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摘 要：以高中物理必修2“动能 动能定理”的教学为例，遵从“课前准备—新课引入—理论探究—升华应用”的教学过程主线，设计出一个符合新课程改革理念，努力将物理学科核心素养理念有效地融入教学内容的教学过程设计案例，以期对培养高中学生物理学科核心素养的课堂实践教学提供借鉴和参考。
关键词：核心素养;教学设计;高中物理;动能和动能定理
Abstract： Taking the section of “Kinetic Energy and Kinetic Energy Theorem” in the second compulsory physics in senior high school as an example， following the teaching main line of “Pre-class preparation - Introduction to new lessons - The theoretical exploration - Sublimation and application”. Designed a instructional design case which conforms to the new curriculum reform idea and effectively integrates the core literacy concept of physics into the teaching objective and content. With a view that providing reference for the classroom practice teaching of cultivating high school students’ core literacy of physics subject.
Key words： core literacy; instructional design; physics in senior high school; kinetic energy and kinetic energy theorem
1.研究背景
为进一步深化基础教育课程改革，2013年，教育部组织了260多名专家，开展了普通高中课程的修订工作。本次修订对21世纪以来中国普通高中课程改革十余年的宝贵经验进行了深入总结，并借鉴了国际科学教育的最新发展和课程改革的突出成果，共历时4年完成了对普通高中课程方案和14门学科课程标准的修订工作。2018年1月，教育部發布的《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称课程标准）明确界定：学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。[1]课程标准的基本理念从双基到三维目标再到物理学科核心素养，充分体现了基础教育课程和教学改革的基本思想已从知识本位到以人为本的转变。高中物理教师也应适应核心素养发展的时代要求，及时转变教学理念，努力将物理核心素养的培养贯穿于物理教学的全过程中。教学设计作为教学实践的重要环节，在培养高中学生物理核心素养的过程中起着相当重要的作用，对物理核心素养要求下教学设计的研究也具有了重要意义。[2]因此，笔者从培养和发展学生物理学科核心素养的角度出发，对高中物理“动能 动能定理”一节进行了教学过程设计研究与分析。
2.教学过程设计实例
2.1课前准备
将学生分为4人一组，布置预习任务。通过查阅资料等方式调查：
1.汽车超载与超速行驶的危害有哪些？
2.什么叫汽车的刹车距离（制动距离）？
学生将查到的结果在课前以书面报告的形式上交。
思考：为什么汽车超载或超速行驶能造成如此大的危害？
2.2新课引入
学生活动1——小组讨论：对汽车超载与超速行驶（不规范行驶）造成严重事故的感受及思考，并对思考中的问题进行猜想。（教师引导学生从动能、能量守恒的角度分析推理。）
学生活动2——观看“从物理学角度分析汽车超载与超速行驶的危害”动画视频：我们已经知道动能的大小主要由物体的质量和速度决定。当汽车超载行驶时，就意味着汽车的质量很大，质量越大，惯性就越大，动能也越大。同样的道理，当汽车超速行驶时，汽车的速度就很大，速度越大，动能也越大。在刹车时，只有地面对车的滑动摩擦力做负功，根据功能关系，汽车刹车时动能越大，汽车的刹车距离就会延长，在遇上紧急突发情况下，刹车来不及的话，车辆很容易会发生碰撞，从而造成严重的交通事故。学生在观看视频的同时，在作业纸上记录并分析汽车超载与超重造成严重后果的主要原因，（教师引导学生从功能关系出发构建简单的物理模型，并引导学生尝试用物理表达式表示刹车过程中的功能关系。）并在组内交流，提出需要深入研究的问题。
