高中物理学科核心素养.docx

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高中物理学科核心素养

高中物理学科核心素养

物理学科核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力,是学生通过物理学习而内化的带有物理学科特性的品质,是学生在学习物理过程中逐步形成的知识积淀、思维品质、能力表现、科学思想以与科学的情感、态度和价值观的综合体现.高中物理学科核心素养包括以下几个方面.

1.物理观念

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和升华."物理观念〞包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念与其应用等要素.

2.科学思维

科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律与相互关系的认识方式,是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判,进而提出创造性见解的能力与品质."科学思维〞主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素.其中,学科思想方法属于科学思维的X畴,是高中物理学科核心素养的基本构成要素之一.

3.实验探究

实验探究是提出物理问题,形成猜想和假设,获取和处理信息,基于证据得出结论并做出解释,以与对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力."实验探究〞主要包括问题、证据、解释、交流等要素.

4.科学态度与责任

科学态度与责任是在认识科学本质,理解"科学•技术•社会•环境〞的关系基础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以与责任感."科学态度与责任〞主要包括科学本质、科学态度、科学伦理、STSE等要素.

2017年高考全国卷物理试题以"必备知识、关键能力、学科素养、核心价值为考查内容,以基础性、综合性、应用性、创新性为考查要求〞,落实物理考试大纲的考核要求,强化能力立意,引导学生科学素养的培养.2017年高考考纲的修订和2017年高考物理试题的特点要求物理教学要注重对基本概念、基本规律、基本思想方法的理解和掌握；要形成完整的知识体系,提升分析、综合能力,提升运用物理知识解决实际问题能力；要注重理论密切联系实际,关注社会进步和科学发展,关注生产、生活,学以致用,学有所用.

必备知识、关键能力、价值观的融合和表现就是核心素养.

新课程目标的三个维度

〔一〕知识与技能

1．学习物理学的基础知识,了解物质结构、相互作用和运动的一些基本概念和规律,了解物理学的基本观点和思想.

2．认识实验在物理学中的地位和作用,掌握物理实验的一些基本技能,会使用基本的实验仪器,能独立完成一些物理实验.

3．初步了解物理学的发展历程,关注科学技术的主要成就和发展趋势以与物理学对经济、社会发展的影响.

4．关注物理学与其他学科之间的联系,知道一些与物理学相关的应用领域,能尝试运用有关的物理知识和技能解释一些自然现象和生活中的问题.

〔二〕过程与方法

1．经历科学探究过程,认识科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法研究物理问题,验证物理规律.

2．通过物理概念和规律的学习过程,了解物理学的研究方法,认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用.

3．能计划并调控自己的学习过程,通过自己的努力能解决学习中遇到的一些物理问题,有一定的自主学习能力.

4．参加一些科学实践活动,尝试经过思考发表自己的见解,尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题.

5．具有一定的质疑能力,信息收集和处理能力,分析、解决问题能力和交流、合作能力.

〔三〕情感态度与价值观

1．能领略自然界的奇妙与和谐,发展对科学的好奇心与求知欲,乐于探究自然界的奥秘,能体验探索自然规律的艰辛与喜悦.　

2．有参与科技活动的热情,有将物理知识应用于生活和生产实践的意识,勇于探究与日常生活有关的物理学问题.　　

3．具有敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神,具有判断大众传媒有关信息是否科学的意识.

4．有主动与他人合作的精神,有将自己的见解与他人交流的愿望,敢于坚持正确观点,勇于修正错误,具有团队精神.

5．了解并体会物理学对经济、社会发展的贡献,关注并思考与物理学相关的热点问题,有可持续发展意识,能在力所能与的X围内,为社会的可持续发展做出贡献.

6．关心国内、外科技发展现状与趋势,有振兴中华的使命感与责任感,有将科学服务于人类的意识.

