人教版必修2“宇宙航行”为例,谈谈如何基于核心素养导向进行教学设计,进而梳理总结基于核心素养导向的教学设计流程,提升课堂教学的质量,切实落实新课改的育人目标．

1 前期分析准备

1.1 教材分析

本节内容主要介绍了万有引力定律的应用及航天事业的发展与其巨大成就．教材在介绍人造卫星的一些基本理论的同时,还渗透了模型构建、逻辑推理、类比法等物理方法．是学生进一步学习、研究天体物理问题的理论基础．

人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例,是学生了解现代科技和我国航天事业发展的极好素材．通过对人造卫星发射原理、宇宙速度、变轨、对接等宇宙航行知识的学习,学生可以对宇宙航行有一个更加系统和深入的了解,发展学生的科学思维,提升解决实际问题的能力,使学生产生对航天事业的热爱,增强自信心和民族自豪感．

1.2 学情分析

学生已经学习并较好地掌握了物体做匀速圆周运动的规律,能运用牛顿第二定律分析匀速圆周运动,知道物体做向心运动或离心运动的条件．学习了万有引力定律,能求解两个天体间的万有引力．

在卫星绕行模型中,以万有引力充当卫星绕行的向心力,运用牛顿运动定律深入分析卫星的发射、稳定绕行、变轨以及对接问题还存在困难．知道我国航天事业的一些成就,但对于卫星发射的整个过程以及需要克服的困难不是很清楚,对于我国几代航天人所付出的艰辛和努力了解的不多．

1.3 课标分析

会计算人造地球卫星的环绕速度,知道第二宇宙速度和第三宇宙速度．了解牛顿力学对航天技术发展的重大贡献．观看人造卫星等的发射录像,了解我国和世界航天事业的发展历史和前景．了解人类对宇宙天体的探索历程,从万有引力定律的普适性认识自然界的统一性．

2 学习目标研制

2.1 发展运动与相互作用观念、能量观念

(1) 计算人造地球卫星的第一宇宙速度,体会卫星所受万有引力与所需向心力间的关系．

(2) 了解人造地球卫星的变轨操作,理解力与运动间的关系,会分析变轨前后卫星能量的变化．

(3) 能运用力与运动的关系,设计操作方法,完成不同轨道上天体间的对接．

2.2 发展科学思维和科学探究能力

(1) 计算人造地球卫星的第一宇宙速度,体会近地绕行模型的建立．

(2) 分析人造地球卫星轨道的特点,实验模拟,进而能确定并分析同步卫星轨道的特点．

2.3 发展科学态度与责任

(1) 了解卫星发射需要克服的实际困难,了解我国北斗导航系统的组网情况,知道我国几代航天人所付出的艰辛和努力,树立报国的志向．

(2) 了解我国空间站的建设步骤及构想,知道我国航天发展动向,认识所肩负的使命与责任．

3 学习过程设计

3.1 学习资源整合

(1) 以“和平号国际空间站”即将退役,我国空间站即将建成对比引入．

(2) 以神舟十一号飞船的发射、变轨以及与天宫二号对接为背景展开探究过程．

(3) 以同步卫星轨道的分析,体会北斗导航系统建设的困难．

3.2 学生活动设计

(1) 利用地球仪及玻璃珠,两人配合模拟人造地球卫星的绕行．

(2) 穿针引线,体会神舟十一号飞船与天宫二号对接时需要解决的巨大困难．

(3) 操作神舟十一号飞船模型与天宫二号模型运动中的对接,进一步体会难度的巨大．

3.3 多媒体和教学用具

(1) PPT教学演示课件、神舟十一号飞船发射视频及动画模拟、北斗导航系统动画模拟、牛顿发射卫星原理模拟动画．

(2) 地球仪、玻璃珠、神舟十一号飞船模型、天宫二号模型．

(3) 自制画圆及画椭圆教具．

4 教学流程

教学流程如表1所示.

表1

续表

续表

续表

5 基于核心素养导向的教学设计流程图

图1

教学设计流程图如图1所示.通过案例可以发现,指向学生核心素养提升的学习目标研制是教学设计的核心．明确了核心素养框架,我们就可以基于目标,有意识地充分整合教学资源,精心设计学生活动,通过有效的探究活动和问题链设计,引导学生进行正确的科学思维,经历科学探究过程,在学习过程中让学生浸润在科学知识与思想方法进阶的过程中,逐渐形成科学态度,明确自己的责任,从而立志有所担当．[4]也就是说,基于核心素养导向的教学设计,对教师的教学方式、教学能力以及教学素材的掌握与整合提出了更高的要求．在教学实践中,我们要转变思想观念,以学生核心素养的提升为核心,有意识的优化教学设计,真正地使“素养”教育落到实处．