基于物理核心素养的课堂教学设计
——以“平抛运动”教学为例

丽芬

(江苏省梅村高级中学,江苏 无锡 214112)

物理核心素养是学生在接受物理教育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。学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，也是学生科学素养的关键成分。物理核心素养主要包括：物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任，这四者是相互联系、共同发展的。下面以“平抛运动”为例谈谈基于提升物理核心素养的课堂教学设计。

1 基于物理核心素养的设计思路

本节课的教学设计关注提升学生物理核心素养的要求，注重物理学核心概念的建立，强调知识的建构过程。为了让学生充分体会物理学习和科学研究的方法和乐趣，将课堂教学设计大致分为以下几个主要环节，教学流程如图1所示。

图1

1.1 活动导入，建构模型

新课引入环节以比赛投篮的活动展开，其目的一是激发学生的兴趣，将学生迅速带入课堂；二是这个活动贴近生活，能让学生从身边熟悉的生活现象中去探究并认识物理规律，同时将学生了解到的物理知识及科学研究方法与社会实践结合起来，让学生体会到物理在生活、生产中的实际应用。在活动中，通过投掷石球和纸飞机的对比，提出抛体运动的概念，指出平抛运动是一种理想模型。

1.2 化曲为直，分析验证

此环节设计主要有两个目的：其一，引导学生学会运用“运动的合成与分解”的方法分析、处理平抛运动，利用牛顿第二定律进行理论推理得出两个方向的分运动，从而培养学生的科学思维能力；第二，在理论分析的基础上进一步利用实验展开科学论证，验证平抛运动在水平和竖直方向的两个分运动，这可以帮助学生发展探究能力，提高推理能力、批判思维能力和交流能力。在实验中学生可以通过“听”和“看”两个小球是否同时落入框中，来推理得出结论，为了能让结论的得出更为严密，在水平和竖直两次验证中均用挡板在半途任意位置拦截小球，两小球能同时撞击挡板则更能说明它们在该方向上具有相同的运动规律。最后，让分别做平抛、匀速直线和自由落体的三个小球同时运动，同时落入框中，以产生视觉和听觉上的震撼效果，使学生对这个实验印象深刻。

1.3 现学现用，总结规律

此环节的设计打破常规例题的讲解模式，将学生对平抛运动规律的得出和应用融入活动中，一来起到前后呼应的效果，二来在问题的设置上层层递进，加上计算机软件的真实模拟，既引导学生自主总结出相关的运动规律，学会了将平抛运动的规律应用到实际问题中，又能将生活经验与物理理论知识结合起来，让学生体会到学习物理的乐趣。

1.4 思维拓展，方法提升

此环节的设计是通过对斜抛运动的分析，希望学生总结问题解决的方法，将“化曲为直”的思想方法灵活运用到其他抛体运动乃至其他的曲线运动中，同时体会“化繁为简”“化生为熟”的思维方法，为学生将来处理其他问题奠定基础。

2 教学过程

2.1 活动导入，建构模型

活动：请两位同学比赛投篮，其中一位同学投石头球，另一位同学投纸飞机，随后交换再投一次。过程中请同学观察并提出问题：石头球和纸飞机在空中运动时各有什么特点？

根据学生的回答总结出抛体运动的特点：① 球以一定的初速度抛出；② 运动过程中空气阻力很小可忽略，故只考虑重力；③ 球的运动轨迹是曲线。

纸飞机所受空气阻力不能忽略，故纸飞机的运动不是抛体运动，从而得出抛体运动其实是一种理想模型，进而提出平抛运动的概念：初速度沿水平方向的抛体运动，是一种匀变速曲线运动。

2.2 化曲为直，分析验证

抛体运动显然是一个曲线运动，我们应该如何来研究这一种复杂的运动？以比较常见的平抛运动为例，请学生思考。提示：能否利用已有的直线运动的规律来解决运动的问题？想办法化曲线为直线。

环节1：利用动力学知识从理论上分析处理平抛运动

提问：平抛运动可以分解成哪两个方向的运动？

学生提供方案，并说明这样处理的理由。

以抛出点为坐标原点，水平方向为x轴，竖直向下方向为y轴，建立坐标系，并从这一瞬间开始计时。

提问：从动力学角度分析，水平方向和竖直方向分别是什么运动？

引导学生从受力分析入手研究两个方向的运动，由牛顿第二定律得出：在水平方向上，初速度为v0，不受力，加速度为0，做匀速直线运动；在竖直方向上，初速度为0，只受重力作用，加速度为g，做自由落体运动。