"知识和技能〞,"过程和方法〞,"情感、态度和价值观〞是密不可分的有机整体.知识与技能目标是组织教学的基础,离开了知识与技能目标而空谈过程与方法、情感态度与价值观是没有意义的,同时知识与技能的实现必须体现过程性,注重策略与方法,注重学生的亲身实践与操作,注重学生的自主探究和思考,使得知识与技能目标得以实现,而情感态度与价值观目标只有在学生获取知识形成能力的过程中才得以实现,离开了知识与技能、过程与方法,情感态度与价值观难以实施.知识与技能是基础性目标,重在智能的提升,情感态度与价值观是终极性目标,重在人格的塑造,过程与方法是关键性目标,是知识与技能和情感态度与价值观达成的途径,知识与技能是物质的载体,情感态度与价值观是动力,过程与方法是策略.

高中物理必修2教材中的思想方法

物理学科思想方法是人们研究物理学在发现问题、提出问题、解决问题的过程中,所使用的策略、途径、手段、方式和操作的总和,是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律与相互关系的科学思维方式,是科学思维内化的能力与品质.髙中物理常见的学科思想方法有：

1）理想化与物理建模思想,包括：

①理想模型〔对象模型、条件模型、过程模型、模拟模型〕、②理想实验；

2）实验探究思想；

3）守恒思想；

4）控制变量思想；

5）等效思想<等效转换、等效替代〕；

6）类比思想；

7）极限思想；

8）对称思想；

9）数理思想〔比值定义法、乘积定义法、比例系数法、图象法、方程函数法、数形结合法、近似估算法、外推法、平均值法、曲线拟合法、微元法、累积法、放大法、化归法、逆向法、临界与极值法〕；

10）隔离与整体思想；

11）归纳与演绎思想；

12）假设与悖论思想.

数理思想是基于物理现象的数学模型,利用数学知识解决物理问题的科学思维方式.数理思想不仅能利用数学方法诠释物理现象,解决物理问题,而且还能预见物理现象,并根据物理事实来修正原有的物理模型；

隔离与整体思想是分析与综合思想在解决物理问题中的具体应用；

理想化与物理建模思想属于建构类的学科思想方法；

实验探究思想、守恒思想、等效思想、控制变量思想、对称思想、类比思想、假设与悖论思想属于发现类的学科思想方法；

数理思想、极限思想、隔离与整体思想、归纳与演绎思想属于应用解决问题类的学科思想方法.

人教版高中《物理》<必修2>教材是力学模块之一,研究曲线运动中运动和力的关系、功能关系,内容包括运动的合成与分解、抛体运动、匀速圆周运动、万有引力与天体运动、功与能、动能定理、机械能守恒定律和能量守恒定律等.由表1可知,学科思想方法在第五章"曲线运动〞中有21处、在第六章"万有引力与航天〞中有8处、在第七章"机械能守恒定律〞中有22处,合计51处.其中,在教材"正文〞中38处、"栏目〞中10处、"练习〞中3处、"旁注〞中1处.对于具体的学科思想方法,"数理思想〞有14处,其中,比值定义法、乘积定义法和微元法各3处,图象法、数形结合法和累积法各2处,近似法和方程函数法各1处；"归纳与演绎思想〞有7处；"理想化与物理建模思想〞有6处,其中,理想实验有1处,过程模型有5处；"类比思想〞有6处；"等效思想〞有5处,均为等效替代；"实验探究思想〞有5处；"控制变量思想〞、"守恒思想〞和"极限思想〞各有5处；"假设与悖论思想〞和"对称思想〞各有1处.属于发现类的学科思想方法有28处,应用解决问题类的学科思想方法有26处,建构类的学科思想方法有6处.

