基于核心素养的教材二次开发——以“飞机为什么能上天”为例

彭军凯

（北京市海淀区教师进修学校附属实验学校，北京 100142）

“飞机为什么能上天”是北师大版8年级下册内容，主要介绍流体流动情况下的压强特点，此前内容是液体和气体处于静止状态下的压强，学生习惯静态分析，以形象思维为主，因此对学生而言难度较大.通过适合的教学设计从阶梯化、趣味化、实验化、生活化4个维度对教材进行“二次开发”，让学生能够更加形象、直观地学习，培养核心素养.

1 教学设计中阶梯化策略引导学生自主建构知识

1.1 教材分析

循序渐进是物理教学必须遵循的原则，只有让教学内容处于学生的最近发展区，才能取得好的教学效果，设计阶梯化的教学内容便是很好的方式.教材开始直接介绍流体，然后让学生观察两个实验总结出流体压强与流速的关系，然后解释球类的弧线运动，最后分析飞机为什么能上天.这样的编排虽然直接明了、突出重点，但只有观察实验很难帮助学生形成从静态到动态的思维转变，很难形成正确的感性认识，并且球类的弧线运动比较复杂，飞机为什么能上天与学生实际生活较远，对学生而言都比较抽象，难以理解，再应用规律解释这些现象就更难了，因此需要给学生逐级搭建台阶，使教学内容处于学生最近发展区内，引导学生自主建构物理知识.

1.2 教材二次开发与教学设计

如何使教学内容阶梯化呢？可以在课堂开始用趣味实验引入，建立演示实验与飞机上天的联系，再进行设疑，把学生带入真实情景，让学生觉得物理有趣，搭建第1个台阶；之后顺理成章引导学生探索实验现象后面的物理规律，于是学生分组合作探究流体压强与流速的关系，得出规律，让学生在动手体验探究中，觉得物理好玩，搭建第2个台阶；然后视频展示生活中雨伞被吹翻、凸起的屋顶被风刮飞、窗帘向外飘等真实情景，学生分别解释原因，再次建构流体压强与流速的关系，学生感觉物理有用，搭建第3个台阶；接着分析课堂开始趣味现象发生的原因，再分析“飞机为什么能上天”，学生发现物理能解释这么高深的科技，觉得物理很强，搭建第4个台阶；最后用所学规律解决生活中的问题，学生觉得物理好用.

整个教学过程，一步一个台阶，引导学生由浅入深，学生发现物理有趣、物理好玩、物理有用、物理很强、物理好用，逐步自主建构物理规律，并试着用物理规律解决生活中的物理问题，思维层次从理解、到应用、到分析、到创造，利于培养学生高阶思维能力.

2 教学设计中趣味化策略激发学生学习兴趣

2.1 教材分析

教材开始直接介绍流体，对学生而言显得枯燥，无法有效吸引学生注意力，不利于调动学生学习积极性.美国著名心里学家布鲁纳指出：对所学知识有浓厚的兴趣是学习的最好动机，学生在学习过程中，对自己感兴趣的一切事物、现象总是主动、积极地去认识和探究.［1］因此可以自制乒乓球手枪，用趣味实验引入课题.

2.2 教材二次开发与教学设计

自制乒乓球手枪（如图1），把两个矿泉水瓶用塑料胶枪焊接在一起，再在两瓶焊接处开一合适孔与塑料管焊接垂直相通，让乒乓球能顺利从塑料管进入矿泉水瓶中，最后在塑料管底部装上橡皮筋用以挡住装填进的乒乓球.上课开始时，教师演示实验，在鼓风机的作用下，6个乒乓球依次从塑料管中升起之后，进入矿泉水瓶，像子弹一样被打出（如图2），学生非常惊奇，此时引导学生观察并提问：“乒乓球为什么能从塑料管中升起来？”“要回答这个问题，先学习 “飞机为什么能上天”，从而引入课题.

图1 自制乒乓球手枪填满乒乓球子弹，塑料管底部用橡皮筋挡住乒乓球

图2 在鼓风机作用下自制乒乓球手枪打出乒乓球子弹

这样的设计创设了真实的情景，现象明显直观，透过塑料管能清楚观察乒乓球运动状态，很好地激发了学生的学习兴趣，激发了学生的好奇心，学生迫切想知道现象背后的原因，便于带领学生进一步实验探究，带领学生进入知识的殿堂.

