巧借生活实例落实物理学科核心素养——以“牛顿第三定律”教学为例

张慧 上海市奉贤区景秀高级中学

一、引言

《普通高中物理课程标准》（以下简称《新课标》）提出应通过增加联系生活，创设生动活泼的课堂氛围，激发学生的学习热情；生产生活中具有很多能生成有价值的科学探究问题的情境；应把物理课程中所形成的物理观念和科学思维用于分析、解决生产生活中的问题，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，促进物理学科核心素养的形成，体会科技进步对人类生活和社会发展的影响。可见，在平时的物理教学中要十分重视生活实例的引入，通过对生活实例的观察分析，引导学生能自主提出并准确表述出可以探究的物理问题，并作出科学性的假设；能将实际问题中的对象以及过程转化成物理模型，制定出科学探究方案，形成合理的结论；从而能对生活中的物理问题进行分析和作出解释；最终，逐渐形成探索自然的内在动力，增强责任感和使命感。本文以“牛顿第三定律”教学为例，探讨如何巧妙地借用生活实例，从“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面落实物理学科核心素养。

二、基于核心素养确定教学目标

《新课标》对本节内容的要求为“理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题”，按照核心素养的四个方面确定教学目标如下：

物理观念：利用课堂上的情境，创设“左手拍右手”“坐在凳子上”“手推桌子”小实验，让学生亲身体验感受力的相互作用性，并引导学生分析这些现象背后有什么规律，从而逐步形成运动与相互作用观。

科学思维：构建出作用力和反作用力的概念以及牛顿第三定律的内容后，学生进一步解释生活相关现象“大人和小孩掰手腕”“马拉车”“苹果落地”中物体间相互作用力的关系，在这些思维碰撞的基础上，学生就清楚地理解了牛顿第三定律在生活中的一些应用，如“为什么人在划船时，桨向后推水，水就向前推桨”“为什么人在走路时，脚向后蹬地，人就可以向前”等，做出科学的解释。

科学探究：通过学生的亲身感受，引导学生猜测相互作用力的关系，引导学生学习构建模型，运用实验来验证。实验器材主要包括弹簧测力计、力传感器。随后学生分组合作，从设计实验方案、采集数据、分析总结，最终探究得到作用力和反作用力的关系。

科学态度与责任：通过合作探究，感受物理规律是在理论和实验的基础上形成的，感受科学实验需要严谨的科学态度。课堂现场制作气球火箭，演示火箭升空情境，进一步帮助学生理解火箭升空的原理，结合我国火箭事业的发展历程，激发爱国情怀，感悟新时代中国实力的新发展、新进程，培养科学责任。

三、基于生活实例创设教学设计

（一）分析生活现象，培养相互作用观念

情境1 如图1，播放神舟十三号载人飞船发射视频，观察火箭升空现象。

图1 火箭发射

问题1 火箭点火后有什么现象？火箭为什么能升空？驱动火箭升空的力从何而来？

设计意图 通过“火箭升空”引入课题，激起学生强烈的民族自豪感的同时，学生可以直观地看到火箭向下喷气，火箭就向上运动了。从这个例子可以进一步理解力是物体对物体的作用，以问题引入，启发学生思考。

情境2 利用课堂上的情境，创设“左手拍右手”“坐在凳子上”“手推桌子”小实验，从而引出作用力和反作用力的概念。

问题2 以上情境中物体之间发生了怎样的作用？那这种作用有怎样的关系呢？

【学生】各抒己见分析表达自己的想法，猜测作用力与反作用力的关系。

问题3 如图2，观察视频中的现象，再思考“大人和小孩掰手腕，大人把小孩扳倒，是因为大人的力比小孩大吗？”“马拉车，车前进，是因为马拉车的力大于车拉马的力吗？”“苹果落向地球，是因为地球吸引苹果的力大于苹果吸引地球的力吗？”既然物体间力的作用是相互的，那作用力和反作用力的大小到底相不相等呢？

图2 生活中的相互作用力

设计意图 通过营造冲突，让学生敢于质疑，激发学生的求知欲望。此外，物理概念的建立需要创设情境，可以化抽象为具体，在学习物理概念之前，学生基于生活经验形成了大量的经验性常识，要在此基础上建构运动与相互作用观念，必须对所观察的现象重新加工，提取事物的本质特征，完成从经验性常识向物理概念的转变。

（二）转化生活模型，制定科学探究方案

情境3 那马拉车的力和车拉马的力到底相不相等呢？请同学们对该问题的可能答案做出假设，接下来就是将马拉车化成物理模型，制定实验探究方案，本实验选择弹簧测力计等器材进行实验。学生分工合作进行弹簧测力计对拉实验以及力传感器学生演示实验。从而获取真实数据，最终揭示物理规律。