章

节

页码

位置

文本内容

思想方法

备注

第五章

第五节

24

正文

图5．6-3做变速圆周运动的物体所受的力

等效思想

等效替代

第五章

第六节

24

正文

图5．6-3—般的曲线运动可以分成很多小段,每小段都可以看做圆周运动的一部分．

数理思想

微元法

第五章

第六节

25

栏目

做一做：

图5．6-5感受向心力

控制变量思想

第五章

第七节

28

栏目

思考与讨论：

地球可以看做一个巨大的拱形桥,求第一宇宙速度

类比思想

第六章

第一节

33

正文

实际上,行星的轨道与圆十分接近,在中学阶段的研究中我们按圆轨道处理

数理思想

近似法

第六章

第一节

32、33

正文

开普勒行星运动定律

归纳与演绎思想

第六章

第一节

37、38

正文

太阳对行星的引力,行星对太阳的引力,太阳与行星间的引力

归纳与演绎思想

第六章

第二节

38

正文

从太阳与行星间相互作用的角度来看,两者的地位是相同的.行星对太阳引力的大小应该与太阳的质量成正比,与行星、太阳距离的二次方成反比

对称思想类比思想

第六章

第三节

39、40

正文

月一地检验,万有引力定律

归纳与演绎思想

第六章

第五节

44

正文

图6．5-1在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中,牛顿设想,拋出速度很大时,物体就不会落回地面

理想化与物理建模思想

理想实验

第六章

第五节

44

旁注

参考第五章第7节研究汽车在拱形桥上运动时的"思考与讨论〞,那时候我们就已经计算出第一宇宙速度了

类比思想

第六章

第六节

48〜51

正文

经典力学的局限性：

从低速到髙速,从宏观到微观,从弱引力到强引力

归纳与演绎思想

第七章

第一节

55

正文

能量与其守恒的思想,在伽利略的实验中就已经显现出来了.图7．1-1小球速度为0时的髙度与它出发时高度相同

理想化与物理建模思想守恒思想

理想实验

第七章

第二节

57

正文

在物理学中,如果力的方向与物体运动的方向—致,如图7．2-2,我们就把功定义为力的大小与位移大小的乘积

数理思想

乘积定义法

第七章

第二节

59

正文

当一个物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,这几个力对物体所做的总功,等于各个力分别对物体所做功的代数和.可以证明,它也是这几个力的合力对物体所做的功

守恒思想

第七章

第三节

60

正文

如果从开始计时到时刻£这段时间间隔内,力做的功为W,则功W与完成这些功所用时间t的比值叫做功率

数理思想

比值定义法

第七章

第三节

61

正文

一个力对物体做功的功率,等于这个力与受力物体运动速度的乘积

数理思想

乘积定义法

章

节

页码

位置

文本内容

思想方法

备注

第七章

第三节

61

栏目

做一做：

推导瞬时功率计算公式P=

极限思想

第七章

第三节

63

练习

3．这个人推导的结果与已知条件相矛盾.他错在哪里？

控制变量思想

第七章

第四节

64

正文

图7．4-3物体沿任意路径向下运动时重力做功.我们把整个路径分成许多很短的间隔AAhA!