学生通过上述活动，初步了解了汽车超载与超速造成交通事故的主要原因，初步构建了汽车刹车过程中功能转化的表达式，（“滑动摩擦力做负功=车的动能变化”即“-Fl=0-车的动能”）并提出需要深入探究的核心问题：我们如何用物理符号表示的表达式来描述汽车的动能进而描述汽车刹车过程中摩擦力做的功与汽车动能的转化关系？
2.3理论探究
教师将学生分为3个大组。
问题1：动能的变化是用什么力做的功来度量的呢？
师：我们很少直接去研究某个能量，往往是通过做功研究某种能量的变化进而得出某种能量的具体形式，因为功是能量转化的量度。例如重力势能的变化用重力做的功来量度，进而定义了重力势能的表达式，在汽车刹车过程中的动能的变化用摩擦力做的功来量度，那在更一般的情况下，动能的变化又用什么力做的功来度量，我们又该如何去构建物理模型呢？ 活动1——小组讨论：由对汽车刹车过程中功能转化关系以及动能的影响因素的分析，我们构建的物理模型中应该要有哪些物理量？
要求：同组同学之间讨论交流观点，不同小组的同学之间再相互讨论发表见解。
活动2——建构物理模型
由活动1的探究结果可知，我们构建的物理模型中应该包括描述功的物理量力（F）和位移量（l），以及描述动能的物理量质量（m）和速度（v），但又要使动能发生变化，为了研究方便，我们应该建立恒力和位移方向在同一直线上，且速度发生变化的直线运动物理模型。（教师引导学生构建模型，并利用演绎推理的方法进行理论探究。）
情境1：如图2.1所示，质量为m的物体沿着光滑水平面运动，并在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移l，速度从v1增加到v2，求用功描述的物体动能变化的表达式。
情境2：如图2.2所示，质量为m的物体沿着粗糙水平面运动，并在摩擦力Ff的作用下发生一段位移l，速度从v1变化到v2，求用功描述的物体动能变化的表达式。
情境3：如图2.3所示，质量m为的物体在与运动方向相同的恒力F的作用下，沿粗糙的水平面运动了一段位移l，受到的摩擦力为Ff，速度从v1变为v2，求用功描述的物体动能变化的表达式。
活动3——演绎推理
第1组同学完成情境1的探究任务。
第2组同学完成情境2的探究任务。
第3组同学完成情境3的探究任务。
要求：
①每位学生独立完成该小组的探究任务。（教师可引导学生用牛顿第二定律和运动学规律来推导力做功与物体动能的转化关系。）
②同组同学对探究结果分析讨论后，归纳探究结论。
③每组派1位代表讲解本组理论探究过程中用到的方法、物理规律等，并总结本组理论探究的结论。
④根据自己组与其他组的理论探究汇报成果，先完成表2.1中EK的物理表达式，再完成表2.1探究1～4。
⑤如果用EK2表示一个过程中的末动能，用EK1表示这个过程的初动能，用W表示这个过程中合外力做的功，完成表2.1探究5。
教师也可增加“活动5——演示实验”来通过实验验证动能定理，使同学们更深入的体会动能定理的正确性。关于演示实验部分，教师可以自由发挥，选择适合实际教学情况的实验方案。
2.4升华应用
例1：一辆重1500kg的小轿车在平直的公路上以10m/s的速度行驶，忽然发现前方20m处有一静止的大货车，司机立刻刹车制动，司机的反应时间为0.5s，小轿车与地面的摩擦因数为0.5，请问，小轿车会不会与大货车发生碰撞？
要求：分別使用动能定理和牛顿第二定律两种方法进行解答。并讨论哪种方法更简便。
师：在我们理论探究中，动能定理是在物体受恒力作用，并且做直线运动的情况下得到的，当物体受变力作用，或物体做曲线运动时，大家可以采用过去的“微元法”，把变力或曲线过程分解为许多小段，可认为物体在每小段运动中受到的是恒力，且运动的轨迹是直线，从而能得到更一般情况下的动能定理，我们将在下节课的习题课中进行理论证明，有兴趣的同学可以先查阅相关资料进行证明。正因为动能定理适用于变力做功和曲线运动的情况，所以在解决一些实际力学问题时，它得到了比牛顿第二定律更广泛的应用。
3.教学过程设计的解释和说明
