核心素养导向下的高中物理课堂教学实践
核心素养导向下的高中物理课堂教学实践
------以《超重和失重》一课为例
章 强 江苏省南菁高级中学
庞惠华 江苏省江阴高级中学
摘要：高中物理教学不仅需要帮助学生建立物理知识体系和提升物理解题能力，更应注重提升学生物理的核心素养。而课堂教学则是完成这一课程目标的最主要阵地。在高中物理课堂教学设计中，教师应该不断渗透正确的物理观念、培养严谨的科学思维、提升实验探究能力、强化科学态度和责任意识。本课例设计基于核心素养的基本准则，通过解读教材、创设情境、自主设计和对比留疑来达成本节课的教学目标。
关键词：核心素养 课堂教学 超重 失重
随着新课程改革的深入，高中物理课程目标和体系都逐步发生了变化。课程体系从以物理学科知识为中心向提高学生终生学习能力的核心素养为主体转变。因此核心素养成为了高中物理课程教学的新目标。而在课堂教学中不断渗透核心素养的培养是教师帮助学生实现终生发展、全面发展的最佳途径。本文以人教版高中物理必修1教材中第四章第7节《超重和失重》一节为例，就如何在课堂教学中提升学生的物理核心素养进行探索。
1．解读教材，在物理观念的建立过程中渗透核心素养
从教材的角度来看，无论是知识体现形式还是课时安排上，《超重和失重》这节课在新旧教材中有着很大的改变。在知识体现形式上，旧教材是以知识内容呈现；而新教材则以例题的形式呈现。这反映了新教材的新的基本知识观，揭示了超重和失重本质上还是取源于牛顿运动定律。在本节课时的处理上，这部分内容在旧教材中是独立的一节，而在新教材中是作为第七节《牛顿运动定律应用（二）》的第二部分呈现的。笔者结合教学实际情况，在本节课的设计过程仍然把超重和失重作为独立的一节来设计。当然也体现了新课程所倡导的用教材教而不是教教材的教材观。
从知识角度来看，本节课涉及的物理概念有“视重”、“实重”、“超重”、“失重”。这些概念是属于易与日常生活用语混淆，易错概念。而物理核心素养第一点就是帮助学生建立物理观念，从物理学视角形成关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，并达到物理概念在头脑中的提炼和升华。为了让学生能够尽快的接受这些概念并加以理解，笔者设计了如下互动过程。
师：请利用桌上的实验器材，测出重锤的重力，展示你的设计。
生：用弹簧测力计竖直吊起重锤，静止时弹簧测力计的读数就是重锤的重力。
师：测量时利用物理原理是什么？
生：二力平衡，牛顿第三定律。
师：重锤的重力就是实重。那么请问重锤的重力与什么因素又关？
生：重力由物体的质量、当地的重力加速度决定。
师：在实验室中我们可以认为重锤的重力是定值，视重是测量工具的读数，即物体对悬挂物的拉力或者对支持好物的压力大小。那么在静止或者匀速运动时视重等于实重，在竖直方向加速运动或者减速运动时，视重和实重是什么关系呢？请大家分组体验，然后小组展示你观察的现象。
生：在加速和减速运动中视重有时大于实重，有时小于实重。
师：视重大于实重的现象就叫超重，而视重小于实重的现象就叫失重。
至此，本课的基本概念“视重”、“实重”、“超重”、“失重”就通过学生的体验和教师的引导全部得出了。
学生在体验中建立物理概念，能进一步深化对概念的理解，从而达到能够从物理学视角去重新审视身边的实例的效果。比如学生在本课中能认识到视重是测量工具的读数，而读数出现的原因是因为测量工具和测量物体之间的相互作用（此时加深对牛顿第三定律的理解）。教师在课堂中能经常使用此类引导思路，对学生对物理现象分析和概念建立有一定的帮助，也为进一步培养学生严谨的科学思维，提升核心素养做好铺垫。
2．创设情景，在物理思维的培养过程中体会核心素养
物理是“万物之理”。在一个又一个物理现象、物理情景出现的时候，物理学在通过它们无声的展示它们辨证又统一的科学原理。但是很多物理知识对我们的学生而言却是陌生的，理解困难的。那么，巧妙利用物理情景对激发学生学习动力和创造力有很大的帮助。
2.1简化模型，亲身体验
《超重和失重》这一节课，教材以人在升降机中的真实物理情况为例，向学生示范了如何利用牛顿运动定律，去分析人对升降机地板的压力变化情况。通过这一物理情况使学生了解超重和失重，掌握超重和失重的条件。但是教师在课堂实际教学中不可能将这一真实物理情况真正展现给学生。所以本课例在设计中将“升降机中台秤体重”模型转化为“弹簧测力计测测钩码重力”，将生活中的事例搬进实验室。设计方案将研究对象“人”改变成“重锤”，用“弹簧测力计”替代“台秤”，从分析人对升降机中台秤的压力变成分析重锤对弹簧测力计的拉力。学生经历了类似于课本设计又可以在课堂中亲身体验的物理情景，印象深刻，强化了物理模型。
2.2创新操作，可视度高
