提升核心素养的规律课教学设计——以《牛顿第一定律》为例

提升核心素养的规律课教学设计——以《牛顿第一定律》为例

赵艺涵,庞礼军

（贵州师范大学物理与电子科学学院，贵州 贵阳 550025）

摘要：以人教版高中物理《牛顿第一定律》为例进行教学设计，阐述如何在规律课教学中，提升学生的物理核心素养——利用多种策略（质疑、类比、推理）发展科学思维，利用实验提升科学探究能力，重视物理学史培养学生的科学态度与责任，在课堂中有效地融入物理观念的教学。

关键词：物理；核心素养；教学设计；牛顿第一定律

1.引言

在2017年颁布的《普通高中物理课程标准（2017版）》中，将核心素养凝练为物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任4个方面，明确学生学习物理课程后应该达成的关键能力与必备品格【1】。2022年颁布的《义务教育课程标准（2022版）》更是进一步规定，义务教育物理课程是要以“提升全体学生核心素养为宗旨” 【2】。显然，在物理教学中，要将这4个方面渗透进课堂，让学生逐步获得全面发展。

2.教材分析

《牛顿第一定律》是人教版高中物理必修第一册第四章第一节的内容。教材是以经典力学创建的过程为线索来串联内容，首先从亚里士多德的观点出发，引出伽利略利用“理想斜面实验”成功反驳，接着笛卡尔对其进行补充，最后引入牛顿第一定律的内容，阐述了力与运动的关系，并在此基础上引入惯性的概念，讨论了决定惯性大小的主要因素。教材把重点放在伽利略研究运动和力的关系的思想方法及卓越贡献、牛顿第一定律以及惯性与质量的关系上。但是，单从教材上学生可能无法真正理解牛顿第一定律被称作“惯性定律”的原因，牛顿第一定律的内因正是因为物体具有惯性，大多数学生可能在理解其真正内涵上存在一定的困难。

3.教学目标

   物理观念：理解牛顿第一定律的内涵；

科学思维：通过理想斜面实验学习，体会把实际问题理想化

科学探究：通过类比，自主设计实验，培养科学探究能力

科学态度与责任：通过学习物理学史，体会经典力学建立过程的艰辛；培养学生敢于质疑、追求真理的科学态度。

4.教学过程

4.1 创设认知冲突，引入课堂

教师通过简单的推笔游戏，手给笔一个推力，笔开始运动。让学生从其中归纳出学生认为力与运动之间的关系。并在此时呈现出亚里士多德的观点：必须有力作用在物体上，物体才能运动。但是，真是这样吗？教师将笔的笔帽取下来，用力推笔，发现笔仍能运动一段时间。教师此时再提问，放手后的笔有没有受力的作用？学生统一回答“没有”，追问“为什么笔还在继续运动呢？”，让学生陷入思考。

 设计意图：在生活中常见的场景可以建立学生的感性认识，当学生总结出“力是维持物体运动的原因”时，引入亚里士多德的观点，不仅可以引出物理学史，而且能让学生认为之前的观点是正确的，从而引发学生认知冲突，怀疑自己，并进行进一步论证。

4.2 巧用类比，帮助学生学习迁移

进行到实验教学时，因为现实生活中极少存在完全没有摩擦力的情况，所以直接利用实验去验证显然有些困难。教师可以引导学生类比伽利略对自由落体运动的研究，当时因为时间的测量工具十分不准确，他是研究斜面上小球的运动，不断增大倾角，推理出垂直的情况，此时就是用了实验与推理相结合的办法。学生通过类比，也可以设计出实验方案，如：可以先研究有阻力时的运动，然后再不断减小它的阻力，结合其运动趋势的情况进行归纳推理。

设计意图：通过类比学生之前学习过自由落体的研究，伽利略也是采用实验和逻辑推理相结合的方法，那面对这种理想情况，也可以用这种思路来设计实验。在这个过程中培养学生根据猜想设计实验方案的科学探究能力，并且串联起之前的知识，进而达到学习的迁移。

