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【摘 要】本文以“自由落体运动”的教学为例，以发展学生的物理核心素养为出发点，探讨如何在教学各个环节落实对学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等的培养，落实立德树人的根本任务。
【关键词】物理核心素养;教学设计;自由落体运动
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2021）22-0072-02
2019年6月23日，中共中央国务院《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》指出，要坚持立德树人，着力培养担当民族复兴大任的时代新人。还强调要强化课堂主阵地作用，切实提高课堂教学质量，其中包括优化教学方式[1]。
《普通高中物理课程标准（2017年版）》中对学科核心素养的界定为：“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确理念、必备品格和关键能力。”物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。要想更好地落实“立德树人”的根本任务，就要做好物理课堂教学的优化转型。由“以知识为线索”转为以物理“核心素养为导向”来开展教学，将物理核心素养的四个方面，自始至终贯穿在教学活动中，使物理教学过程成为学生核心素养的形成过程。本文以“自由落体运动”教学为例，探究如何优化教学过程，落实核心素养的培养工作。
1 使学生形成正确的物理观念
“物理观念”包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等。“自由落体运动”教学设计如下：
环节一：由生活经验引出落体问题
教师演示实验：光盘比纸重，教师将光盘和纸水平放置，从同一高度，同时释放，光盘先落地。（符合学生的预想）
学生回顾生活现象：苹果和树叶从同一高度同时下落，苹果先落地。
学生设计实验方案探究：“是不是重的物体一定比轻的物体下落得快？”
方案一：光盘和团起的纸下落情况比较。
方案二：两张一样的纸，一张水平释放，一张竖直释放，比较下落情况。
环节二：引导学生分析伽利略逻辑推理
教师创设问题情境：假设“重的物体下落得快”是正确的话，把光盘和纸连在一起，请学生思考“整体下落的快慢程度与原来光盘单独下落情况进行比较，会怎样”。
学生甲：下落过程中，纸会拖后腿，那么光盘和纸下落的速度比只有光盘下落时要慢。
学生乙：光盘和纸合起来，比光盘还要重，因此下落更快。
教师点评：同一假设下，得到两个相互矛盾的结果。这就是伽利略从逻辑推理的角度对亚里士多德的观点提出的质疑，说明重的物体下落不一定快。
环节三：实验验证得结论
学生猜想：空气阻力是物体下落快慢的影响因素。
验证猜想：
视频1：“加油向未来”栏目中真空管内释放羽毛与重球的实验视频。
演示实验：牛顿管实验，对比空气和真空两种情况，羽毛和铁片的下落情况。
视频2：阿波罗号宇航员在月球上做的落体实验。
师生总结：物体只在重力作用下从静止开始的运动叫做自由落体运动。
设计意图：把逻辑推理与实验相结合，得出自由落体运动的特点并建立相关物理观念。
2 提升学生科学思维能力
科学思维是人们对客观事物进行分析、推理，从而概括、总结出事物的本质及内在规律的思维。
2.1 构建物理模型的能力
如果在有空气的空间里，空气阻力的影响很小，物体的下落也可以看做自由落体运动。如金属片的下落可以看做自由落体运动，羽毛就不行。在教学中，教师要向学生渗透物理研究需抓主要矛盾，忽略次要矛盾这一重要思想。
2.2 融合传统与现代技术手段
步骤一：学生分组完成教科书上的实验，研究自由落体运动是否为匀加速直线运动，测量相关数据并动手绘画v-t图像。
步骤二：教师用计算机Excel表格做数据处理，得到v-t图像成一条倾斜的直线，与学生手绘的v-t图像做对比，相互验证，得出斜率是9.84。即当地重力加速度为9.84 m/s2（如图1）。
步骤三：教师使用手机中的“加速度传感器”软件，让手机做自由落体运动（将手机水平放置举过头顶由静止释放，掉到提前准备好的、平铺在桌面上的厚海绵上，以防止手机摔坏），估测出当地重力加速度为9.84 m/s2（如图2），与前面测得的数值作对比，几乎相等，达到了相互验证的效果。再拿住手机，让手机沿其他方向运动，观察“加速度传感器”图像的变化。