本节课的教学通过精心设计的活动、问题、表格等很好的促进了学生物理学科核心素养的全面发展。课前准备以汽车超载与超速行驶为情景素材，并让学生调查汽车超载与超速行驶的危害以及原因，以书面报告形式展现调查结果，密切联系学生实际生活，很好的培养了学生的数据收集能力和调查能力。教师紧接着用电影《流浪地球》的经典台词引入新课，通过小组讨论交流，发表自己对汽车超载与超速行驶的感受，激发学生的学习动机和社会责任感。接着通过观看“从物理学角度分析汽车超载与超速行驶的危害”动画视频，并在纸上记录主要数据，培养学生通过观看视频获取有用信息的能力，进而提出需要探究的核心问题。
理论探究过程以“功是能量转化的量度”作为切入点，主要围绕着“根据核心问题的需要如何建构物理模型以及建构怎样的物理模型”展开。主要培养和发展学生的科学思维能力。在分组探究中，除了探究过程中主要运用到的演绎推理法培养了学生的科学思维能力，还主要培养了学生探究时交流合作的精神，培养学生发现问题，主动探索的意识。通过探究表格的完成过程，培养学生对信息的综合处理能力。最后，通过升华应用的例题，培养学生将理论应用于实践的能力，进一步培养学生的科学态度与责任感。
通过本节课的学习，培养了学生的运动观念和本节课的核心物理观念——能量的观念。使学生理解动能的概念，并通过运动与能量联系观念的深化，逐步掌握动能定理，并学会使用动能定理解决实际问题。可见，本节课的教学过程的设计重视理论探究，更符合新课程改革理念，切实做到了将物理学科核心素养理念有地融入教学目标和课堂教学内容各个方面，从而达到全面发展学生的物理学科素养的要求。
4.总结和展望
物理核心素养导向的教学是体现物理课程价值的必由之路，教师应该转变教学观念，以学生核心素养提升为目标，改革教学的方法和过程，关注学生个体知识的建构和应用，创设有利于能力发展的学习和现实情景，以身作则培养学生的物理核心素养。[3]核心素养教育作为新提出的教育理念，有很大的进步意义。为了更好的培养高中学生的物理学科核心素养，广大的教育工作者有责任和义务，积极的探索物理学科核心素养导向下的教学设计研究，丰富物理学科核心素养导向下的物理教学设计案例，并努力将培养高中学生物理学科核心素养的教学设计应用到不同类型的物理课中，包括概念课、规律课、实验课、习题课等。
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）[S].北京：人民教育出版社，2018.
[2]赵志成.培养高中学生物理核心素养的教学设计研究[D].扬州：扬州大学，2018.
[3]林钦，陈峰，宋静.关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J].课程·教材·教法，2015，（12）：90-95.
关键词：核心素养;教学设计;高中物理;动能和动能定理
Abstract： Taking the section of “Kinetic Energy and Kinetic Energy Theorem” in the second compulsory physics in senior high school as an example， following the teaching main line of “Pre-class preparation - Introduction to new lessons - The theoretical exploration - Sublimation and application”. Designed a instructional design case which conforms to the new curriculum reform idea and effectively integrates the core literacy concept of physics into the teaching objective and content. With a view that providing reference for the classroom practice teaching of cultivating high school students’ core literacy of physics subject.
Key words： core literacy; instructional design; physics in senior high school; kinetic energy and kinetic energy theorem
1.研究背景
