基于核心素养的物理课堂教学的设计要求

教学目标

1.物理观念

能够从分析归纳感应电流产生的条件(普适性条件)的过程中建立磁通量的概念，并形成“磁生电”的认识:穿过闭合电路的磁通量发生变化，回路上就会产生感应电流。

2.物理观念应用

会运用产生感应电流的条件判断分析具体实例。(水平3)

3.科学思维

从有序设计的系列递进实验，用归纳思维得出产生感应电流的一般性条件。(水平3)

对一系列的实验得出的结论用归纳思维的方法来建立一个物理模型-磁通量;用磁通量是否变化的概念来解释感应电流产生的条件。

4.科学探究

能进行分组分层自主合作实验，并综合分析各组信息，得出产生感应电流的条件。(水平3)

5.科学态度与责任

通过基于本组实验的证据和逻辑推理发表自己的见解。(水平3)

目标解释

1.学生形成的观念是:“磁能够产生电”，条件是“回路磁通量变化”。其实，这本身就是物理实验探究后形成的概念或认识。

新课阶段先达到水平3,要求学生能够从初中阶段的“切割”观念上升到“磁通量变化”的观念。

2.对于实际的案例，能用回路中磁通量是否发生变化这个根本条件 来判断是否产生感应电流。

水平3是指能够判断中等水平的问题。

3.归纳思维的能力要求较高，如果是能力较强的学生可以按水平4设计，一般可按水平3设计。如果在教师的指导下能够基本建立磁通量的概念视作水平3。

4.能够针对任务进行实验探究，并对自己实验小组和其他各组得出的实验结论进行综合分析，并发现其中的共同特征，得出实验探 究的结论。

能够在教师的提示或帮助下，得出正确的结论可认为达到水平3。

5.在实验过程中很好地保持交流与合作，关键是要敢于发表自己对探究过程与实验结论的理解或想法，并且能正确表达自己的观点。

说明:《普通高中物理课程标准(修订版)》将学生的核心素养发展水平规定为5级，2级是学业水平合格，4级是普通高校招生要求。

(二)区别课堂教学内容设计的两大倾向

在课堂教学过程中，内容的精选固然重要，内容的精心设计也同样重要甚至更为重要。物理教学内容的设计，大体有知识倾向(学科倾向)型和能力倾向(素养倾向)型之分，前者以知识的获得为目标，课堂教学内容编排更注重学科价值，后者以素养发展为目标，教学内容编排更看重素养价值;前者重物理学科本身知识内容的设计，在呈现上大体依据物理学科内容的逻辑，可以有直线式、螺旋式、范例式等模式，后者重学习活动过程的设计，在教学内容设计上比较多的是从素养或能力的培养出发，比较常见的是螺旋式编排，同一能力或核心素养在物理学科不同的内容中不断出现，逐渐深化，逐渐提升水平。

(三)为学习而设计

为了更好地促进学生核心素养的发展，教科书研制者要勇于为学生的学习而设计。为学习而设计，关注学科活动。教科书要努力为学生提供结构化的学习情境，要积极通过内容呈现、活动编排、学业评价等方式，激发学生学习的主动性和探究性，为学生的学习，为发展学生的核心素养设计丰富的互动机会和拓展空间。教科书不应该是结论的再现者，而应该成为引导学生主动探究、建构知识、自主获得结论的学习活动的设计者。

重视学科活动的设计，应该减少演绎性质的活动，改变按照演绎方法来安排和组织学习的教科书研制传统，增加学生探究性学习的活动与机会。这实际意味着更多的归纳意义的学习。

为学习而设计，提升教科书作业系统的质量。研制基于核心素养的教科书，要适当增加发散性、跨学科性的活动作业，这是没有预设明确结果或答案的、需要运用多学科知识的作业;要重视练习活动的质量，防止目前课堂实践中比较普遍的泛泛抛出问题的做法。对于发展学生核心素养的学习来说，在教科书设计策略上，恰当的要求比泛泛地抛出问题更重要。观察表明，当教师遇到教科书中泛泛提出的系列问题时，他更趋向于让学生集体回答，而受益者往往是那些成绩好的学生。如果是学习要求，则更能够保证活动参与的普遍性，引导每个学生都积极地去探究。