A2,a2a3……由于每一段都很小,因而都可以近似地看做一段倾斜的直线

数理思想极限思想

微元法

累积法

第七章

第四节

65

正文

物体的重力势能等于它所受重力与所处髙度的乘积

数理思想

乘积定义法

第七章

第四节

65

栏目

说一说：

图7．4-6如果重力做功与路径有关,还能把mg/i叫做重力势能吗？

假设与悖论思想

第七章

第五节

68

正文

在探究弹性势能的表达式时,可以参考对重力势能的讨论,先分析弹力做功的情况.对于弹力做功,可以用类似的方法做如下处理

类比思想

第七章

第五节

69

正文

图7．5-3把拉伸弹簧的过程分为很多小段,拉力在每小段可以认为是恒力,它在各段做功之和可以代表拉力在整个过程做的功

数理思想极限思想

微元法

累积法

第七章

第五节

69

正文

在处理匀变速直线运动的位移时,我们曾经利用图象下梯形的面积来代表位移,这里是否可以用F-Z图象下一个梯形的面积来代表功？

类比思想数理思想

图象法

第七章

第五节

67〜69

正文

探究弹性势能的表达式：

在探究的过程中,要依次解决下面几个问题……沿着这样的思路,你可以通过自己的探究得到弹性势能的表达式

实验探究思想

第七章

第六节

69〜71

正文

实验：

探究功与速度变化的关系

实验探究思想

第七章

第六节

70

正文

在图中选取合适的长度,以它为单位,代表一条橡皮筋对它做的功；当用两条橡皮筋时,所做的功就用两个单位表示……

等效思想

等效替代

第七章

第七节

71〜73

正文

动能和动能定理

归纳与演绎思想

第七章

第七节

74

栏目

思考与讨论：

在上面的例题中,阻力做功,汽车的动能到哪里去了？

守恒思想

第七章

第七节

74

练习

1．改变汽车的质量和速度,都可能使汽车的动能发生改变.在下列几种情形下,汽车的动能各是原来的几倍？

控制变量思想

第七章

第八节

75〜77

正文

机械能守恒定律

归纳与演绎思想

第七章

第八节

76

正文

在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.

守恒思想

第七章

第十节

81

正文

能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程,能量的总量保持不变

守恒思想

高中物理必修2教材分析

第六章万有引力与航天

高考考点：

万有引力定律与其应用Ⅱ

环绕速度Ⅰ

第二宇宙速度和第三宇宙速度Ⅰ

经典时空观和相对论时空观Ⅰ

教学重难点：

〔1〕应用开普勒三定律解释和研究行星〔或卫星〕的运动；

〔2〕人造卫星的环绕速度、角速度和周期的计算,对第一宇宙速度的理解与计算.

〔3〕应用万有引力定律计算天体质量的方法.

内容概述：

〔1〕太阳系中行星的运动学规律

〔2〕万有引力定律与其意义<蕴含大量"过程与方法〞、"情感、态度与价值观〞教育素材>

〔3〕经典力学的局限性

从知识结构上看,本章教材是应用牛顿运动定律对曲线运动的研究.牛顿运用其运动定律研究天体运动并结合开普勒定律建立了伟大的万有引力定律.牛顿运动定律和万有引力定律构成了牛顿力学的核心内容.人类对行星运动规律的认识过程和牛顿建立万有引力定律的过程是对学生进行"过程与方法〞、"情感、态度与价值观〞教育的难得的好材料.

引导学生领悟万有引力定律的科学魅力.物理学的发端之一是人类对理解天体运动的追求.万有引力定律堪称这个过程的里程碑,谱写了人类揭示物理规律普适性的宏伟史诗,展现了物理规律的简洁与和谐.物理规律是有层次的.层次愈深,即规律越基本,就越简单,其适用性也越广泛.万有引力定律就是这样的物理规律.从历史到前沿,从天文到物理,它是牛顿力学最成功、最精彩的部分.科学真与美的典X.充分展现万有引力定律发现的科学过程,发展学生的科学思维能力.万有引力定律是从运动研究力和以力说明其他现象的典X.

难点突破

深刻理解和应用万有引力定律可以按照如下教学策略

运动模型：

圆周轨道,椭圆轨道

受力分析：

地球表面物体圆周运动受力分析：

如赤道物体,两极物体,区分引力加速度和重力加速度,向心加速度；地球表面以下位置的重力加速度.

卫星受力分析：

重点突出近地卫星和同步卫星

M:

