核心素养下的高中物理课堂教学探索

【摘要】基于普通高中物理学科核心素养，以2019人教版高中物理选择性必修一第一章“动量守恒定律”中的第二节“动量定理”为例，通过展示课堂教学理念和教学设计有关的探索，让学生在掌握知识的基础上，促进学生核心素养的提升。

【关键词】学科核心素养；物理观念；科学思维；科学探究；科学态度与责任

【中图分类号】G633.7   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2025）04-0052-03

学科育人价值集中体现在学科核心素养上，它是学生在学科学习过程中逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。对于物理学科而言，其核心素养主要涵盖物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任这四个方面。“动量定理”这节课，在整个高中物理阶段，是非常重要的一节内容，本节课从力对时间的累积效果，提出了冲量的概念，又从冲量与动量变化量的关系，得出动量定理，从动量的角度揭示了力和运动的关系。通过本节课的教学，有利于学生核心素养的提升。针对本节课，本人从课堂教学上做了以下的探索。

一、结合新课程理念，紧扣课程标准制定教学目标，注重学生学科核心素养的提升

《普通高中物理课程标准》（以下简称《新课标》）中明确指出：高中物理课程隶属于普通高中自然科学领域，是一门极为重要的基础课程。其根本目标在于切实落实立德树人这一根本任务，通过课程学习，进一步全方位提升学生的物理学科核心素养[1]。

本节课《新课标》中是这样要求的：（1）能在恒力情况下进行理论推导，得出动量定理及其表达式；（2）知道冲量概念，知道动量定理及其表达式的物理意义；（3）知道动量定理适用于变力情况，领会求解变力冲量时的极限思想；（4）会用动量定理解释生活生产中的相关现象和解决实际问题。

本人在教学设计时结合《新课标》，创新使用教材，关注学生的核心素养，制定了具体教学目标。

【教学目标】

1.物理观念

（1）让学生在装有沙子的矿泉水瓶下面抽出纸条或布条，分析物体动量的改变与力和时间的关系；（2）知道冲量的概念，知道冲量的物理意义，会求合外力的冲量；（3）知道动量定理的内容，深刻领悟冲量是改变物体动量变化的原因。

2.科学思维

（1）在理论推导恒力、多力、变力等情况下以及动量变化量与力和时间的定量关系的过程中，让学生进一步经历构建模型、科学推理、科学论证的环节；（2）利用微元的思想分析F-t图像面积的含义，体会物理中的科学方法和类比思想。

3.科学探究

（1）在得出动量定理的过程中，让学生经历提出问题、收集证据、理论解释、小组交流等科学探究的各个环节；（2）通过DIS装置演示变力作用下的碰撞，收集信息，获取证据，分析论证，发展学生的科学探究能力。

4.科学态度与责任

（1）用动量定理去解释生活中的缓冲现象；（2）通过分析高空坠物来提高安全意识与社会责任。

在设计教学目标时创新使用教材，让学生获得知识的同时，又引导学生经历了科学探究的过程，并让学生体会科学探究的方法。教学目标是教育教学活动的核心，是衡量教学效果的重要指标，同时也是逐步提升学生核心素养的关键，教师可以结合课程标准、参考用书等，并创新使用教材，制定教学目标，根据学生的实际情况，调整教学目标的内容和难度。

二、课堂游戏引入，引发学生认知冲突，充分调动学生参与的积极性

挑战游戏一：摔鸡蛋

挑战规则：用力向展开的布上摔鸡蛋，摔碎鸡蛋即挑战成功

挑战游戏二：单手劈砖

挑战规则：一只手按着砖的一半，用另一只手去劈砖的另一半，劈开即挑战成功

提出问题：回想刚才激动人心的时刻，摔鸡蛋和劈砖都出现了碰撞，同样是撞击，为什么薄薄的蛋壳没有碎，而坚硬的青砖却被劈开了呢？

摔鸡蛋和单手劈砖，这两个挑战游戏生活中很常见。但是，学生却无法解释实验现象。在体验之后引发学生认知的冲突，自然生成问题，从而进入新课的教学，这一设计也符合高二学生好奇心强、活泼好动的特点。

三、层层设疑，引导学生经历科学探究的过程

科学探究是指基于观察实验提出问题，形成猜测和假设，设计实验与制定方案，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释。在本节课中，本人先设计了手拉纸条带动瓶子运动的具体实验情境。通过观察实验提出问题，并形成合理的猜测与假设。具体如下。

提出问题：动量变化量的影响因素有哪些呢？它们之间又有什么样的关系呢？

实验探究一：影响动量变化的因素

利用分组实验把纸片或布条从矿泉水瓶下面抽出（必须抽出来）。在抽出的过程中比一比，看谁能让瓶子走得更远，并由此猜测影响动量变化的因素。通过小组交流，搜集证据形成合理猜测：动量的变化量与力和时间都有关系，力越大，时间越长，动量变化量越大。该设计贴近学生的生活，取材方便，有趣味性，寓教于乐。