五、谈物理观念的培养--以限流式接法滑动变阻器选择的实验教学为例

设滑动变阻器最大阻值为R0，待测电阻的阻值为Rx，如图所示串联在电压为U的电路中，滑动变阻器接入电路部分的电阻为Rap。

结论1随着k值的增加，图像距离原点越远，图像的线性关系越明显，说明Rx两端的电压Ux随着滑动头的移动变化变得越来越均匀，但是Ux的变化范围也变得越来越小。

结论2取两个比较特殊的情况:①当k很大，如k=10.00，我们发现Ux随滑动头的移动变化非常均匀，但是也一直非常接近于U,电压的变化非常不明显，即当变阻器有明显滑动时，Ux无明显变化，此时滑动变阻器对电路中电流、电压的调控作用几乎为零，此时的滑动是“无效滑动”。②当k很小，如k=0.05时，又怎样呢?通过图4分析可以看到一个非常弯曲的曲线，而且在x值接近于0时，待测电阻Rx两端的电压Ux的变化非常大，这时的滑动变阻器调节起来较难控制(调节精度过低，属于无效滑动)，而当x值大于0.5后(尤其在接近于1)的区域内，待测电阻Rx两端的电压Ux变化范围又非常小，接近于0，显然也属于无效滑动。

结论3如何避免无效滑动呢?从图4的图像形态可以看出，要避开电压调节范围过小和调节精度过低这两种无效滑动，提高滑动变阻器有效滑动的长度，滑动变阻器的最大阻值应该与“待测电阻”或“被控电阻”的阻值接近，这恰恰是我们限流式接法滑动变阻器选择的重要实验技能。

六、谈渗透科学思维意识

(一)例谈传送带问题

学生感到高考物理难，究其原因，关键是学生是否掌握物理的核心素养-科学思维。所以，在物理课堂教学中若能重视渗透科学思维意识，则会教得轻松、学得容易。

传送带问题中核心“理”其实就是力与运动这一重要科学思维，也是力学核心思想。力与运动是牛顿第二运动定律的提炼，即若想知道运动情况必先了解受力情况，反之亦然。

情景一:如图2所示，水平放置的传送带以v传匀速转动，质量为m的物体从传送带左侧无初速释放，已知传送带长为L，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，求物块运动到传送带右端的时间t。

解析水平传送带是传送带中最基础的模型，涉及也仅为单一物体，虽然选择物块为研究对象是显而易见的，但是在课堂教学中仍要强化选择研究对象的重要性，提高学生的“对象”意识。

求物块运动到传送带右端的时间首先要弄清物块的运动形式，紧抓住力与运动的核心思想，不能想当然。物体无初速度释放在传送带上，某一时刻t物块受到重力G、支持力FN和滑动摩擦力f，G与FN相互平衡，由于物块相对于传送带瞬间向左运动，则滑动摩擦力f方向向右，充当物块的动力。

情景二:如图3所示，质量为m的物体用细绳拴住放在水平粗糙的传送带上，物体距传送带左端距离为L，稳定时绳与水平方向的夹角为θ，当传送带分别以v1、v2的速度做逆时针转动时(v1＜v2)，绳中的拉力分别为F1、F2，则F1、F2什么关系?

例析:选择物块为研究对象，对其受力分析，其中摩擦力性质和方向的判断尤为突出。不管传送带速度大小如何，物体相对于传送带均是向右运动，表现为滑动摩擦力(如图4所示)。

(二)分析静电场的力

例:如图所示PO为光滑绝缘竖直墙壁、OQ为光滑绝缘水平地面，地面上方有一水平向左的匀强电场E，带正电荷的A、B两小球(可视为质点)均紧靠接触面而处于静止状态，这时两球之间的距离为L.若在小球A上加竖直推力F，小球A沿墙壁PO向着O点移动一小段距离后，适当移动B球，小球A与B重新处于静止状态，则与原来比较(两小球所带电荷量保持不变)( )

A.A球对竖直墙壁的作用力不变

B.两球之间的距离一定增大

C.A球对B球作用的静电力增大

D.地面对B球的弹力不变

解析:选AC.由题意知，A球加上力F移动一段距离后仍处于静止状态，故B球对A球的库仑力沿竖直方向上分力增大，B球应该向左移动，A球对B球的库仑力在水平方向的分力等于匀强电场对B球的静电力，而匀强电场对B球的静电力不变，根据作用力和反作用力的关系，B球对A球的库仑力在水平方向的分力大小也不变，所以A球对竖直墙壁的压力不变，选项A正确;A、B两球的连线与水平方向的夹角θ变大，F库cosθ不变，库仑力F库一定变大，选项C正确;两球之间的距离减小，选项B错误;根据力的相互作用性可知，A球对B球的库仑力在竖直方向上的分力变大，故地面对B球的弹力变大，选项D错误.