设计意图：每个步骤环环相扣，让学生通过教学过程感受先进的科学技术，加强学生对加速度大小的感性认识;同时使用常用的工具做物理实验，加强学生联系实际的意识，培养学生的科学思维。
2.3 设置开放性问题
思考：为什么地球表面不同地方的重力加速度大小一般不同？
要求学生课后查阅资料，了解相关内容，将知识由课上延伸到课下。
3 科学探究的设计
科学探究是探究者通过自身主动参与，发现、解决问题的过程。科学探究应该体现在整个学习过程中。本节课在科学探究方面的环节如下：
实验探究1：物体的质量是影响下落快慢的因素吗？
猜想：空气阻力是物体下落快慢的影响因素。
实验探究2：用真空管做实验，播放宇航员在月球做实验的视频。
猜想与假设：自由落体运动是匀变速直线运动。
实验探究3：学生分组完成教材上的实验，并进行数据处理，分析、总结规律。
在每一个环节的讲解中，教师都要以问题为导向，向学生渗透科学探究的意识，培养其逻辑思维能力。
4 态度与责任的渗透
在科学研究中，严谨认真、实事求是、持之以恒的科学态度非常重要。如伽利略采用逻辑推理的方式推翻了亚里士多德的观点，既是批判精神的彰显，同时也是实事求是精神的体现。在研究自由落体运动性质的实验过程中，实验数据的采集和处理也是培养学生严谨认真、实事求是态度的过程。
5 加强学生实践意识的培养
在学以致用环节，创设如下情境，天津科技馆（如图3）不包括球形建筑大约有5层楼高，一个苹果从楼顶做自由落体运动，问：①下落的时间？②落地的速度是多少？与汽车60 km/h行駛速度比较，哪个大？
设计意图：将物理知识与生活实际相结合，有利于增强学生对物理学科的亲切感，培养其运用物理知识解决实际问题的能力。同时，通过体会落地速度的大小，教育学生不要高空抛物，增强学生的安全意识。
物理核心素养的四个方面并不是孤立存在的，而是相互联系、相互融合。笔者希望通过以“自由落体运动”的教学设计为例，在创设情境、问题引领、实验探究、融合现代科技等方面进行创新，以促进学生物理学科核心素养的发展。
【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[S].北京：人民教育出版社，2017.
【作者简介】
潘明月（1981～），女，满族，河北承德人，本科，中教一级。研究方向：高中物理教学。
【关键词】物理核心素养;教学设计;自由落体运动
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2021）22-0072-02
2019年6月23日，中共中央国务院《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》指出，要坚持立德树人，着力培养担当民族复兴大任的时代新人。还强调要强化课堂主阵地作用，切实提高课堂教学质量，其中包括优化教学方式[1]。
《普通高中物理课程标准（2017年版）》中对学科核心素养的界定为：“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确理念、必备品格和关键能力。”物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。要想更好地落实“立德树人”的根本任务，就要做好物理课堂教学的优化转型。由“以知识为线索”转为以物理“核心素养为导向”来开展教学，将物理核心素养的四个方面，自始至终贯穿在教学活动中，使物理教学过程成为学生核心素养的形成过程。本文以“自由落体运动”教学为例，探究如何优化教学过程，落实核心素养的培养工作。
1 使学生形成正确的物理观念
“物理观念”包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等。“自由落体运动”教学设计如下：
环节一：由生活经验引出落体问题
教师演示实验：光盘比纸重，教师将光盘和纸水平放置，从同一高度，同时释放，光盘先落地。（符合学生的预想）
学生回顾生活现象：苹果和树叶从同一高度同时下落，苹果先落地。
学生设计实验方案探究：“是不是重的物体一定比轻的物体下落得快？”
方案一：光盘和团起的纸下落情况比较。
方案二：两张一样的纸，一张水平释放，一张竖直释放，比较下落情况。
环节二：引导学生分析伽利略逻辑推理
