巧借生活實(shí)例落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)
——以“牛頓第三定律”教學(xué)為例

張慧 上海市奉賢區(qū)景秀高級(jí)中學(xué)

一、引言

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）提出應(yīng)通過(guò)增加聯(lián)系生活，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)活潑的課堂氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；生產(chǎn)生活中具有很多能生成有價(jià)值的科學(xué)探究問(wèn)題的情境；應(yīng)把物理課程中所形成的物理觀念和科學(xué)思維用于分析、解決生產(chǎn)生活中的問(wèn)題，在解決問(wèn)題中進(jìn)一步提高探究能力、增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí)、養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，體會(huì)科技進(jìn)步對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響?？梢?jiàn)，在平時(shí)的物理教學(xué)中要十分重視生活實(shí)例的引入，通過(guò)對(duì)生活實(shí)例的觀察分析，引導(dǎo)學(xué)生能自主提出并準(zhǔn)確表述出可以探究的物理問(wèn)題，并作出科學(xué)性的假設(shè)；能將實(shí)際問(wèn)題中的對(duì)象以及過(guò)程轉(zhuǎn)化成物理模型，制定出科學(xué)探究方案，形成合理的結(jié)論；從而能對(duì)生活中的物理問(wèn)題進(jìn)行分析和作出解釋；最終，逐漸形成探索自然的內(nèi)在動(dòng)力，增強(qiáng)責(zé)任感和使命感。本文以“牛頓第三定律”教學(xué)為例，探討如何巧妙地借用生活實(shí)例，從“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、基于核心素養(yǎng)確定教學(xué)目標(biāo)

《新課標(biāo)》對(duì)本節(jié)內(nèi)容的要求為“理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律，能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問(wèn)題”，按照核心素養(yǎng)的四個(gè)方面確定教學(xué)目標(biāo)如下：

物理觀念：利用課堂上的情境，創(chuàng)設(shè)“左手拍右手”“坐在凳子上”“手推桌子”小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)感受力的相互作用性，并引導(dǎo)學(xué)生分析這些現(xiàn)象背后有什么規(guī)律，從而逐步形成運(yùn)動(dòng)與相互作用觀。

科學(xué)思維：構(gòu)建出作用力和反作用力的概念以及牛頓第三定律的內(nèi)容后，學(xué)生進(jìn)一步解釋生活相關(guān)現(xiàn)象“大人和小孩掰手腕”“馬拉車”“蘋果落地”中物體間相互作用力的關(guān)系，在這些思維碰撞的基礎(chǔ)上，學(xué)生就清楚地理解了牛頓第三定律在生活中的一些應(yīng)用，如“為什么人在劃船時(shí)，槳向后推水，水就向前推槳”“為什么人在走路時(shí)，腳向后蹬地，人就可以向前”等，做出科學(xué)的解釋。

科學(xué)探究：通過(guò)學(xué)生的親身感受，引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)相互作用力的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)構(gòu)建模型，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)器材主要包括彈簧測(cè)力計(jì)、力傳感器。隨后學(xué)生分組合作，從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、采集數(shù)據(jù)、分析總結(jié)，最終探究得到作用力和反作用力的關(guān)系。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)合作探究，感受物理規(guī)律是在理論和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成的，感受科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。課堂現(xiàn)場(chǎng)制作氣球火箭，演示火箭升空情境，進(jìn)一步幫助學(xué)生理解火箭升空的原理，結(jié)合我國(guó)火箭事業(yè)的發(fā)展歷程，激發(fā)愛(ài)國(guó)情懷，感悟新時(shí)代中國(guó)實(shí)力的新發(fā)展、新進(jìn)程，培養(yǎng)科學(xué)責(zé)任。

三、基于生活實(shí)例創(chuàng)設(shè)教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）分析生活現(xiàn)象，培養(yǎng)相互作用觀念

情境1 如圖1，播放神舟十三號(hào)載人飛船發(fā)射視頻，觀察火箭升空現(xiàn)象。

圖1 火箭發(fā)射

問(wèn)題1 火箭點(diǎn)火后有什么現(xiàn)象？火箭為什么能升空？驅(qū)動(dòng)火箭升空的力從何而來(lái)？

設(shè)計(jì)意圖 通過(guò)“火箭升空”引入課題，激起學(xué)生強(qiáng)烈的民族自豪感的同時(shí)，學(xué)生可以直觀地看到火箭向下噴氣，火箭就向上運(yùn)動(dòng)了。從這個(gè)例子可以進(jìn)一步理解力是物體對(duì)物體的作用，以問(wèn)題引入，啟發(fā)學(xué)生思考。

