基于物理学科核心素养的教学设计

安金典

摘   要：《普通高中物理课程标准（2017年版）》中明确提出，高中物理课程目标是促进物理学科核心素养的养成和发展，增强学生探究能力和解决实际问题的能力。因此，在日常教学中可以安排学生进行多样化的实践探究活动，让学生在科学实践活动中形成物理观念，发展科学思维能力，培养科学态度与责任。“生活中的抛体运动”一节与生活实际联系紧密，可通过设计实验探究斜抛规律、理论推导斜抛运动规律、用斜抛运动规律解决实际问题等学习活动和利用丰富教学资源，促进学生积极、主动地参与学习，以达到培养物理学科核心素养的目标。

关键词：核心素养;斜抛运动;实验探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）6-0028-2

1    教材分析

“生活中的拋体运动”选自鲁科版物理必修二第2章第4节，主要内容有抛体运动的概念，利用运动的合成与分解法研究斜抛运动并掌握其射高、射程等运动规律。本节课是本章的最后一节，是在学习了运动的合成与分解方法以及平抛运动之后，对本章知识的总结、提高和应用，同时与真实生活情境联系紧密，蕴含着培养物理学科核心素养的丰富资源。

2    学习目标

（1）物理观念：能从运动合成与分解的角度认识斜抛运动，能综合分析生产生活中的抛体运动问题，并解决一些相关的实际问题，形成具有与抛体运动相关的运动观念。

（2）科学思维：发展学生的模型建构与应用、分析和科学推理能力。能够初步建立起抛体运动理想模型;能定量分析当抛射角为45°时射高最大。

（3）科学探究：能通过小组合作自主设计探究实验方案并实施;能根据实验现象和数据推理得出实验结论，明确实验的影响因素。

（4）科学态度与责任：通过探究实验中学生的观察、分析和解释等，引导学生学会用科学的方法探究物理现象的本质和规律，培养学生尊重事实、探索真理的科学态度与责任感。

3    实验器材

斜抛运动规律探究装置（包含医用注射器、铁架台、刻度尺、量角器、水槽等）。

4    课堂主要环节设计与分析

4.1    联系生活情境，引入新课

课前利用多媒体播放含有音乐喷泉、绽放的烟花、投出的篮球、抛出的铅球、打出的网球、军事演练中射出的炮弹的视频。引导学生观察视频中物体运动的特点及轨迹，类比平抛运动，引出抛体运动及斜抛运动的概念。

核心素养目标设计：通过引入生活实例，激发学生的学习兴趣，启发学生认识到生活中普遍存在抛体运动，掌握其规律具有重要意义。通过观察并总结抛体运动概念让学生在头脑中初步形成抛体运动的形象，提升学生归纳、抽象、推理的科学思维素养[1]。

4.2    学生分组实验，描述斜抛运动轨迹

教师利用喷水实验装置（图1）演示水流的斜抛运动：通过转动铁夹改变水喷射方向，并借助量角器读出抛射角，同时改变容器高度改变水的喷射速度。教师引导学生进行小组合作实验，观察水流的斜抛运动并在坐标系中描绘其运动轨迹，而后向学生介绍初速度、抛射角、射程、射高、抛物线等概念。

核心素养目标设计：学生通过实验操作亲身感受斜抛运动，学会用数学化的语言把斜抛运动描述出来，进一步帮助学生形成抛体运动的物理观念。

4.3    小组自主实验，探究斜抛运动的规律

教师引导学生思考：斜抛运动的射程和射高与哪些因素有关？它们之间存在怎样的关系？学生自主实验，制订出详细的实验步骤，设计数据并记录表格，合理确定小组内部成员分工等。学生实验过程中，教师巡视指导，解决学生疑难问题。学生实验完成后，请各小组分享实验过程及结论，讨论实验中遇到的问题、实验改进方法等[2]。

核心素养目标设计：学生分组自主实验，在实验探究中经历提出假设、制订实验方案、进行实验并记录数据、利用数据得出结论等完整的科学探究活动过程，有效提升学生的科学探究能力。

4.4    理论推导，探究斜抛运动的分解与合成规律

通过实验，教师进一步引导学生探索斜抛运动射高、射程变化规律背后存在的物理知识和物理规律。设置以下问题：

（1）是否能用学过的运动合成与分解法研究斜抛运动？

（2）斜抛运动可以分解成哪些分运动？分运动的运动规律是什么？

（3）试推导出射高与射程的表达式，请尝试利用表达式来解释射高、射程的变化规律？

学生通过类比平抛运动的分解方法，提出可将斜抛运动分解成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的竖直上抛运动，分别写出水平和竖直方向速度、位移表达式，根据表达式去解释实验中所得到的结论。其中，水平方向位移公式为：x=v0cosθ·t，将t=■代入位移公式，可得：x=■，从公式可看出当初速度一定的情况下，θ=45°时位移有最大值[3]。

核心素养目标设计：通过定性分析斜抛规律，激发学生想探究物理现象和规律背后所蕴含的深层次物理知识和理论的好奇心。同时，引导学生学会从理论角度进行定量计算来分析和解释这些现象和规律，培养学生建立模型、分析推理、论证等高阶科学思维和探究能力，提升物理学科核心素养。

4.5    运用物理规律，解决实际问题

联系生活实际中的实例，设计以下问题：（1）青蛙跳跃时，应当以多少度角起跳最远？（2）铅球的最佳出手角度是45°吗？（3）射出炮弹的射程能直接根据上述公式求解吗？请学生小组讨论并回答，教师总结并讲解。

核心素养目标设计：结合实际问题，让学生利用所学知识进行解决，进一步提升学生解决问题的能力。同时，利用铅球和弹道曲线两个实例，启示学生科学解决实际问题需要考虑实际情况而不能固化，从而培养学生严谨的科学态度和责任。

5    教学反思

本节课以培养学生物理学科核心素养为目标，通过设计多种多样的实践活动让学生主动参与到学习中，亲身体验科学探究的魅力。从描述实际水流的斜抛运动轨迹到定性探究得到斜抛运动规律再上升到理论推导解释其规律，最后利用所学知识和规律解决实际问题。学生经过由浅入深、层层递进的教学活动过程，逐步建立起抛体运动的物理观念，同时也培养了学生的科学思维和科学探究能力，陶冶了科学态度和责任。

参考文献：

[1]高青. 建模在美国高中物理教学中的应用——以抛体运动教学为例[J]. 物理教学，2018，40（07）：73-76.

[2]邹立新. 有效运用认知结构理论，提升物理学科核心素养——《斜抛运动》课堂教学实践研究[J]. 理科考试研究，2018，25（04）：45-48.

[3]侯位锋，梁旭. 基于核心素养的教学设计——抛体运动的规律[J].中学物理，2018，36（12）：40-41.

（栏目编辑    邓   磊）