为进一步深化基础教育课程改革，2013年，教育部组织了260多名专家，开展了普通高中课程的修订工作。本次修订对21世纪以来中国普通高中课程改革十余年的宝贵经验进行了深入总结，并借鉴了国际科学教育的最新发展和课程改革的突出成果，共历时4年完成了对普通高中课程方案和14门学科课程标准的修订工作。2018年1月，教育部發布的《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称课程标准）明确界定：学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。[1]课程标准的基本理念从双基到三维目标再到物理学科核心素养，充分体现了基础教育课程和教学改革的基本思想已从知识本位到以人为本的转变。高中物理教师也应适应核心素养发展的时代要求，及时转变教学理念，努力将物理核心素养的培养贯穿于物理教学的全过程中。教学设计作为教学实践的重要环节，在培养高中学生物理核心素养的过程中起着相当重要的作用，对物理核心素养要求下教学设计的研究也具有了重要意义。[2]因此，笔者从培养和发展学生物理学科核心素养的角度出发，对高中物理“动能 动能定理”一节进行了教学过程设计研究与分析。
2.教学过程设计实例
2.1课前准备
将学生分为4人一组，布置预习任务。通过查阅资料等方式调查：
1.汽车超载与超速行驶的危害有哪些？
2.什么叫汽车的刹车距离（制动距离）？
学生将查到的结果在课前以书面报告的形式上交。
思考：为什么汽车超载或超速行驶能造成如此大的危害？
2.2新课引入
学生活动1——小组讨论：对汽车超载与超速行驶（不规范行驶）造成严重事故的感受及思考，并对思考中的问题进行猜想。（教师引导学生从动能、能量守恒的角度分析推理。）
学生活动2——观看“从物理学角度分析汽车超载与超速行驶的危害”动画视频：我们已经知道动能的大小主要由物体的质量和速度决定。当汽车超载行驶时，就意味着汽车的质量很大，质量越大，惯性就越大，动能也越大。同样的道理，当汽车超速行驶时，汽车的速度就很大，速度越大，动能也越大。在刹车时，只有地面对车的滑动摩擦力做负功，根据功能关系，汽车刹车时动能越大，汽车的刹车距离就会延长，在遇上紧急突发情况下，刹车来不及的话，车辆很容易会发生碰撞，从而造成严重的交通事故。学生在观看视频的同时，在作业纸上记录并分析汽车超载与超重造成严重后果的主要原因，（教师引导学生从功能关系出发构建简单的物理模型，并引导学生尝试用物理表达式表示刹车过程中的功能关系。）并在组内交流，提出需要深入研究的问题。
学生通过上述活动，初步了解了汽车超载与超速造成交通事故的主要原因，初步构建了汽车刹车过程中功能转化的表达式，（“滑动摩擦力做负功=车的动能变化”即“-Fl=0-车的动能”）并提出需要深入探究的核心问题：我们如何用物理符号表示的表达式来描述汽车的动能进而描述汽车刹车过程中摩擦力做的功与汽车动能的转化关系？
2.3理论探究
教师将学生分为3个大组。
问题1：动能的变化是用什么力做的功来度量的呢？
师：我们很少直接去研究某个能量，往往是通过做功研究某种能量的变化进而得出某种能量的具体形式，因为功是能量转化的量度。例如重力势能的变化用重力做的功来量度，进而定义了重力势能的表达式，在汽车刹车过程中的动能的变化用摩擦力做的功来量度，那在更一般的情况下，动能的变化又用什么力做的功来度量，我们又该如何去构建物理模型呢？ 活动1——小组讨论：由对汽车刹车过程中功能转化关系以及动能的影响因素的分析，我们构建的物理模型中应该要有哪些物理量？
要求：同组同学之间讨论交流观点，不同小组的同学之间再相互讨论发表见解。
活动2——建构物理模型
由活动1的探究结果可知，我们构建的物理模型中应该包括描述功的物理量力（F）和位移量（l），以及描述动能的物理量质量（m）和速度（v），但又要使动能发生变化，为了研究方便，我们应该建立恒力和位移方向在同一直线上，且速度发生变化的直线运动物理模型。（教师引导学生构建模型，并利用演绎推理的方法进行理论探究。）
情境1：如图2.1所示，质量为m的物体沿着光滑水平面运动，并在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移l，速度从v1增加到v2，求用功描述的物体动能变化的表达式。
情境2：如图2.2所示，质量为m的物体沿着粗糙水平面运动，并在摩擦力Ff的作用下发生一段位移l，速度从v1变化到v2，求用功描述的物体动能变化的表达式。
情境3：如图2.3所示，质量m为的物体在与运动方向相同的恒力F的作用下，沿粗糙的水平面运动了一段位移l，受到的摩擦力为Ff，速度从v1变为v2，求用功描述的物体动能变化的表达式。
活动3——演绎推理
第1组同学完成情境1的探究任务。
