讲座5《物理学科核心素养解读》

普通高中课程方案和课程标准研讨会物理学科核心素养解读苍南中学孙丁共高中物理核心素养物理观念科学思维科学探究科学态度与责任质疑创新科学论证科学推理模型建构交流解释证据问题社会责任科学态度科学本质每一要素都分为五级水平•物理学科核心素养解读能量观运动与相互作用观物质观核心素养·物理观念物理观念物质观念运动观念相互作用观念能量观念及其应用等经典物理现代物理解释自然现象解决实际问题描述自然界的图景核心素养·物理观念物理核心素养的水平素养水平物理观念水平1能从物理学的视角观察自然现象；具有将物理学与实际相联系的意识。水平2形成初步的物理观念；能从物理学的视角解释一些自然现象，能运用物理知识解决实际问题。水平3具有物理观念；能从物理学的视角描述和解释自然现象，能运用物理知识解决实际问题。水平4具有清晰的物理观念；能用物理学的视角正确描述和解释自然现象，能综合运用物理知识解决实际问题，能指导工作和生活实践。水平5具有清晰、系统的物理观念；能从物理学的视角正确描述和解释自然现象，能灵活运用所学的物理知识解决实际问题，能有效指导工作和生活实践。学考水平高考水平自招水平形成物理观念解决物理问题核心素养·物理观念一、注意教学的层次性物理观念的第一个要点，是“从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华”。培养公民的素养教学基于学考水平的教学基于选考水平的教学基于自招水平的教学核心素养·物理观念一、注意教学的层次性培养公民素养的教学核心素养·物理观念一、注意教学的层次性基于学考水平的教学例：某汽车在紧急刹车时的加速度的大小是6m/s2,如果必须在2s内停下来，汽车的行驶速度最高不能超过多少？核心素养·物理观念一、注意教学的层次性基于选考水平的教学例．一物体以一定的初速度在地面上匀减速动．若已知物体在第1秒内位移为8.0m，在第3秒内位移为0.5m．则下列说法正确的是()A．物体的加速度大小一定为3.75m/s2B．物体的加速度大小可能为3.75m/s2C．物体在第0.5秒末速度一定为4.0m/sD．物体在第2.5秒末速度一定为0.5m/sa=-3.75m/s2v3=-1.375m/st=2.67smvmvF粗糙水平面向右减速光滑水平面向右减速核心素养·物理观念一、注意教学的层次性基于自招水平的教学例：（自招训练题）一辆长为5m的汽车以v1=15m/s的速度行驶，在离铁路与公路交叉点175m处，汽车司机突然发现离交叉点200m处有一列长300m的列车以v2=20m/s的速度行驶过来，为了避免事故的发生，汽车司机应采取什么措施？（不计司机的反应时间）措施1：加速通过措施2：减速等待措施3：减速通过火车尾对火车：对汽车：V车=-1m/s核心素养·物理观念一、注意教学的层次性培养公民的基本素养基于学考水平的教学基于选考水平的教学基于自招水平的教学核心素养·物理观念一、注意教学的层次性培养公民的基本素养基于学考水平的教学基于选考水平的教学基于自招水平的教学知识可以看作是一系列相互联系的、具有内在结构的事实形成的。知识更具有客观性、系统性和内在的结构性。观念是对一系列相关的观点进行提炼概括形成的。从这个意义上讲，观念是主观的，因为观点更具有主观性.核心素养·物理观念二、增加物理知识与实际问题的联系物理观念的第二个要点，是“会用物理观念解释自然现象和解决实际问题”。要做到这一点，必须强化物理知识与实践情境的关联，提高把物理知识与实践情境进行联系的自觉性，增强学生的实践意识。当学生面对物理语言、文字和符号时，能自觉地联想相应的物理情境；当学生面对实践情境时，会自然联想到与此相关的物理概念和规律。这就是物理概念和规律的升华。核心素养·物理观念二、增加物理知识与实际问题的联系【例】“电动势”的引入教学核心素养·物理观念二、增加物理知识与实际问题的联系●把跟学生生活联系密切的问题、社会热点中的物理问题、现代科技成果等有实践情境的教学内容引进课堂；●用生活中的器具做物理实验，加强物理知识与生活的联系；●创设真实情境、并通过对真实情境的思维加工来建立物理概念；用物理规律分析和解决真实情境中的问题；●养成估计生活中有关物理量大小的习惯，乐于对媒体消息中物理量的大小进行审视，勇于对媒体信息中的不合理数据进行质疑。