基于核心素养的教学设计——牛顿第一定律
摘要：以核心素养为目标，通过任务分解、情境创设和问题设计，将“牛顿第一定律”的素养目标落实在具体的学习活动中，并就思维引导、实验、教学活动方式提出了建议。
关键词：核心素养；教学设计；牛顿第一定律
物理核心素养是学生在接受教育的过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过学习内化的带有物理学科特性的品质。物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”4个方面构成，那么怎样的教学设计才能促进学生物理核心素养的提升？本人以沪科版“牛顿第一定律”教学为例，探索有效提升学生物理核心素养的教学设计。具体设计如下：
1任务分解
任务1：牛顿第一定律的发现过程。
任务2：理解牛顿第一定律。
任务3：惯性与质量的关系。
任务4：惯性的应用和防止。
2教学活动
任务1：牛顿第一定律的发现过程。
素材准备：视频1（用力推动粉笔盒，粉笔盒运动；撤去推力，粉笔盒停止运动），视频2（用脚踢足球，足球向前运动，最终球停止运动）。问题见表1所示。
表1
问题 | 问题指向的是素养目标 |
1.观看视频1和2。必须有力作用于物体上，物体才能运动，即力是维持物体运动的原因。怎么看待这个观点？ 2.演示伽利略的理想实验。理想实验在现实中能实现吗?是不是空想的实验? 3.理想实验是以哪些可靠的事实为基础?又经过了哪些合理的推理? 4.伽利略的结论没有体现小球的运动方向和保持静止的能力，应该如何完善？ 5.牛顿站在三位巨人的肩膀上得出牛顿第一定律的内容，如何评价这第一位巨人呢？ | 辨别结论真伪，利用现有知识解释生活现象。（科学思维） 重现历史情景，进行重演探究，让学生感受获取知识的推理过程；体会伽利略敢于质疑，坚持真理的科学态度与科学精神。（科学态度与责任）（科学探究） 通过斜面实验的演示和推理过程，体会理想实验(实验事实十逻辑推理)是科学研究的重要方法（科学思维）。 引出笛卡尔的观点，让学生理解知识的严谨性和完善性（物理观念） 正确评价亚里士多德（科学态度与责任） |
教学活动建议：
（1）对问题1，考虑到学生初中已接触过牛顿第一定理知识，可让学生直接回答。对问题2和问题3，经过实验演示，可让两个学生先回答，再经教师补充，PPT演示伽利略合理外推内容。对问题4，可以先让两个学生回答，其他学生补充，再由教师给出笛卡尔的观点。对于问题5，学生与老师集体互动，教师再直接评价。
（2）演示伽利略理想实验时，先进行演示1：用三个表面粗糙程度不同的小球，先后从同一斜面同一高度释放，观察小球运动的情况。现象是阻力越小，物体上升的高度越接近等高线。进行推理：如果是理想斜面，没有摩擦力，物体将上升到原来等高线的位置。再进行演示2：不断降低一斜面的倾斜角度，直至轨道水平，让小球先后从另一斜面同一高度释放，观察运动的距离。(让一名学生帮忙接球)。现象是运动的距离越来越远。进行推理：将斜面变为水平，如果没有摩擦力，物体将会永远运动下去。
通过自制斜面实验对比演示，给学生呈现丰富的实验事实，让学生体会古人的研究思路和科学推理过程，比观看演示实验，其自身体验更加深刻，从而激发学生研究科学的热情，此外更容易突破教学重点——认识伽利略研究运动和力关系的思想方法，了解理想实验的作用。
（3）正确评价亚里土多德时，可以教师评价：我们不应该把亚里士多德看成是阻碍科学进步的代表而进行批判，应该批判的是照搬亚里士多德的观点而墨守成规的人。同时演示伟人黑格尔、马克思、恩格斯等人对亚里士多德的评价，让学生学会用辩证的眼光正确评价亚里士多德，弘扬尊重事实的科学态度。
此外，教师也可以拓展，对于四位科学家，其实缺一不可，他们是一只跨越2000年的科学团队，团队的力量不可忽视，渗透团队合作意识。
任务2：理解牛顿第一定律。
素材准备：冰壶运动的比赛视频3。问题见表2所示。
表2
问题 | 问题指向的是素养目标 |
1. “一切”怎么理解？“总” 怎么理解？“或”怎么理解？ 2.前半句重点描述什么？后半句重点描述什么？ 3.观看冰壶运动的比赛视频。冰壶为什么会在冰面运动很长时间？运动员用冰刷处理冰壶前面的冰面，这样做的目的是什么？ | 理解牛顿第一定律（物理观念）。 让学生自己找出重点词句，剖析要点，提升学生文本解读能力和自主分析能力，从而理解牛顿第一定律的两层涵义。（物理观念） 调动学生学习兴趣，拓宽学生视野，引导学生从物理走向生活，思考生活。（科学态度与责任） |
