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基于核心素养的教学设计——牛顿运动定律的应用

江丕武

浙江省泰顺中学

（泰顺

325500）

一、教学目标

素养类别

物理观念

教学目标

1、知道牛顿运动定律的内容及本章的知识网络体系

2、掌握物理问题的解决方法和策略教学模式

通过较为复杂的问题解决过程问题解决的模式：创设情境→提出问题→分析问题→解决问题→总结规律→迁移应用

通过有目的地创设许多问题情境，启发学生思考和讨论，经历方法与策略的习得过程。

通过观察理解问题，抓住问题特征进行广泛联想、检索和回忆信息，熟悉正确的问题解决过程，形成养成良好的问题解决习惯，对培养学生的思维能力和提高学生的思维品质具有重要意义。

科学思维

科学探究

科学态度与责任

二、教学内容与学生分析

通过对学生运用牛顿第二定律解决问题时存在的问题的分析，认识到：虽然学生已经学习了相关概念和规律，但在解决一些综合性问题还是无从下手，其原因是缺少分析问题和解决问题的方法和策略。于是，有目的地创设许多问题情境，启发学生思考和讨论，经历方法与策略的习得过程。通过对问题进行深层次探究，有效地进行方法和策略的教学。充分体现了问题解决方法和策略的教学既是本节课的教学目标，也是本节课堂教学的任务，同时还是本节课的教学内容。

本节课突出了物理中较为复杂的问题解决过程，在教学中较好地体现了问题解决的模式：创设情境→提出问题→分析问题→解决问题→总结规律→迁移应用。在注重物理方法教学的同时也较好地体现了问题解决策略的教学，问题解决策略的教学更显性化，如内外转化的策略、分解的策略等。在教学过程中，通过启发式教学，精心设置问题情境，来转化学生的问题意识，让他们自己主动提出问题，能总结、评价和反思，把策略训练提高到反省认知的水平，并进行普遍迁移。

三、任务分解

任务1：构建本章的知识网络

”

任务2：以“传送带”为例研究和归纳用牛顿第二定律解决问题的方法和策略

任务3：以“轻杆”为例研究杆对球的作用力

任务4：以“斜面”为例研究地面对斜面的摩擦力

”

1

四、教学活动

任务1：构建本章的知识网络

任务2：以“传送带”为例研究和归纳用牛顿第二定律解决问题的方法和策略

抛砖引玉：

0例1：如图所示，传送带与地面倾角为37，AB长度L=为16m,传送带以v=10m/s的速率逆时针转动,在传送带的上端轻轻地放一个质量为0.5kg的物体,它与传送带间动摩擦因素μ=0.5。求物体从A到B的时间。

师：这是一道典型的动力学问题，让我们一起研究。首先，研究的对象是传送带上的物体，把物体轻轻地放上去，说明它的初速度为零，开始时物体的速度小于传送带的速度，物体受到沿传送带向下的滑动图1 摩擦力，受力分析如图所示。

问题

1.如图1：能否由牛顿运动定律求出它的加速度？

2.如图1：物体能始终以一定的加速度a一直向B方向做匀加速运动吗？

3.如图1：物体与传送带的速度相等后，物体能与传送带一起运动吗？

4.如图1：物体从A端到B端运动过程分成几个阶段？

5.如图1：用牛顿运动定律解决动力学问题的方法、思路、策略怎样？

问题指向的素养目标

知道牛顿运动定律的内容。（物理观念）

通过“传送带”为情境引导学生由浅入深研究物体的运动过程和状态，并建立对应的运动模型，根据模型对应规律列方程求解。（科学思维）

通过观察理解问题，抓住问题特征进行广泛联想、检索和回忆信息，熟悉正确的问题解决过程，形成养成良好的问题解决习惯，对培养学生的思维能力和提高学生的思维品质具有重要意义。(科学态度与责任)

教学建议：

思维引导建议：通过学生思考、交流、讨论、回答。综合起来整个过程的运动时间为t=t1+t2=1S+1S=2S。这是一道典型的用牛顿第二定律解决的动力学问题，哪位同学来归纳解题的方法、思路和策略？学生思考、交流、讨论、回答，师生一起归纳总结。

大致可以分三步走：

一、分析物体两个过程的受力情况和运动情况。

2

二、找出它们之间的联系（如时间关系、长度关系、速度关系、力和加速度的关系）。

三、综合联立方程求出。

这样的方法，我们叫做分析综合法。其操作程序或过程由三个环节组成，即分—联—合。下面我们进一步阐述：

1、分。分就是分析，即把整体分解为部分、复杂的事物分解为简单的要素加以研究。在运用牛顿定律时，分为以下三个方面：

（1）对象分离：把研究对象从整体中隔离出来

（2）过程分段：把复杂的物理过程分解为若干阶段

（3）动力学分析：对物体的受力和运动情况进行分析：研究动力学问题，把研究对象分离、过程分段后，都要对物体的受力和运动情况做详细地分析。

2、联。联就是联系，组成事物整体的各个部分处于相互联系或相互作用之中的，分析之后，应该在分析的基础上进一步研究和寻找部分与部分、部分与整体之间的联系。这才能正确把握事物的客观规律。在运用牛顿定律时，联主要有以下三个方面：