正解:先要选好对象，整体法受力分析，易得A对D错，再对B小球受力分析，水平F库cosθ不变，假设小球B不移动或向右移，θ变小，cosθ变大，则F库变小，这样与竖直方向F库sinθ变大导致θ变大矛盾，因此θ和F库只能变大，小球B向左移动。

培养了学生的逻辑思维能力和整体法、隔离法的思想方法。

七、谈引导学生科学探究--以“机械能守恒定律”教学设计为例

本案例以“机械能守恒定律”教学设计为例，突出“实验探究”和“理论探究”这一核心。该设计采用探究式教学方法，以问题为主线，以科学探究为载体，以体验为收获，以发现为动力，引导学生经历机械能守恒定律科学探究过程，领悟科学探究方法，提高其物理核心素养。

教学过程设计

1.提出问题，引入新课

师生共同复习回顾功能关系、动能定理及动能、重力势能、弹性势能概念，提出以下3个问题:

问题1:重力势能、弹性势能、动能，这些能统称为什么能?

问题2:机械能具有什么特点?

问题3:不同形式的机械能如何进行转化?

设计说明:通过复习功能关系、动能定理，为本节课探究提供知识储备，通过复习重力势能、弹性势能、动能引入机械能概念，使学生理解掌握机械能的系统性、标量性和相对性，同时使学生进一步理解“功是能转化的量度”，激发了学生的求知欲，进入新课学习。

2.创设情境，激发思考

教师创设提供三个视频情景，激发学生分别在仅有重力做功、仅有弹簧弹力做功和重力、弹力都做功情况下分析动能与势能的相互转化。

问题4:观察分析荡秋千过程中重力做功情况及动能和重力势能如何转化?

问题5:观察分析在光滑水平面上，一物体以一定初速度压缩弹簧及被弹簧弹回过程中，弹力做功情况及物体动能与弹簧弹性势能的相互转化?

问题6:观察分析蹦极下降过程重力及弹力做功情况及动能与重力势能、弹性势能如何相互转化?

设计说明:本教学片断通过三个不同情景的观察、分析、思考，使学生理解并掌握重力与弹力做功时动能与势能相互转化的定性规律:

(1)仅有重力做负功，动能转化为重力势能;仅有重力做正功，重力势能转化为动能;

(2)仅有弹簧弹力做负功，物体动能转化为弹性势能;仅有弹力做正功，弹性势能转化为物体动能;

(3)蹦极下降过程，重力和弹力都做功。重力做正功，弹力做负功，重力势能减少，弹性势能增大，动能先增大后减少。

这一设计丰富了动能和势能转化的类别，为科学系统地探究转化过程守恒量奠定思维基础。

3.引发猜想，探究守恒

在上述观察分析的基础上，教师及时启迪学生思维引发猜想，并引领学生亲历探究守恒量的过程。

问题7:上述动能、势能相互转化的过程中，有没有规律?转化过程中有没有不变量?

学生通过思考交流与讨论会猜想出“仅有重力做功的运动过程中机械能不变”，然后教师引领学生实验探究和理论探究机械能守恒定律。

3.1定性实验探究--感受视觉冲击和勇敢者游戏的魅力

定性实验探究:教师指导学生分组起演示实验:如图1所示，用细线、小球、带有标尺的铁架台等研究动能与势能的相互转化。

问题8:如图1甲，把小球拉到一定高度的A点，然后放开，小球在摆动过程中，重力势能和动能相互转化。摆到另一侧我们看到什么?

问题9:如图1乙，如果用夹子在悬点下方某-点挡住细线，摆到另一侧时，能达到另一点的高度如何?

两次实验，学生都可以观察到:小球在另一侧可以摆到跟A点等高的点。

勇敢者“球碰鼻子”游戏:一位同学头部不动，另一位同学将摆球拉到该同学鼻尖处放手，在学生一片惊呼中，摆球返回时刚好不碰鼻尖。

问题10:上述小实验中，小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么?你能初步得出什么结论?