第2组同学完成情境2的探究任务。
第3组同学完成情境3的探究任务。
要求：
①每位学生独立完成该小组的探究任务。（教师可引导学生用牛顿第二定律和运动学规律来推导力做功与物体动能的转化关系。）
②同组同学对探究结果分析讨论后，归纳探究结论。
③每组派1位代表讲解本组理论探究过程中用到的方法、物理规律等，并总结本组理论探究的结论。
④根据自己组与其他组的理论探究汇报成果，先完成表2.1中EK的物理表达式，再完成表2.1探究1～4。
⑤如果用EK2表示一个过程中的末动能，用EK1表示这个过程的初动能，用W表示这个过程中合外力做的功，完成表2.1探究5。
教师也可增加“活动5——演示实验”来通过实验验证动能定理，使同学们更深入的体会动能定理的正确性。关于演示实验部分，教师可以自由发挥，选择适合实际教学情况的实验方案。
2.4升华应用
例1：一辆重1500kg的小轿车在平直的公路上以10m/s的速度行驶，忽然发现前方20m处有一静止的大货车，司机立刻刹车制动，司机的反应时间为0.5s，小轿车与地面的摩擦因数为0.5，请问，小轿车会不会与大货车发生碰撞？
要求：分別使用动能定理和牛顿第二定律两种方法进行解答。并讨论哪种方法更简便。
师：在我们理论探究中，动能定理是在物体受恒力作用，并且做直线运动的情况下得到的，当物体受变力作用，或物体做曲线运动时，大家可以采用过去的“微元法”，把变力或曲线过程分解为许多小段，可认为物体在每小段运动中受到的是恒力，且运动的轨迹是直线，从而能得到更一般情况下的动能定理，我们将在下节课的习题课中进行理论证明，有兴趣的同学可以先查阅相关资料进行证明。正因为动能定理适用于变力做功和曲线运动的情况，所以在解决一些实际力学问题时，它得到了比牛顿第二定律更广泛的应用。
3.教学过程设计的解释和说明
本节课的教学通过精心设计的活动、问题、表格等很好的促进了学生物理学科核心素养的全面发展。课前准备以汽车超载与超速行驶为情景素材，并让学生调查汽车超载与超速行驶的危害以及原因，以书面报告形式展现调查结果，密切联系学生实际生活，很好的培养了学生的数据收集能力和调查能力。教师紧接着用电影《流浪地球》的经典台词引入新课，通过小组讨论交流，发表自己对汽车超载与超速行驶的感受，激发学生的学习动机和社会责任感。接着通过观看“从物理学角度分析汽车超载与超速行驶的危害”动画视频，并在纸上记录主要数据，培养学生通过观看视频获取有用信息的能力，进而提出需要探究的核心问题。
理论探究过程以“功是能量转化的量度”作为切入点，主要围绕着“根据核心问题的需要如何建构物理模型以及建构怎样的物理模型”展开。主要培养和发展学生的科学思维能力。在分组探究中，除了探究过程中主要运用到的演绎推理法培养了学生的科学思维能力，还主要培养了学生探究时交流合作的精神，培养学生发现问题，主动探索的意识。通过探究表格的完成过程，培养学生对信息的综合处理能力。最后，通过升华应用的例题，培养学生将理论应用于实践的能力，进一步培养学生的科学态度与责任感。
通过本节课的学习，培养了学生的运动观念和本节课的核心物理观念——能量的观念。使学生理解动能的概念，并通过运动与能量联系观念的深化，逐步掌握动能定理，并学会使用动能定理解决实际问题。可见，本节课的教学过程的设计重视理论探究，更符合新课程改革理念，切实做到了将物理学科核心素养理念有地融入教学目标和课堂教学内容各个方面，从而达到全面发展学生的物理学科素养的要求。
4.总结和展望
物理核心素养导向的教学是体现物理课程价值的必由之路，教师应该转变教学观念，以学生核心素养提升为目标，改革教学的方法和过程，关注学生个体知识的建构和应用，创设有利于能力发展的学习和现实情景，以身作则培养学生的物理核心素养。[3]核心素养教育作为新提出的教育理念，有很大的进步意义。为了更好的培养高中学生的物理学科核心素养，广大的教育工作者有责任和义务，积极的探索物理学科核心素养导向下的教学设计研究，丰富物理学科核心素养导向下的物理教学设计案例，并努力将培养高中学生物理学科核心素养的教学设计应用到不同类型的物理课中，包括概念课、规律课、实验课、习题课等。
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）[S].北京：人民教育出版社，2018.
[2]赵志成.培养高中学生物理核心素养的教学设计研究[D].扬州：扬州大学，2018.
[3]林钦，陈峰，宋静.关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J].课程·教材·教法，2015，（12）：90-95.