3 教学设计中实验化策略培养学生探究能力

3.1 教材分析

实验教学是物理教学内容的重要组成，是实现物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径.［2］而教材安排如图3，要求学生观察现象并说明道理，这样的编排缺乏学生体验和探究环节，学生被动接受知识，不利于学生探究能力和思维能力的培养，不利于培养学生的核心素养；另外甲实验器材为玻璃制品，易碎，存在安全隐患，只适合教师演示，不适合学生实验，且细玻璃管中液柱高度的可视性不好.因此增加学生实验，把教学内容实验化就显得非常必要.

图3 教材中学生观察与思考内容

3.2 教材二次开发与教学设计

因此增加实验环节，自制水枪，如图4所示，其由4个不同横截面积的注射器针筒用胶枪焊接而成，并且分别在前端的3个注射器针筒上在竖直面内向上钻3个小孔，用3个相同圆珠笔芯头分别插入小孔作为出水口，并使3个圆珠笔芯头出水口在同一水平高度.水枪注满红色水后，推动活塞，可发现从粗细不同的注射器针筒分别射出由高到低的3段水柱.

图4 自制水枪向上射出高度各不同的3段水柱

自制水枪为塑料制品，克服了易碎的缺点，且轻便易携带，用水量较小，便于学生操作，现象明显.自制水枪把学生对儿时“玩具”的好奇和探索热情很好的激发出来，学生积极探究，对实验现象非常好奇，他们认为横截面积最小的针筒射出的水柱最高，但事实却相反，因此他们认真观察，进行思考分析，交流现象背后的真正原因.学生认为：之所以会产生不同高度的水柱，是因为注射针筒的横截面积不同.而在液体流量一定的情况下，针筒横截面积的不同会导致液体的流速不同，就像同一条河流中河面比较宽广的地方水的流速小，河面比较狭窄的地方水流流速很大，所以横截面积比较大的针筒中液体流速比较小，横截面积比较小的针筒中液体流速比较大.而液体流速不同导致了液体产生的压强不同，最后液体产生的压强不同导致液体射出的高度不同.学生从而总结得出“流速大的地方压强小，流速小的地方压强大”的结论.学生在自主探究过程中既体会到了物理学习的乐趣；又自主建构物理规律，培养了思维能力和探究能力；还增强了创新意识，培养实事求是的科学态度.

4 教学设计中生活化策略增强学生责任感

4.1 教材分析

教材中水翼船的应用展现了现代科技的力量，但离学生生活实际较远，因此有必要增加与学生生活紧密联系的实际应用，培养学生把物理知识应用于社会的意识，培养学生解决问题的能力，增强社会责任感.于是可从生活中比较常见的H型过街通道着手，让学生设计自然通风装置模拟实验，以增强学生学习物理的积极性与主动性，体现从物理走向社会.

4.2 教材二次开发与教学设计

北京随处可见H型过街通道，但中间过道缺乏通风系统，如何让中间过道自然通风，并且能绿色环保呢？让学生在课堂上设计方案解决此问题.学生想到了设计如图5所示的自然通风装置，在右侧通道设置凸面墙（两侧均可）.

图5 过街通道自然通风装置

那么如何检验学生的猜想和设计呢？通过模拟实验来验证.

用3个相同的纸盒制成一个H型模拟过街通道，在过道墙壁上增设透明薄膜观察窗并密封，再在过道中间位置架设粉色轻纸带，透过观察窗可观察纸带的飘动方向.并且可通过纸带飘动情况判断风向.若纸带左侧下垂，右侧向上飘起，表明过道中形成了向右的风，从而形成自然通风；若纸带右侧下垂，左侧向上飘起，表明过道中形成了向左的风，从而形成自然通风；若纸带向两侧下垂的幅度基本一致，表明过道中没有形成自然风.

当通道中没有增设凸面墙，两个相同的鼓风机同时工作模拟自然风时，中间的纸带向两侧下垂的幅度基本一致，如图6所示，表明没有形成吹向一侧的风.当在右侧通道增设凸面墙时，过道中间的纸带左侧下垂，右侧向上飘起，表明中间过道自然形成向右侧的风，如图7所示.这是由于右侧通道增设凸面墙后，右侧通道空气流速变大，从而使得右侧压强减小，从而实现向右吹的自然风，所以纸带向右飘起.

图6 过街通道自然通风装置

图7 过街通道自然通风装置

此实验源于生活，创设了真实的学习情境，引导学生发现生活中的物理问题，很好地启发了学生把所学物理知识运用于生活实际，并解决实际问题，激发了学生的学习兴趣和社会责任感.体现从物理走向社会，让学生体会把知识转化成技术的力量，利于学生形成物理观念，培养学生的社会责任感.同时此实验取材简单，易制作，可探究性很强，凸墙的形状、通风口的形状，都对通风能力有较大影响，还可引导学生进行研究性学习，利于培养学生核心素养.