问题4 实验中作用力和反作用力分别是哪两个力？两个对拉的器材位置有什么要求？实验时如何观察记录两个力的大小？

【学生】进行实验探究，思考交流。

设计意图 如图3，传统的弹簧测力计对拉实验，学生可以直观地感受到弹簧测力计弹簧的形变，看到力的作用效果。但是，弹簧测力计有量程较小，误差较大以及示数变化显示不够直观的缺点。因此，可以利用现代信息技术，得到作用力和反作用力变化的图像，如图4，通过镜像翻转、图像变化等图像信息，可以很直观地分析得到作用力和反作用力等大、反向、共线、同时性和异体性的特点。从而学生可以基于证据，通过交流讨论得出结论，培养学生的科学探究能力。

图3 弹簧测力计

图4 力传感器

科学探究主要包括问题、证据、解释和交流等要素。物理规律的探究，首先要结合真实情境提出物理问题，并对该问题的可能答案做出假设，接下来就是将生活实例转化成物理模型，并根据该生活情境制定实验探究方案，合理选择实验器材进行实验，获取真实数据并作出解释，通过交流反思等最终得到物理规律。

（三）辨析生活情境，培养科学思维能力

问题5 早在300多年前牛顿就发现了作用力和反作用力的规律，并总结为牛顿第三定律。既然一对相互作用力大小是相等的，那为什么还会出现图2 中的现象（大人和小孩掰手腕，大人会把小孩扳倒）？

问题6 牛顿第三定律在日常生活中有很多应用，如“直升机起飞”“人用桨划船”“人走路”等，请同学们解释原因，并举出牛顿第三定律在生活中的其他应用。

问题7 如图5，足球静止在地面上，画出足球与地面之间的相互作用力。同时问学生以上情境中有几对相互作用力和几对平衡力，并从大小、方向、共线、性质、作用时间和作用对象六个方面辨析一对相互作用力和一对平衡力的异同点。

图5 足球静止在地面上

游戏练习 如图6，运用信息技术，比如使用希沃白板制作PPT课件，设置游戏练习辨析一对相互作用力和一对平衡力的区别。

图6 辨析一对相互作用力和一对平衡力的区别

设计意图 围绕生活实例，以问题链的形式，逐层递进，巩固作用力与反作用力的概念；再运用所形成的物理观念和科学思维分析、解决生产生活中的问题，在解决问题中进一步提高探究能力，逐渐形成探索自然的内在动力。

《新课标》指出，提高物理教学水平，发展学生物理学科核心素养，离不开信息技术与物理学习的融合。物理教学中可以利用信息技术的辅助手段，让学生比较直观便捷地进行相关实验，比如利用video physics软件，学生在家就可以探究平抛运动的规律，也可以利用信息技术增加课堂的趣味性，比如游戏练习，可以极大地调动学生的积极性，使学生参与度更高，思想更集中。

（四）解决生活问题，根深科学态度责任

情境4 回到引入环节火箭升空问题，分析火箭驱动的原理。在分析之前，课堂上制作火箭气球，具体制作步骤是：首先将一根吸管穿过细线，然后将吹满气的气球黏贴在吸管外壁，并用手捏住气球口，再将细线拉直分别固定两端，最后从绳子一端释放捏住气球的手，以细线为火箭发射轨道，气球就发射出去了。

设计意图 通过火箭气球，学生可以直观地感受到气球向后喷气，气球就向前运动了，这时再请学生回答火箭驱动的原理，学生就可以很容易地说出原理：在火箭发射的过程中，大量气体从火箭后端高速喷出，火箭对气体有向下的作用，同时气体助推火箭向上运动。此外，以细绳模拟火箭的发射轨道，让学生感知到，火箭也是沿着一定轨道发射运行的，而且精度要求高，技术难度大。

说到火箭，不得不提我国自行研制的长征号系列运载火箭。长征系列运载火箭是我国载人航天工程、探月工程、北斗卫星导航系统、中国空间站、火星探测等航天项目实现的载体，是人类探索浩瀚宇宙的运载工具。通过回顾我国火箭发展的历史，感知我国科技的力量，感受科学家严谨认真的科学态度，树立责任感和使命感。

物理教学中要善于巧妙地选用多种生活实例，厘清物理教学的逻辑脉络，而熟悉的生活情景就可以帮助学生很好地理解抽象的物理知识，形成物理观念；通过观察生活现象，深入思考，提炼物理问题，再通过严谨的科学实验进行科学探究得到物理规律；进而能学以致用，运用物理规律，科学性地解释、创造性地解决生活中的问题，培养学生实事求是的科学态度和社会责任感。