4.3 大胆假设，培养学生科学推理

利用伽利略理想斜面做演示实验，实验现象应是明显的，从斜面同一高度静止释放，发现小球总是想要冲上另一个斜面的相同高度。将另一个斜面的倾角调低，发现小球仍想运动到同一高度。教师引导学生对比两次释放，小球的运动距离变化，学生明显发现第二次运动距离长。

试想：如果，现在将另一斜面做得无限长，倾角调至水平呢？小球又会有怎样的运动情况？学生大胆猜测，小球还会想要找到相同高度，然后一直运动下去，进而推理出力与运动的关系。

设计意图：在实验的基础上进行科学推理，科学推理是培养科学思维的核心手段。让学生大胆猜测一种极端情况，联系之前的现象推理出物体不受力时的运动情况，并体会到物理学习是具有创造性的学习过程，体会过程中的思维之妙。

4.4 联系生活，培养学生科学探究

教授惯性概念时，要注意学生已经接触过并在初中学习过初步的惯性知识，有些学生大脑中下意识认为，只有固体才有惯性，而忽视液体和气体。教师在教授这个概念时，可以利用大量的生活实例。如可以利用有色饮料与饮料瓶做小实验，让学生感受液体的惯性、隔一段距离吹灭蜡烛感受气体的惯性等。由此学生可以通过观察小实验的现象，学习液、气的惯性。以及在确定质量与惯性关系时，可以先用小游戏的形式让学生猜测。比如教师请两位同学进行游戏，并说明游戏规则。提出问题：被撞之后哪位同学更能维持之前的运动状态？猜测惯性的决定因素是什么。

设计意图：利用身边随处可见的器材做小实验，直观地看到液体具有惯性的性质，激发学生兴趣。以及用游戏的形式，不仅可以让学生直观看到质量是如何决定惯性的大小的，还能增添学生在课堂中的参与感，激发学生兴趣。

4.5 解决关键问题，培养科学论证

当惯性知识教授完毕，教师可以用经典的关键问题来检测学生是否仍有前概念，是否正确理解牛顿第一定律和惯性的内涵。比如，假设学生在匀速行驶的火车车厢竖直向上抛钥匙，让学生判断钥匙会落在哪里（落回手中、在头之后），并说出理由。如果学生都反应过来是落在手中，因为钥匙具有惯性，所以钥匙也做匀速直线运动且与火车速度相同，那说明学生已经掌握了。

设计意图：将惯性定律应用到实际的物体情境中，体会物理与生活的密切联系，并在应用中巩固知识，培养学生的科学论证能力

4.6 梳理学史，培养科学态度

教师在课堂总结时带领学生总结这节课的暗线：物理学史，从亚里士多德“观念的提出”，到伽利略“质疑——问题破解”，再到笛卡尔的补充，牛顿最终“归纳总结”，并在这个过程中提问学生如何评价亚里士多德、伽利略、牛顿。在评价亚里士多德时，教师要注意，亚里士多德的一些错误观点是时代与制度的产物，不能一味将其看成阻碍科学进步的代表，而要辩证地、正确地评价。

设计意图：通过总结物理学史，让学生感受经典力学构建过程的艰辛，以及教给学生用辩证的眼光正确评价亚里士多德，弘扬敢于质疑、追求真理的科学态度。

5．总结

 为了有效提升学生核心素养，将这节课设计为实验与问题相结合，学生需要用实验去论证自己的想法，并在此过程中经历类比、推理的思维过程；惯性的知识则是通过游戏与小实验的方式进行，并通过关键问题检测学生掌握情况，最后总结，一道梳理物理学史并引导学生正确评价科学家。在此过程中充分发挥教师主导作用，学生的主体作用，将生活与知识联系起来，促进学生主动学习，构建物理观念，发展科学思维，提升科学探究，培养其科学态度与责任。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）［S］.北京:人民教育出版社,2018.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［S］.北京:北京师范大学出版社,2022.