中心天体的质量；m：

卫星的质量；r：

卫星匀速圆周运动的半径；g0：

中心天体表面的重力加速度；R：

中心天体的半径

物理量

表达式

卫星的向心加速度a

卫星的引力加速度a引

卫星的环绕速度v

卫星的角速度

卫星的周期T

中心天体质量M

中心天体密度ρ

中心天体的第一宇宙速度v1

中心天体的第二宇宙速度v2

双星受力分析：

推导双星周期公式

三星受力分析：

三星半径相等和半径不等两种情况

椭圆运动的周期规律,速度变化,加速度变化,离心运动和向心运动

教学中要明确物理概念的内涵和外延,表达形式,适用条件,从哪里来？

从何而来？

要知其然,更要知其所以然.例如在教学中由

得

很多同学只是死记公式,不注意该公式适用于只有一个中心天体作用下做匀速圆周运动的卫星,不适用于椭圆运动卫星,不适用于地球赤道上物体,不适用于双星,否则就会在解题应用时X冠李戴,错误百出.对于天体运动所总结的大量公式,不是死记硬背的,知道如何推导而得出,就知道公式的来龙去脉,就知道公式适用条件.设计章节知识清单式复习学案,全面梳理知识、公式、结论,形成整体知识框架,核心是追本溯源,回到原点,避免学生忽视基础,盲目刷题；避免解题模式化、经验化,只是重视模型,不注重条件,循规蹈矩.老师的理解不是学生的理解,老师的归纳不是学生的归纳,避免越俎代庖,包办代替.如：

引力加速度和重力加速度；椭圆轨道和圆周轨道；近地卫星和赤道物体；近地卫星和同步卫星；第一宇宙速度和第二宇宙速度；双星模型和三星模型；卫星离心运动和向心运动,如果能够清晰分辨,就做到了基础扎实,融会贯通,才能够在解题##手拈来.加强学生的数学运算能力培养,设计以小组为单位的天体运动计算竞赛,通过合作自主探究得到大量数据常识,纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行.如：

数据常识

地球公转周期T=1年=s；

地球自转周期T=1天=24小时=s；

地球质量数量级5．98×1024kg；月球质量约为地球质量的1/81；

太阳质量数量级2×1030kg；

地球表面半径6400km,表面重力加速度g=9．8m/s2

月球公转周期27天；

近地卫星速率km/s〔第一宇宙速度〕,第二宇宙速度km/s；

近地卫星周期T=；

同步卫星周期T=；半径r=；运行速度v=；

第七章机械能守恒定律

高考考点：

功和功率Ⅱ

动能和动能定理Ⅱ

重力做功与重力势能Ⅱ

功能关系、机械能守恒定律与其应用Ⅱ

教学重难点

〔1〕理解功、功率的概念,并掌握功与功率的计算.

〔2〕应用动能定理进行分析、解释和计算生活和生产中的实际问题.

〔3〕理解应用重力做功和重力势能变化的关系.

〔4〕应用功能关系、机械能守恒定律分析解决力学问题.

内容概述

<1>认识追求守恒量是物理学的一个重要研究方向

<2>认识功与重力势能、弹性势能、动能的关系〔由功能关系给出重力势能、弹性势能、动能的表达式〕

<3>认识机械能守恒定律

难点突破

如何更好的理解功能关系,深刻理解功的本质,遵循教材首先学习重力做功与重力势能变化的关系,其次学习探究弹簧弹力做功与弹性势能的变化关系,最后通过探究功与速度变化的关系,在匀变速直线运动模型条件下理论推导合外力做功与动能变化的关系.

举例说明：

探究动能的表达式

第六节"探究功与速度变化的关系〞,是企图通过实验,利用已经从4、5节中有所领悟的功能关系,即通过对做功的研究来探究各种能量的定量表达式和定量的研究能量转化这个思路,探究另一种能量——动能的表达式.第一条思路：

第6节实验探究必修2,探究功与物体速度变化的关系

目的：

为找出动能的表达式做准备

思路：

动能的定性概念

动能与速度有关,动能与做功有关

通过实验研究功与物体速度变化的关系得知力对物体做的功与物体的速度的平方成正比,而力对物体做的功又引起物体的动能的增加,这就提示〔暗示〕我们：

物体动能的表达式中可能包含物体的速度的平方……〔教科书P71还不能得出Ek的表达式〕.

第二条思路：

将实验探究的思路和成果转化成一个理论性课题〔P72〕

物体m被一外力F作用运动一段位移的过程中,W外与m、v之关系

分析,W与

有关,其关系与上节探究结论一,既与功有关,又与m、v有关,而m、v均与动能涉与到的因素相联系表明"

〞可能是一重要物理量,因其与W和Ek都有联系.