自然生成问题：同学们能否利用所学知识，进一步探究动量变化量与力和时间存在什么样的定量关系呢？进而过渡到理论探究一环节。

理论探究一：在光滑水平面上的质量为m 的物体在水平恒力F 的作用下，经过时间t，速度由？淄 变为？淄′。试推导恒力F与物体动量变化量之间的关系。

结论：物体在运动方向上只受力F时，存在F？驻t=？驻ｐ即F与？驻t的乘积等于动量的变化量。

理论探究二：假设在水平恒力 F 和阻力f 的共同作用下，经过时间 t，质量为m的物体的速度由？淄1 变为？淄2，试找出力、时间与动量变化量的关系。

结论：物体受多个力时，合力与？驻t的乘积等于动量的变化量（F-f）？驻t=？驻ｐ

理论探究三：在变力作用的情况下，力与时间的乘积还等于动量的变化量吗？

我们可以把实际过程细分为很多时间间隔相等的短暂过程，每个短暂过程仍可近似看做恒力作用，前面推导的结论F？驻t=m？淄′-m？淄仍成立。

对第一小段：F1？驻t1=m？淄1-m？淄0

对第二小段：F2？驻t2=m？淄2-m？淄1

以此类推：Fn？驻tn=m？淄n-m？淄n-1

F1？驻t1+F2？驻t2+F3？驻t3+…+Fn？驻tn=？驻ｐ

结论：在变力作用的情况下，动量的变化量仍然和力与时间的乘积存在定量的关系。

对于动量定理的推导，虽然是理论探究，但也让学生经历了科学探究的过程。先引导学生进行理论探究一：在光滑的水平面上用恒力F拉物体，请同学们推导一下，在这个过程中，恒力F以及？驻t和动量的变化量？驻ｐ之间的定量关系。得出恒力作用：F？驻t=？驻ｐ。又进一步引导学生思考：这个结论具有普遍性吗？刚才物体在运动的直线上，只受了一个力，如果受多个力，比如除了向前的动力F外，还有向后的摩擦阻力f，这个时候，物体的受力和时间、动量变化量之间还有上面的定量关系吗？请同学们进一步推导得出，多力恒力：（F-？覼）？驻t=？驻ｐ。接下来引导学生形成猜测：会不会是合力与时间的乘积等于动量变化量呢？如果是，当合力为变力时，这一结论还成立吗？自然过渡到变力作用的推导。

当推导出动量定理后，在实验验证阶段，通过提供器材，让学生设计实验方案，获取数据信息。基于证据得出结论，当出现误差时让学生做出解释，都很好地体现了科学探究的各个环节。

四、实验验证：动量变化量与力和时间的定量关系

提出问题：物理上任何一个规律的发现都要经得起实践的检验，动量定理能够经得起实践的检验吗？

实验验证一：恒力作用下的动量定理

利用桌上提供的实验器材（打点计时器、纸带、重锤、刻度尺、电子秤、铁架台），大家讨论实验方案，连接装置，设计实验表格记录实验数据，学生分组实验，   小组交流展示。

实验验证二：变力作用下的动量定理

介绍DIS（数字化信息系统）并演示变力作用下的碰撞实验，进一步验证动量定理。通过教师设计问题的情境，让学生通过观察实验提出问题，引导学生形成猜测和假设，再通过师生互动和生生互动，让学生经历设计实验和制定方案的过程，在实验探究中有意识获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，通过一系列活动提升学生的实验能力和科学素养。在应用环节，为了让学生关注社会生活，把教材章末复习与提高中的B组第3题创造性地改为课堂练习，引发思考。

【探究】假设一个质量为50 g的鸡蛋从18楼的窗户掉落，每楼层的高度差为3 m，当鸡蛋与地面撞击时，鸡蛋处于竖直位置，高度为5 cm，鸡蛋下沿落地后，可以认为鸡蛋上沿是匀减速运动，运动到地面时恰好静止，把鸡蛋的上、下沿落地的时间差作为鸡蛋与地面的撞击时间，不考虑空气阻力，试估算从18楼下落的鸡蛋对地面的平均冲击力。在检验高空坠物鸡蛋的破坏性时，又结合理论探究进行了分析，让学生基本明白，科学探究不一定都是实验探究，也可以是理论探究，而且两者都同等重要。

五、结语

本节课结合学生认知规律，老师精心设计学习环节，通过师生互动、生生互动，既培养了学生的动手动脑能力，又加深了对规律的理解。在引导学生探究动量变化量的影响因素及其定量关系时，通过探究过程，让学生经历提出问题、收集证据、理论解释、小组交流等科学探究的各个环节，发展了学生的模型建构、科学推理、科学论证能力；通过实验验证，让学生形成科学的态度；通过解释现象，帮助学生认识科学本质，在提升学生的核心素养方面有较大突破。也希望通过本节课的教学探索，为我们在课堂教学中打开新的思路，更多关注并提升学生的学科核心素养。

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（2017年版2020年修订）[S].北京：北京师范大学出版社，2020.