情境2 利用課堂上的情境，創(chuàng)設(shè)“左手拍右手”“坐在凳子上”“手推桌子”小實(shí)驗(yàn)，從而引出作用力和反作用力的概念。

問(wèn)題2 以上情境中物體之間發(fā)生了怎樣的作用？那這種作用有怎樣的關(guān)系呢？

【學(xué)生】各抒己見(jiàn)分析表達(dá)自己的想法，猜測(cè)作用力與反作用力的關(guān)系。

問(wèn)題3 如圖2，觀察視頻中的現(xiàn)象，再思考“大人和小孩掰手腕，大人把小孩扳倒，是因?yàn)榇笕说牧Ρ刃『⒋髥?？”“馬拉車，車前進(jìn)，是因?yàn)轳R拉車的力大于車?yán)R的力嗎？”“蘋果落向地球，是因?yàn)榈厍蛭O果的力大于蘋果吸引地球的力嗎？”既然物體間力的作用是相互的，那作用力和反作用力的大小到底相不相等呢？

圖2 生活中的相互作用力

設(shè)計(jì)意圖 通過(guò)營(yíng)造沖突，讓學(xué)生敢于質(zhì)疑，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。此外，物理概念的建立需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，可以化抽象為具體，在學(xué)習(xí)物理概念之前，學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)形成了大量的經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)，要在此基礎(chǔ)上建構(gòu)運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，必須對(duì)所觀察的現(xiàn)象重新加工，提取事物的本質(zhì)特征，完成從經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)向物理概念的轉(zhuǎn)變。

（二）轉(zhuǎn)化生活模型，制定科學(xué)探究方案

情境3 那馬拉車的力和車?yán)R的力到底相不相等呢？請(qǐng)同學(xué)們對(duì)該問(wèn)題的可能答案做出假設(shè)，接下來(lái)就是將馬拉車化成物理模型，制定實(shí)驗(yàn)探究方案，本實(shí)驗(yàn)選擇彈簧測(cè)力計(jì)等器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生分工合作進(jìn)行彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)拉實(shí)驗(yàn)以及力傳感器學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)。從而獲取真實(shí)數(shù)據(jù)，最終揭示物理規(guī)律。

問(wèn)題4 實(shí)驗(yàn)中作用力和反作用力分別是哪兩個(gè)力？?jī)蓚€(gè)對(duì)拉的器材位置有什么要求？實(shí)驗(yàn)時(shí)如何觀察記錄兩個(gè)力的大??？

【學(xué)生】進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，思考交流。

設(shè)計(jì)意圖 如圖3，傳統(tǒng)的彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)拉實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以直觀地感受到彈簧測(cè)力計(jì)彈簧的形變，看到力的作用效果。但是，彈簧測(cè)力計(jì)有量程較小，誤差較大以及示數(shù)變化顯示不夠直觀的缺點(diǎn)。因此，可以利用現(xiàn)代信息技術(shù)，得到作用力和反作用力變化的圖像，如圖4，通過(guò)鏡像翻轉(zhuǎn)、圖像變化等圖像信息，可以很直觀地分析得到作用力和反作用力等大、反向、共線、同時(shí)性和異體性的特點(diǎn)。從而學(xué)生可以基于證據(jù)，通過(guò)交流討論得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

圖3 彈簧測(cè)力計(jì)

圖4 力傳感器

科學(xué)探究主要包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋和交流等要素。物理規(guī)律的探究，首先要結(jié)合真實(shí)情境提出物理問(wèn)題，并對(duì)該問(wèn)題的可能答案做出假設(shè)，接下來(lái)就是將生活實(shí)例轉(zhuǎn)化成物理模型，并根據(jù)該生活情境制定實(shí)驗(yàn)探究方案，合理選擇實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲取真實(shí)數(shù)據(jù)并作出解釋，通過(guò)交流反思等最終得到物理規(guī)律。

（三）辨析生活情境，培養(yǎng)科學(xué)思維能力

問(wèn)題5 早在300多年前牛頓就發(fā)現(xiàn)了作用力和反作用力的規(guī)律，并總結(jié)為牛頓第三定律。既然一對(duì)相互作用力大小是相等的，那為什么還會(huì)出現(xiàn)圖2 中的現(xiàn)象（大人和小孩掰手腕，大人會(huì)把小孩扳倒）？