教学策略

1.概念教学的问题化策略

物理概念是从大量的物理现象和过程中抽象出来的,它更深刻地反映了事物的共同特征和本质属性,因此可以说,概念是浓缩了的知识点.必修二和3-5重要概念有功、功率、重力势能、弹性势能、动能、动量、冲量.如果没有概念作为分析、综合、判断、推理等逻辑的出发点,就不可能揭示物理学科的内容,更不可能形成科学的体系与结构,概念教学在必修模块占有非常重要的地位．学生学习概念时的困难主要有：

前概念的干扰、感性认识不足导致概念不清、抽象思维能力不强难以理解概念、概念间的混淆等等．概念教学的过程往往是不断解开学生心中疑惑的过程〔生疑→释疑→无疑〕,是一个从未知到已知、由表与里的过程．如果能将概念教学中的"疑〞进行具体化、问题化,学生心中的"疑〞则会明朗化、清晰化.

如功率概念教学

为什么引入功率,如何定义功率〔类比速度、加速度概念〕？

功率的意义是什么？

功率的内涵和外延是什么？

如何理解平均功率和瞬时功率？

如何区分功和功率？

应用功率如何解释汽车启动的问题？

2.规律教学的主线化策略

基本概念是物理学的基石,基本规律是物理学的中心,要使学生掌握学科的基本结构,就必须使学生学好基本规律．物理规律：

物理规律反映的是物理概念之间的联系,从这个意义上来说,物理规律是压缩了的知识链.只有当学生能准确全面理解物理概念和物理规律后,才能辨析似是而非的问题.只有这样,学生才能在高考中胸有成竹地去解决所遇到的陌生问题.

高中物理力学核心规律有：

匀变速直线运动的规律、牛顿第二定律、抛体运动的规律、匀速圆周运动的规律、万有引力定律、机械能守恒定律、动能定理、冲量定理、动量守恒定律．如何化解规律教学的难点是一个挑战．为什么不少学生学习物理总感觉难,一个重要原因是在学习的过程中,学生总感觉所解决的问题一直在变化．为了让重点规律能更快地在学生的思维中扎根,一方面,教师在新授课和规律应用的初级阶段中不宜一味地追求"一题多变〞、"一题多解〞,更应重视规律的固化,规律的固化是活化的前提,活化是固化的目标；没有固化,活化也就无从谈起；没有活化,固化也就没有意义．教师应在典型模型固化规律的教学过程中,让学生在模仿中应用,在应用中感悟,进而在感悟中活化；另一方面,教师应着重帮助学生分析"万变中的不变〞,重点规律基本都有典型模型．强化典型模型的教学是固化规律教学的常用方法,不能盲目提升训练试题的难度和强度,不能高一教学高三化,遵循循序渐进的原则,螺旋提升,否则老师辛苦,学生受苦.规律教学要迈小步,降难度,慢进度,勤反复.

如动能定理规律教学

如何证明推导合外力做功与速度变化的关系

如何理解动能定理中合外力做功、动能变化量？

动能定理的表述文字、公式、图像的形式

动能定理的理解与应用,按照动能定理解题步骤

从少力做功到多力做功：

重力做功,弹力做功,摩擦力做功

从恒力作用到变力作用：

匀变速运动,变加速运动

从直线运动到曲线运动：

如水平面直线运动、竖直平面直线运动、斜面直线运动,平抛运动,圆周运动

从全程研究到阶段研究：

直线运动和直线运动组合,直线运动和曲线运动组合

不要急于给学生总结动能定理可以解决那些问题,不可以解决哪些问题,而是学生在老师设计的学案例题教学中自主总结归纳,特别是在恒力作用下应用动力学规律解决和动能定理解决有哪些优劣？

教给学生思维方式、思想方法,这才是授之以渔,而不是授之以鱼.

3.模型教学的模式化策略

用理想化的观点和方法解决实际生活问题,就是要将复杂问题加以简化,建立起反应研究对象本质和规律的模型——物理模型,物理教学的核心问题就突出