教学活动建议：
（1）对于问题1和问题2，可先让学生独立思考，然后分组讨论并回答。对于“总”还可以举个生活例子，如“我总是饿得”，类比性理解“总”的涵义？通过讨论和教师引导，学生可以理解“一切”说明天地万物无一例外；“总”指出物体的固有属性，不论什么状态；“或”指出静止与匀速直线运动的等同性，都是物体不受外力时的运动状态。通过分析让学生对牛顿第一定律内容的严密性更加佩服，从而形成物理观念。对于问题3，教师只需告诉学生冰刷使冰面融化，冰面上形成一层水膜，使冰壶在冰面上的阻力很小，学生思考即可独立回答。
任务3：惯性与质量的关系。
素材准备：图片1体操运动员比赛，图片2相扑运动员比赛，图片3人推自行车容易，图片4人推汽车困难。准备视频4（弹簧弹开两个质量不同的模
小车）、视频5（飞针刺破装满水的气球瞬间情景）、视频6（烟圈的威力）。问题见表3所示。
表3
问题 | 问题指向的是素养目标 |
1.这四张图片中，质量与物体运动状态的改变难易程度有什么关系？ 2.固体具有惯性，那液体和气体呢？ 3.惯性视力气吗？ | 让学生理解质量是物体惯性大小的唯一量度。（科学思维） 一切物体都具有惯性。（物理观念） 辨析概念，理解惯性。（物理观念和和科学思维） |
教学活动建议：
对于问题1，可以先让学生独立思考，然后回答。通过图片展示，初步形成质量是惯性的唯一量度。教师补充惯性大小的涵义是保持原有运动状态或者静止状态的能力。教师与学生分享一些实验模型（比如视频4），知识从实验角度进行验证，使得学生理解惯性的唯一量度是质量，效果很好。
对于问题2，教师可以让学生观看视频5和视频6，让学生体会美妙的物理世界，从而加深一切物体都具有惯性。
对于问题3，教师可引导学生，惯性和质量一样，都是物体的固有属性，因此“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等说法都是错误的。力是改变物体运动状态的原因，惯性是维持物体运动状态的原因。力越大，运动状态改变越快；惯性越大，运动状态越难改变。这样学生就能更为深刻的理解惯性。
任务4：惯性的应用和防止。
素材准备：如图5（刹车时的人的身体状态）、图6（安铁锨头的情景）、视频7（盒中小球运动实验）、视频8（汽车碰撞）、视频9（歼击机为躲避导弹扔掉副油箱）。视频10（向上仍物体，仍会落回原处）。问题见表4所示。
表4
问题 | 问题指向的素养目标 |
1.学生上台表演自己坐在车上时自己肢体的变化。为什么出现这些现象呢？图5 2.解释安铁锨头的情景 ？（铁锨头与杆向下运动和向上运动的两个情景）图6 3.演示实验：盒中小球运动实验。猜测小球运动情况，解释原因。视频7 4.汽车碰撞损失严重，歼击机为躲避导弹扔掉副油箱的原因？视频8和9。 5.地球在从西向东自转。你向上跳起来以后，为什么还落到原地，而不是落到原地的西边？ 视频10 | 提高学生利用知识解决实际问题的能力（科学思维） 学会分析生活现象，注重生活细节，激发学生感悟物理科学之美，激发其学习科学的热情（科学态度与责任） 利用认知冲突，理解物体质量不同，惯性大小不同，所以会出现相对运动，研究问题需要注意细节（科学思维） 渗透安全教育，理解惯性的应用以及防止。（科学态度与责任） 奇思妙想可以，能否实现还需知识支持。（科学态度与责任） |
教学活动建议：
（1）对于问题1和2需要学生独立自主的能解释现象，故此处需留有一些时间。问题3中实验视频7，将一个质量较轻的小球用细绳固定到盒子底部，加满水，小球浮在水中。让盒子忽然加速或者减速。先让学生猜测小球运动情况，教师再演示该实验。学生的认知冲突，会引起学生学习兴趣。教师通过引导学生质量不同，惯性大小不同，再由学生回答。问题4和5由学生自主回答即可。
（2）对于不同的学生主体可采用不同的案例，比如大城镇学生没有接触过安锄头这类情况，可改换为自制安锄头教具（取一个苹果，中间挖一个洞，让一根长棍穿过苹果，代替安锄头模型，让学生去发现苹果向上或向下运动）。教师尽量采用身边的案例去分析，如从羽毛球筒里如何取出羽毛球，我们为什么能拍掉身上的灰尘，人踩到香蕉皮会坐到地上，人被石头绊倒会趴到在地。这些贴近生活的例子不仅可以调动学生学习兴趣，也使物理学更加有趣，更实用。