教师创设问题情境：假设“重的物体下落得快”是正确的话，把光盘和纸连在一起，请学生思考“整体下落的快慢程度与原来光盘单独下落情况进行比较，会怎样”。
学生甲：下落过程中，纸会拖后腿，那么光盘和纸下落的速度比只有光盘下落时要慢。
学生乙：光盘和纸合起来，比光盘还要重，因此下落更快。
教师点评：同一假设下，得到两个相互矛盾的结果。这就是伽利略从逻辑推理的角度对亚里士多德的观点提出的质疑，说明重的物体下落不一定快。
环节三：实验验证得结论
学生猜想：空气阻力是物体下落快慢的影响因素。
验证猜想：
视频1：“加油向未来”栏目中真空管内释放羽毛与重球的实验视频。
演示实验：牛顿管实验，对比空气和真空两种情况，羽毛和铁片的下落情况。
视频2：阿波罗号宇航员在月球上做的落体实验。
师生总结：物体只在重力作用下从静止开始的运动叫做自由落体运动。
设计意图：把逻辑推理与实验相结合，得出自由落体运动的特点并建立相关物理观念。
2 提升学生科学思维能力
科学思维是人们对客观事物进行分析、推理，从而概括、总结出事物的本质及内在规律的思维。
2.1 构建物理模型的能力
如果在有空气的空间里，空气阻力的影响很小，物体的下落也可以看做自由落体运动。如金属片的下落可以看做自由落体运动，羽毛就不行。在教学中，教师要向学生渗透物理研究需抓主要矛盾，忽略次要矛盾这一重要思想。
2.2 融合传统与现代技术手段
步骤一：学生分组完成教科书上的实验，研究自由落体运动是否为匀加速直线运动，测量相关数据并动手绘画v-t图像。
步骤二：教师用计算机Excel表格做数据处理，得到v-t图像成一条倾斜的直线，与学生手绘的v-t图像做对比，相互验证，得出斜率是9.84。即当地重力加速度为9.84 m/s2（如图1）。
步骤三：教师使用手机中的“加速度传感器”软件，让手机做自由落体运动（将手机水平放置举过头顶由静止释放，掉到提前准备好的、平铺在桌面上的厚海绵上，以防止手机摔坏），估测出当地重力加速度为9.84 m/s2（如图2），与前面测得的数值作对比，几乎相等，达到了相互验证的效果。再拿住手机，让手机沿其他方向运动，观察“加速度传感器”图像的变化。
设计意图：每个步骤环环相扣，让学生通过教学过程感受先进的科学技术，加强学生对加速度大小的感性认识;同时使用常用的工具做物理实验，加强学生联系实际的意识，培养学生的科学思维。
2.3 设置开放性问题
思考：为什么地球表面不同地方的重力加速度大小一般不同？
要求学生课后查阅资料，了解相关内容，将知识由课上延伸到课下。
3 科学探究的设计
科学探究是探究者通过自身主动参与，发现、解决问题的过程。科学探究应该体现在整个学习过程中。本节课在科学探究方面的环节如下：
实验探究1：物体的质量是影响下落快慢的因素吗？
猜想：空气阻力是物体下落快慢的影响因素。
实验探究2：用真空管做实验，播放宇航员在月球做实验的视频。
猜想与假设：自由落体运动是匀变速直线运动。
实验探究3：学生分组完成教材上的实验，并进行数据处理，分析、总结规律。
在每一个环节的讲解中，教师都要以问题为导向，向学生渗透科学探究的意识，培养其逻辑思维能力。
4 态度与责任的渗透
在科学研究中，严谨认真、实事求是、持之以恒的科学态度非常重要。如伽利略采用逻辑推理的方式推翻了亚里士多德的观点，既是批判精神的彰显，同时也是实事求是精神的体现。在研究自由落体运动性质的实验过程中，实验数据的采集和处理也是培养学生严谨认真、实事求是态度的过程。
5 加强学生实践意识的培养
在学以致用环节，创设如下情境，天津科技馆（如图3）不包括球形建筑大约有5层楼高，一个苹果从楼顶做自由落体运动，问：①下落的时间？②落地的速度是多少？与汽车60 km/h行駛速度比较，哪个大？
设计意图：将物理知识与生活实际相结合，有利于增强学生对物理学科的亲切感，培养其运用物理知识解决实际问题的能力。同时，通过体会落地速度的大小，教育学生不要高空抛物，增强学生的安全意识。
物理核心素养的四个方面并不是孤立存在的，而是相互联系、相互融合。笔者希望通过以“自由落体运动”的教学设计为例，在创设情境、问题引领、实验探究、融合现代科技等方面进行创新，以促进学生物理学科核心素养的发展。
【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[S].北京：人民教育出版社，2017.
【作者简介】
潘明月（1981～），女，满族，河北承德人，本科，中教一级。研究方向：高中物理教学。