核心素养·物理观念物理观念物理亚观念物理观念物理亚观念物理观念物理亚观念物质观念粒子物质观运动与相互作用观念运动观能量观念能量普适观原子物质观相互作用观能量多样观分子物质观运动与相互作用联系观能量转化观宏观物质观能量量度观宇宙物质观时空观能量守恒观非实物物质观节能环保观其他物体观念摘自梁旭老师论文核心素养·科学思维客观事物的本质属性内在规律相互关系经验事实理想模型分析综合推理论证提出质疑、批判物理学视角认识方式概括过程思维方法内化提出创造性见解能力品质核心素养·科学思维科学思维。模型建构科学推理科学论证质疑创新掌握科学方法核心素养·科学思维一、重视对理想模型的建构和应用1.高中物理课程中的两种理想模型(1)关于研究对象、装置或条件的理想模型:质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、匀强电场、理想变压器等。(2)关于运动过程的理想模型:匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动、简谐运动、弹性碰撞、等温过程、绝热过程等。核心素养·科学思维一、重视对理想模型的建构和应用能说出简单物理模型能在熟悉情境中应用常见物理模型能在熟悉情境中选用恰当模型解决简单问题能将实际问题中的对象和过程转换成物理模型能将较复杂实际问题的对象和过程转换成物理模型2.《课程标准》对模型建构要求的层次核心素养·科学思维一、重视对理想模型的建构和应用【例】“回旋加速器”的教学+_+_+_+_m+qBA(直线加速器)磁场回旋(回旋加速器)xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx电场加速多级加速静电屏蔽交变电源同步条件*用什么方法可以加速带电粒子？*如何突破加速电压的限制，使带电粒子获得更大的能量？*对此方案你发现有什么问题吗？如何解决？*为使带电粒子能够一路加速,电源AB端的极性应满足怎样的条件?*如果电源极性改变的频率不变,怎样才能保证带电粒子同步加速？*如果只用一个电场,能否让带电粒子自动返回,实现多次加速呢？*随着带电粒子速度和轨道半径的增大，交变电源的频率要改变吗？*假如由你来设计一台回旋加速器，要求能使带电粒子获得更高的能量，你打算采用哪些措施？……核心素养·科学思维二、重视推理过程1.科学推理的含义由一个或几个已知结论推出另一个新结论的思维方式，叫科学推理。2.高中物理课科学推理的常见方式归纳推理：由个别性判断推出一般性判断的推理。例如，根据大量观察、实验的数据，通过分析与归纳，得出一般性结论。演绎推理：由一般性判断推出个别性判断的推理。例如，根据已知的一般性规律，在一定条件下数学推导，得出个别性结论。类比推理：根据两个对象在某些属性上相同或相似，通过比较而推断出它们在其他属性上也相同的推理过程。核心素养·科学思维能对常见的物理现象进行简单的分析能对比较简单的物理现象进行分析推理，获得结论能对常见的物理现象进行分析推理，获得结论并作出解释能对综合性物理问题进行分析推理，获得结论并作出解释能在新的情景中对对综合性物理问题进行分析推理，获得正确结论并作出解释二、重视推理过程3.《课程标准》对科学推理要求的层次核心素养·科学思维二、重视推理过程【例】“太阳与行星间的引力”的教学核心素养·科学思维二、重视推理过程核心素养·科学思维二、重视推理过程【例】“太阳与行星间的引力”的教学行星运动的特征？太阳对行星有力的作用？推导过程中，v、w、r、T哪些物理量容易观测？行星的运动轨迹是椭圆，为什么可以用圆周运动规律分析？推导引力与行星质量及两者之间距离关系由牛三得到引力与太阳质量及两者之间距离关系……匀速圆周运动的条件？