环节2：利用实验进行验证(平抛运动演示仪)

对于理论分析，或许还是有学生对之仍存怀疑，怎么办？能否从实验的角度进一步加以验证？请学生设计简单的实验，提出验证思路。

① 如何证明水平方向的匀速运动？

将平抛运动与相同初速度的水平方向的匀速运动对比。

实验演示：重复实验，将挡板竖直置于小球运动的任意位置，观察现象。

② 如何证明竖直方向是自由落体运动？

将平抛运动与同高度释放的自由落体运动对比。

实验演示：重复实验，将挡板水平置于小球运动的任意位置，观察现象。

两次验证过程中提醒学生注意“看”“听”，请学生分析实验现象，得出结论。

③ 将平抛运动、自由落体运动、水平匀速运动三个运动结合起来，一起观察。

2.3 现学现用，总结规律

利用软件模拟真实环境中的平抛运动，如图2建立二维坐标系，图中每格代表实际长度0.4米，小球开始位于坐标原点，右下角方块表示篮筐。

图2

环节1：模拟前面的投篮过程

提问：如图2所示，要将小球从篮筐正中间投入，所需初速度为多大？

学生思考计算并给出具体方法及答案，让他们通过简单的计算，体会运动分解的思想方法。

环节2：投篮活动

提问：从相同的高度，但离开篮筐的水平距离不同，均要求从篮筐正中间投入，请比较两次抛出时的初速度大小？

① 学生根据生活经验可得出：离篮筐越远抛出时需要的初速度越大；

③ 由以上分析可得出一般规律：平抛运动下落时间仅由高度决定；水平位移则由初速度和时间(高度)共同决定。

学生提供数据，模拟演示，同时加以频闪，如图3所示。

图3

现象：① 离篮筐远近不同的两球同时抛出，同时由同一位置进篮；② 每一时刻两个小球都处在相同的高度。

结果表明：两个分运动相互独立，时间由竖直方向的分运动决定。

环节3：加深理解

活动：请身高差异较大的两位同学站在离开篮筐水平距离相同的位置，同时抛出小球；

提问：① 哪位同学抛出球的水平速度比较大？

② 两个小球同时进篮吗？如果不同时，请问哪位同学抛的球先进篮？

学生分析：由于水平位移相同，则矮的同学初速度大。不同时进篮，矮的同学球的运动时间短，先进篮(学生提供数据模拟演示)。

提问：若要求两个球同时进篮，两位同学应该怎样抛？

环节4：平抛运动的速度

在软件模拟环节3的运动过程中显示速度矢量，发现小球运动时间越长，速度越大，且速度方向越来越接近竖直方向，这与生活经验相符。

提问：球进篮时的速度如何确定？

图4

提问：若球运动时间足够长，速度的方向会变成竖直方向吗？

环节5：平抛运动的位移和轨迹

提问：小球从抛出到进篮的位移如何确定？

图5

提问：小球从抛出到进篮过程的轨迹如何？

2.4 思维拓展，方法提升

图6

平抛运动可以采用化曲为直的方法处理，而实际生活中还有更多抛体运动初速度不在水平方向，而是斜向上方或斜向下方(斜抛)。斜抛又如何解决？请学生提出处理方案。

如图6所示，建立直角坐标系，水平方向做初速度为v0cosθ的匀速直线运动，竖直方向做初速度为v0sinθ向上、加速度为g的竖直向下的匀变速运动直线运动。请学生课后尝试推导出斜抛运动的轨迹，分析斜抛运动轨迹方程，总结其运动特征。

3 总结反思

笔者基于“物理核心素养”培养的要求展开教学设计，通过创设情境，形成物理观念，建构理想模型，培养科学思维能力。通过学生自主展开理论探究，加以实验论证，注重科学探究的能力培养。打破常规例题的讲解模式，将平抛运动规律的应用融入日常活动中，加上软件的仿真模拟，让学生体会学习物理的乐趣，学以致用，最后以斜抛运动为例在方法上加以提升。

[1] 戴国成.基于核心素养的物理实验创新性探讨[J].物理教师,2016,(12):43-44.

[2] 王高.物理核心素养培养浅探[J].物理教师,2016,(12):15-19.