問(wèn)題6 牛頓第三定律在日常生活中有很多應(yīng)用，如“直升機(jī)起飛”“人用槳?jiǎng)澊薄叭俗呗贰钡?，?qǐng)同學(xué)們解釋原因，并舉出牛頓第三定律在生活中的其他應(yīng)用。

問(wèn)題7 如圖5，足球靜止在地面上，畫出足球與地面之間的相互作用力。同時(shí)問(wèn)學(xué)生以上情境中有幾對(duì)相互作用力和幾對(duì)平衡力，并從大小、方向、共線、性質(zhì)、作用時(shí)間和作用對(duì)象六個(gè)方面辨析一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力的異同點(diǎn)。

圖5 足球靜止在地面上

游戲練習(xí) 如圖6，運(yùn)用信息技術(shù)，比如使用希沃白板制作PPT課件，設(shè)置游戲練習(xí)辨析一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力的區(qū)別。

圖6 辨析一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力的區(qū)別

設(shè)計(jì)意圖 圍繞生活實(shí)例，以問(wèn)題鏈的形式，逐層遞進(jìn)，鞏固作用力與反作用力的概念；再運(yùn)用所形成的物理觀念和科學(xué)思維分析、解決生產(chǎn)生活中的問(wèn)題，在解決問(wèn)題中進(jìn)一步提高探究能力，逐漸形成探索自然的內(nèi)在動(dòng)力。

《新課標(biāo)》指出，提高物理教學(xué)水平，發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，離不開(kāi)信息技術(shù)與物理學(xué)習(xí)的融合。物理教學(xué)中可以利用信息技術(shù)的輔助手段，讓學(xué)生比較直觀便捷地進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，比如利用video physics軟件，學(xué)生在家就可以探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，也可以利用信息技術(shù)增加課堂的趣味性，比如游戲練習(xí)，可以極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生參與度更高，思想更集中。

（四）解決生活問(wèn)題，根深科學(xué)態(tài)度責(zé)任

情境4 回到引入環(huán)節(jié)火箭升空問(wèn)題，分析火箭驅(qū)動(dòng)的原理。在分析之前，課堂上制作火箭氣球，具體制作步驟是：首先將一根吸管穿過(guò)細(xì)線，然后將吹滿氣的氣球黏貼在吸管外壁，并用手捏住氣球口，再將細(xì)線拉直分別固定兩端，最后從繩子一端釋放捏住氣球的手，以細(xì)線為火箭發(fā)射軌道，氣球就發(fā)射出去了。

設(shè)計(jì)意圖 通過(guò)火箭氣球，學(xué)生可以直觀地感受到氣球向后噴氣，氣球就向前運(yùn)動(dòng)了，這時(shí)再請(qǐng)學(xué)生回答火箭驅(qū)動(dòng)的原理，學(xué)生就可以很容易地說(shuō)出原理：在火箭發(fā)射的過(guò)程中，大量氣體從火箭后端高速噴出，火箭對(duì)氣體有向下的作用，同時(shí)氣體助推火箭向上運(yùn)動(dòng)。此外，以細(xì)繩模擬火箭的發(fā)射軌道，讓學(xué)生感知到，火箭也是沿著一定軌道發(fā)射運(yùn)行的，而且精度要求高，技術(shù)難度大。

說(shuō)到火箭，不得不提我國(guó)自行研制的長(zhǎng)征號(hào)系列運(yùn)載火箭。長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭是我國(guó)載人航天工程、探月工程、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、中國(guó)空間站、火星探測(cè)等航天項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的載體，是人類探索浩瀚宇宙的運(yùn)載工具。通過(guò)回顧我國(guó)火箭發(fā)展的歷史，感知我國(guó)科技的力量，感受科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，樹(shù)立責(zé)任感和使命感。

物理教學(xué)中要善于巧妙地選用多種生活實(shí)例，厘清物理教學(xué)的邏輯脈絡(luò)，而熟悉的生活情景就可以幫助學(xué)生很好地理解抽象的物理知識(shí)，形成物理觀念；通過(guò)觀察生活現(xiàn)象，深入思考，提煉物理問(wèn)題，再通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究得到物理規(guī)律；進(jìn)而能學(xué)以致用，運(yùn)用物理規(guī)律，科學(xué)性地解釋、創(chuàng)造性地解決生活中的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。