（1）在时空上，要寻找物理过程之间的时空关系：例如，在例1中寻找时间上延续关系t=t1+t2；空间上的几何关系L=L1+L2；过程间的速度关系，即前过程的末速度就是后过程的初速度。

（2）在对象上，要明晰物体相互作用的依存关系：例如，在例1的物体和传送带之间的弹力、摩擦力的作用力与反作用力关系。

（3）在逻辑上，要正确把握事物发展的因果关系：逻辑上的因果关系，这里是指力与运动的关系。牛顿第二定律是一个作用于效果相一致的因果规律，其作用与效果一致表象为“四同”：A.对象同体：受力物体和产生加速度的物体是同一物体，即“心心相印”。B.时间同时：力与加速度同时产生，同时消失，同时变化，即“同生共死”。C.方向同向：加速度方向与力的方向始终相同，随力的方向变化而变化，即“夫唱妇随”。D.因果同在：有怎样的力的作用，就有怎样的加速度与之对应，即“没有无缘无故的爱，也没有无缘无故的恨”

（2）教学活动建议:所有问题均由学生思考、交流、讨论、回答，教师补充完善。

任务3：以“轻杆”为例研究杆对球的作用力

学以致用：

例2：如图所示，在小车的硬杆AB的B端，固定一个质量为m的小球，杆与竖直方向成θ角。求杆对球的作用力多大？

图2

问题

1.如图2：如果小车沿水平面向右运动，杆对球的作用力多大？

2.如图2：如果小车沿水平面向右以速度v做匀速直线运动，杆对球的作用力多大？

3.如图2：如果小车静止在水平面上，杆对球的作用力多大？

4.如图2：如果小车沿水平面向右以加速度a做匀加速直线运动，杆对球的作用力多大？

5.如图2：如果小车沿水平面向右以加速度a逐渐变小为零，又向左逐渐变大，那么杆对球的作用力大小和方向如何变化？

问题指向的素养目标

知道绳子的拉力必定沿绳子的方向，而杆的作用力不一定沿杆的方向；知道物体的受力情况决定物体的运动状态的变化，物体的运动状态的变化必定反映物体的受力情况。（物理观念）；

通过改变小球的运动状态来研究杆对球的作用力大小和方向的变化。（科学探究）

通过演示多媒体动画化抽象为具体。（科学思维）

树立牛顿第二定律是一个作用于效果相一致的瞬时

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因果规律。（科学态度与责任）

教学建议：

（1）思维引导建议：教师先不明确小车的运动状态，让学生思考杆对小球的作用力多大？引发认知冲突，然后说明在小车匀速、静止、以加速度a、以及加速度a大小先减少后增大情况下杆对小球作用力的大小和方向如何变化？要让学生思考、讨论、回答，教师归纳，并演示多媒体动画，化抽象为具体。

（2）教学活动建议：对问题2要求学生独立思考后展示自己的推导论证过程，可让学生回答，其他有不同意见的同学提出自己的想法，教师适当引导。

任务4：以“斜面”为例研究地面对斜面的摩擦力

3、合。合就是综合，即把事物的各部分、各方面、各种因素联结起来，形成对客观事物的全面的、统一的、整体的认识，从而在总体上把握事物的本质。

例3：如图所示,质量M=10kg的木楔ABC静置于粗糙水平地面上，动摩擦系数μ=0.02，在木楔的倾角θ为30°的斜面上，有一质量m=1.0kg的物块由静止开始沿斜面下滑。当滑行路程s=1.4m时，其速度v=1.4m/s。在这过程中木楔没有动，求地面对木楔的摩擦力。(重力加图3 速度取g=10m/s2) 问 题

1.如图3：第一步—分：对象如何分离？

2.如图3：第二步—联：寻找分离对象的因果关系？

3.如图3：第三步—合：寻找分离对象的依存关系？

问题指向的素养目标

掌握物理问题的解决方法和策略教学模式（科学思维）

知道把事物的各部分、各方面、各种因素联结起来，形成对客观事物的全面的、统一的、整体的认识，从而在总体上把握事物的本质。(科学态度与责任)

教学建议：

（1）思维引导建议：引导学生从系统隔离研究对象，进行受力分析，根据因果关系、依存关系列方程求解。也可以居高临下，总览全局，选取斜面和物体这个整体为研究对象根据牛顿第二定律列方程求解。

（2）教学活动建议:对问题3可小组讨论后回答，要求学生依据获得的结论和已有知识先进行分析判断，鼓励有不同意见的学生进行争论，同学与教师补充完善。

3、画龙点睛

教师总结解决问题的策略：

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1、分析综合法。这是研究物理问题最基本、最重要的方法，一般可分为分、联、合三个环节，分就是研究部分，联就是把握关系，合就是认识整体。运用牛顿运动定律解决问题，正是分析与综合相互结合、相互渗透、相互统一的过程，学习、理解和掌握了分析综合法，一定会对我们的学习带来事半功倍的效果。

2、内外转化法（整体法和隔离法）。这是研究物理问题常用的策略，解决物理问题时，必须确定研究对象，也称为系统，系统的选取要视具体问题而定，对同一题目，系统可以选取得大些，也可选小一些。当系统选得大时，某物体属于系统；而当系统选得小时，该物体可能就转化外界了。若我们能在思维上将系统内外的意义合理转化，常常可给问题的分析和求解带来很大的方便。

3、过程分段法。这就是分解的策略，是我们解决复杂问题时常用的策略。

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