类比教学中的有效推理过程，能促使他们运用已有知识，通过质疑、分析或推理，去主动建构新知识的问题。核心素养·科学思维三、增强学生科学论证能力1.《课程标准》对科学论证要求的层次能区别观点和证据能使用简单和直接的证据表达自己的观点能恰当使用证据表达自己的观点能恰当使用证据证明物理结论能考虑证据的可靠性，合理使用证据核心素养·科学思维三、增强学生科学论证能力•电势变化•电势能变化•电场力做功•动能变化知识的丰富科学论证【例】“电动势”的教学核心素养·科学思维四、在质疑、创新过程中发展思维能力1.《课程标准》对质疑创新要求的层次知道质疑和创新的重要性具有质疑和创新的意识能对已有的观点提出质疑，从不同角度思考物理问题能对已有的结论提出有依据的质疑，采用不同方式解决物理问题能从多个角度审视检验物理结论，解决物理问题具有一定的新颖性核心素养·科学思维四、在质疑、创新过程中发展思维能力质疑的行为大致可以分为两个层次：一是对知识了解不够，没有弄懂，无法解决具体问题，提出疑问，这是低层次的；二是发现所观察到的现象与已有认知不吻合，或者发现已有认知之间不能自恰，从而对现有认知的科学性和合理性提出疑问，以至于萌发出新的猜想，这是高层次的。应倡导高层次的质疑行为，历史上物理学的重大发现都是由高层次的质疑行为引发的。核心素养·科学思维四、在质疑、创新过程中发展思维能力【题目】有人描述了这样一个情境：“早年，一名飞行员驾着飞机在空中水平匀速飞行，飞机座舱的上部是开放的，空中经常出现地面射出的流弹，有一次，飞行员感觉脸上有一只虫子在浮动，抓过来一看，竟是一颗步枪子弹！”从物理原理上看，你认为这种情境可能发生吗？请说出你的结论。并根据子弹和飞行员的相对运动关系论述你的结论。摘自黄恕伯老师讲座核心素养·科学思维四、在质疑、创新过程中发展思维能力科学思维（质疑创新）水平四能对已有结论提出有依据的质疑，采用不同方式分析解决物理问题。科学思维（证据意识）水平五能考虑证据本身的科学性，恰当使用证据，从多个视角审视检验结论。评分标准：能从水平方向和竖直方向两方面正确分析。论点和论据吻合。论据的物理原理正确。核心素养·科学思维四、在质疑、创新过程中发展思维能力回答举例1（满分）不可能发生。上述情境最有可能发生的条件是子弹和飞行员的水平速度相等，在水平方向上子弹和飞行员不会产生相对运动。但即便如此，竖直方向上，子弹相对飞行员还在做竖直上抛运动。设子弹飞行到最高点时恰好接触飞行员的脸，此后子弹相对飞行员做自由落体运动，设子弹触脸下落10cm被飞行员抓住，根据自由落体运动的位移公式，可列方程0.1＝10×t2/2，解得t＝0.14秒，要在这么短的时间内完成动作，几乎超出了人的反应时间的极限，这在飞行员在驾驶飞机时是不可能做到的。核心素养·科学思维四、在质疑、创新过程中发展思维能力回答举例2（满分）可能发生。水平方向:若子弹和飞行员的水平速度相等，在水平方向上子弹和飞行员不会产生相对运动。竖直方向:子弹相对飞行员在做竖直上抛运动。设子弹在脸上浮动时还在继续向上运动，其上升30cm后到达最高点再下落30cm到脸部，这段时间飞行员都有可能抓住子弹，可以计算子弹上升和下落30cm所经历的时间一共是0.5s，飞行员完全可以在这0.5s时间内做出反应，抓住子弹。核心素养·科学思维四、在质疑、创新过程中发展思维能力回答举例3（满分）不可能发生。当子弹飞行的水平速度跟飞机速度相等时似乎可以实现题中情境，但实际上是不可能的。因为子弹水平速度若跟飞机速度相等，则子弹相对飞机的作竖直上抛运动，也就是说，坐在飞机上的人观察子弹的运动方向是竖直向上的，子弹要到达飞行员脸部，在路径上需要穿越飞机的座舱，这是不可能的。重视论证的道理（过程），不追求结果。核心素养·科学探究科学探究作出假设制定计划提出问题搜集证据表达交流解释问题核心素养·科学探究一、设计探究过程，亲历知识形成过程【例】“伽利略对自由落体运动的研究”教学实验验证◎实验设计：如何验证？st2◎实践体验：测量小球下落的高度与时间（困难？）◎修正方案：让小球沿斜面运动……（理由？）◎实验验证：（学生参与