学生观察、思考、讨论后可以分析出小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用。拉力和速度方向总垂直，对小球不做功;只有重力对小球做功。

定性实验结论:小球在摆动过程中总能回到原来的高度。可见，在仅有重力做功的条件下，系统重力势能和动能的总和，即机械能应该保持不变。

设计说明:本教学片段通过学生的亲身观察与体验、交流与合作，使学生深刻体会到猜想必须通过实验来探究验证，并启迪学生进一步思考和探究。

3.2定量实验探究--彰显守恒思想

为了使学生进一步理解守恒思想，笔者利用一套DIS机械能守恒实验器材定量探究，学生小组合作完成这个创新探究实验。

问题11:本实验如何定量探究机械能守恒?

学生独立思考后小组交流合作可明确实验原理，学生合作确定探究步骤。通过计算铁块在各点时的机械能进行比较。利用计算机自动得到一组数据。

定量实验结论:在误差允许的范围内，仅有重力做功时小铁球与地球组成系统在各点机械能保持不变。

设计说明:设计定量探究机械能守恒实验，一方面让学生体验实验探究的严谨性和科学性;另一方面，通过多个过程点的定量测量，让学生深刻理解守恒思想的核心内涵一总是保持不变;更重要的是通过学生自主思考、合作交流，进一步提高学生的科学探究能力。

3.3理论探究--展示逻辑推理的力量

理论探究是科学探究的重要形式，本节课笔者设计四种问题情境，分别是自由落体运动(仅受到重力作用下的直线运动)、平抛运动(仅受到重力作用下的曲线运动)、圆周运动(除了受到重力之外还受到绳子拉力作用下的曲 线运动)、光滑斜面上滑动(除了受到重力之外还受到斜面支持力作用下的直线运动)，让学生分四种情况分别通过动能定理推导说明:质量为m的小铁球，在任意两位置时机械能不变。小组推荐学生代表用投影仪展示推导过程。

问题12:刚才四种情况，物体受力情况并不相同，但同学们推导的过程公式和结论相同，系统机械能都守恒，它们有共同的特点吗?

学生经过对物体进行受力分析、做功分析，比较之后可以发现共同的条件是:仅有重力做功(可以受其他力但不做功)，从而归纳讨论出探究结论。

理论探究结论:在只有重力做功的物体系统 内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

设计说明:给学生创设四种不同情境，使其自主理论探究，让学生“由特殊到_般”比较归纳 得出四种情境机械能守恒的条件都是“仅有重力做功”，使学生掌握科学探究方法，发现规律的本质。

4.拓展探究，建构定律

机械能守恒定律不仅包含仅有重力做功的 条件，还包含仅有弹力做功的条件及重力、弹力都做功的条件。笔者在前面引导学生理论探究的基础上，拓展引导学生进一步理论探究系统机械能守恒，建构完整的机械能守恒定律。

4.1拓展探究一掌握完整科学的理论探究方法

问题13:如果物体与弹簧组成一个系统，在只有弹簧弹力做功条件下，机械能还保持不变吗?

问题14:如图5所示，如果物体既有重力做功，又有弹簧弹力做功，这时机械能还保持不变吗?

设计说明:两个拓展理论探究，使学生全面理解掌握机械能守恒定律的种类条件，为完整建构机械能守恒定律奠定基础，又能使学生掌握完整的科学理论探究方法，领悟科学探究的精髓和本质。

4.2建构定律一深刻理解机械能守恒定律

问题15:通过本节课实验探究和理论探究，你认为机械能守恒定律的内容、条件、表达式是什么?守恒思想的内涵是什么?

学生思考交流后，能够完整建构机械能守恒定律:

(1)内容:在只有重力或弹力做功的物体系 统内，动能和势能会发生相互转化，但机械能的总量保持不变。这就是机械能守恒定律。

(2)条件:只有重力或弹簧弹力做功(可以受其他力，但不做功);

(3)表达式:Ek2+Ep2=Ek1+Ep1或E2=E1;

(4)守恒的思想:(机械能总量)_直保持不变。设计说明:通过学生自我归纳、总结建构机

械能守恒定律，体现学生的主体意识，实现自我探究、自我发现、自我领悟、自我教育发展，进一步提升学生理论探究的自觉意识和创新能力。

最后通过与生活实际联系紧密的问题来巩固知识，发展能力。