核心素养对科学思维的要求主要包括：模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。本课例中充分利用实验室已有实验器材，进行器材筛选和操作改进，将模型简化，提高了可视度，将学生的积极主动性发挥出来。
3．自主设计，在物理实验的探究过程中提升核心素养
物理实验作为物理教学中的重要的一个环节，在提升学生动手能力，发展其思维能力，提高其创新能力等方面都有很重要的帮助。通过物理实验，学生的核心素养能够得到全面提升。
在本课例中，通过以下的课堂设计，笔者希望学生能通过自身活动对超重和失重现象有深刻的印象，同时对其本质有深刻地认识。
设计学生活动的起因：学生用弹簧测力计观察重锤在跟随人下蹲的过程能够回答出视重是先减小后变大再变小，但是这只是粗测。能否精确的得到视重随时间的变化关系？借助朗威DISLAB力传感器可以让学生更直观、精确地看到视重的变化。
活动设计如下：
学生活动：
师：在下蹲的过程中，弹簧测力计的示数是如何变化的？
生：在下蹲的过程中弹簧测力计的示数是先变小后变大再变小的。
师：能更详细说说弹簧测力计示数的显示情况吗？
生：静止时弹簧测力计示数为3N，下蹲时先变的比3N小，后来变的比3N大，
师：有没有什么办法能定量的记录力的大小？
生：学生要使用力传感器。
师：下面有请两位同学来合作完成刚才的操作，我们看看通过传感器所得到在下蹲过程中视重随时间的变化。
学生实验，同时得到了下蹲时视重随时间变化的图象（如图2），接下来分析这个过程中的运动学和动力学的情况。
师：从运动学角度分析，在下蹲过程中的运动情况？
生：先向下加速，再向下减速。
师：写出向下加速和向下减速过程中的牛顿第二定律表达式。
生：向下加速时： QUOTE ，向下减速时： QUOTE 。
师：那么在起立的过程中，你能用所学知识推出运动过程和动力学关系式吗？
生：起立过程分为向上加速和向上减速两过程；向上加速过程： QUOTE 向上减速过程： QUOTE 。
图2 |
图3 |
师：我们再来用朗威DISLAB数字传感器验证一下。
学生实验，得到了起立时视重随时间变化的图象。（如图3）随后通过两个过程的分析让学生总结超重和失重的产生原因。
本课例的另一个知识点在于对完全失重现象的理解。笔者查阅资料，设计如下两个演示实验，来让学生体验完全失重状态物体的特征；呼应课堂导入视频；并通过对实验现象的解释，提高分析物理现象、提高透过物理现象看本质的能力。
图5 |
演示实验（2）矿泉水瓶底端侧部开一小孔，当矿泉水瓶静止时，水流在空中形成抛物线，当自由落体时矿泉水瓶和水都处于完全失重状态，让学生在矿泉水瓶边上等候却不会被水淋到。（如图5）
两个实验的取材都是生活中常见的物品，但是却能清晰展现出物理情景，强化学生对物理现象的记忆，同时能积极调动学生的积极性。“授之以鱼，不如授之以渔”。当真正的让学生感到我要去弄清楚这是怎么一回事时，教育也就真正达到了目的。学生的创造性和思维性等方面的核心素养怎能不在长期的潜移默化中提高呢？果然，随着学生的笑颜和课后反馈的作业情况，笔者认识到：在课堂教学中，如果能借助身边的器材，做一些让学生能积极参与，又很难忘的实验，一定能获得更好的教学效果。
核心素养中对物理实验探究的要求包括：提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。通过本课例实验的探究和体验，学生能从超重和失重的现象中，清楚的了解超重和失重的现象和深刻的体会它的动力学本质。在实验探究的过程穿插物理思维的培养也是本课例设计的目的之一，从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。
4．对比留疑，在科学态度和责任的形成过程中感悟核心素养
图6 |
物理核心素养包含四个方面的内容，分别是物理观念、物理思维、实验探究、科学态度和责任。本课例设计中，超重和失重的概念的建立渗透了对学生物理观念的培养；超重和失重的动力学特点的得出注重了物理思维的培养；在演示DISLAB数字化实验和分组实验中都强化了学生的实验探究的思想；在物理学现象的分析中让学生感悟科学态度和责任。中学物理教师不可能在一节课中就提升学生的所有素养，但如果能基于核心素养的导向去设计每一节课，高中学生的物理核心素养一定会有很大的提升。
作者简介：章强 中学一级教师 教育硕士 曾经获得第二届江苏省基础教育青年教师基本功大赛一等奖，无锡市青年教师基本功大赛一等奖，江阴市青年教师大比武一等奖等。曾经获得无锡市教学新秀、江阴市班主任工作能手、无锡市优秀班主任、江阴市优秀班主任、江阴市德育先进工作者、江阴市优秀共产党员等称号。
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