基于核心素質的教學設計——牛頓第一定理
摘要：以核心素質為目標，通過任務分解、情境創設和問題設計，將“牛頓第一定理”的素質目標落實在具體的學習活動中，并就思維引導、實驗、教學活動形式提出了建議。
關鍵詞：核心素質；教學設計；牛頓第一定理
數學核心素質是中學生在接受教育的過程中逐漸產生的適應個人終生發展和社會發展須要的必備品格和關鍵能力，是中學生通過學習內化的帶有化學學科特性的品質。化學核心素質主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學心態與責任”4個方面構成，這么如何的教學設計能夠推動中學生數學核心素質的提高？本人以滬科版“牛頓第一定理”教學為例，探求有效提高中學生數學核心素質的教學設計。具體設計如下：
1任務分解
任務1：牛頓第一定理的發覺過程。
任務2：理解牛頓第一定理。
任務3：慣性與質量的關系。
任務4：慣性的應用和避免。
2教學活動
任務1：牛頓第一定理的發覺過程。
素材打算：視頻1（使勁推進粉筆盒，粉筆盒運動；撤掉推力，粉筆盒停止運動），視頻2（用腳踢籃球，橄欖球往前運動，最終球停止運動）。問題見表1所示。
表1
問題
問題指向的是素質目標
1.觀看視頻1和2。必須有力作用于物體上，物體能夠運動，即力是維持物體運動的誘因。如何看待這個觀點？
2.演示伽利略的理想實驗。理想實驗在現實中能實現嗎?是不是空想的實驗?
3.理想實驗是以什么可靠的事實為基礎?又經過了什么合理的推理?
4.伽利略的推論沒有彰顯小球的運動方向和保持靜止的能力，應當怎樣建立？
5.牛頓站在三位巨人的右臂上得出牛頓第一定理的內容，怎樣評價這第一位巨人呢？
分辨推論真假，借助現有知識解釋生活現象。（科學思維）
再現歷史情境，進行重演探究，讓中學生體會獲取知識的推理過程；感受伽利略勇于指責，堅持真理的科學心態與科學精神。（科學心態與責任）（科學探究）
通過斜面實驗的演示和推理過程，感受理想實驗(實驗事實十邏輯推理)是科學研究的重要方式（科學思維）。
引出笛卡爾的觀點，讓中學生理解知識的嚴謹性和建立性（化學觀念）
正確評價亞里士多德（科學心態與責任）
教學活動建議：
（1）對問題1牛頓第一定律內容理解，考慮到中學生中學已接觸過牛頓第一定理知識，可讓中學生直接回答。對問題2和問題3，經過實驗演示，可讓兩個中學生先回答，再經班主任補充，PPT演示伽利略合理外推內容。對問題4，可以先讓兩個中學生回答，其他中學生補充，再由班主任給出笛卡爾的觀點。對于問題5，中學生與老師集體互動，班主任再直接評價。
（2）演示伽利略理想實驗時牛頓第一定律內容理解，先進行演示1：用三個表面粗糙程度不同的小球，先后從同一斜面同一高度釋放，觀察小球運動的情況。現象是阻力越小，物體上升的高度越接近等高線。進行推理：假如是理想斜面，沒有磨擦力，物體將上升到原先等高線的位置。再進行演示2：不斷增加一斜面的傾斜角度，直到軌道水平，讓小球先后從另一斜面同一高度釋放，觀察運動的距離。(讓一名中學生幫忙投球)。現象是運動的距離越來越遠。進行推理：將斜面變為水平，假如沒有磨擦力，物體將會永遠運動下去。
通過自制斜面實驗對比演示，給中學生呈現豐富的實驗事實，讓中學生感受古人的研究思路和科學推理過程，比觀看演示實驗，其自身體驗愈發深刻，因而迸發中學生研究科學的熱情，再者更容易突破教學重點——認識伽利略研究運動和力關系的思想方式，了解理想實驗的作用。
（3）正確評價亞里土多德時，可以班主任評價：我們不應當把亞里士多德看成是制約科學進步的代表而進行批判，應當批判的是仿效亞里士多德的觀點而墨守成規的人。同時演示偉人黑格爾、馬克思、恩格斯等人對亞里士多德的評價，讓中學生學會用辨證的眼光正確評價亞里士多德，傳承尊重事實的科學心態。
據悉，班主任也可以拓展，對于四位科學家，雖然缺一不可，她們是一只跨越2000年的科學團隊，團隊的力量不可忽略，滲透團隊合作意識。
任務2：理解牛頓第一定理。
素材打算：冰球運動的賽事視頻3。問題見表2所示。
表2
問題
問題指向的是素質目標
1.“一切”怎么理解？“總”怎么理解？“或”怎么理解？
2.前半句重點描述哪些？后半句重點描述哪些？
3.觀看冰球運動的賽事視頻。冰球為何會在湖面運動很長時間？運動員用冰刷處理冰球上面的冰層，這樣做的目的是哪些？
理解牛頓第一定理（化學觀念）。
讓中學生自己找出重點語句，分析要點，提高中學生文本剖析能力和自主剖析能力，進而理解牛頓第一定理的兩層含義。（數學觀念）
調動中學生學習興趣，擴寬中學生視野，引導中學生從數學邁向生活，思索生活。（科學心態與責任）
教學活動建議：
（1）對于問題1和問題2，可先讓中學生獨立思索，之后分組討論并回答。對于“總”還可以舉個生活事例，如“我總是餓得”，類比性理解“總”的含義？通過討論和班主任引導，中學生可以理解“一切”說明天地萬物無一例外；“總”指出物體的固有屬性，不論哪些狀態；“或”指出靜止與勻速直線運動的等同性，都是物體不受外力時的運動狀態。通過剖析讓中學生對牛頓第一定理內容的嚴密性愈發欽佩，進而產生化學觀念。對于問題3，班主任只需告訴中學生冰刷使湖面熔化，湖面上產生一層水膜，使冰球在湖面上的阻力很小，中學生思索即可獨立回答。
任務3：慣性與質量的關系。
素材打算：圖片1舉重運動員大賽，圖片2相撲運動員大賽，圖片3人推單車容易，圖片4人推車輛困難。打算視頻4（彈簧彈開兩個質量不同的模
貨車）、視頻5（飛針扎破裝滿水的汽球頓時情境）、視頻6（煙圈的威力）。問題見表3所示。
表3
問題
問題指向的是素質目標
1.這四張圖片中，質量與物體運動狀態的改變難易程度有哪些關系？
2.固體具有慣性，那液體和二氧化碳呢？
3.慣性視力氣嗎？
讓中學生理解質量是物體慣性大小的惟一量度。（科學思維）
一切物體都具有慣性。（數學觀念）
辨析概念，理解慣性。（數學觀念和和科學思維）
教學活動建議：
對于問題1，可以先讓中學生獨立思索，之后回答。通過圖片展示，初步產生質量是慣性的惟一量度。班主任補充慣性大小的含義是保持原有運動狀態或則靜止狀態的能力。班主任與中學生分享一些實驗模型（例如視頻4），知識從實驗角度進行驗證，致使中學生理解慣性的惟一量度是質量，療效很好。
對于問題2，班主任可以讓中學生觀看視頻5和視頻6，讓中學生感受美妙的化學世界，因而加深一切物體都具有慣性。
對于問題3，班主任可引導中學生，慣性和質量一樣，都是物體的固有屬性，因而“物體遭到了慣性作用”“產生了慣性”“受到慣性力”等說法都是錯誤的。力是改變物體運動狀態的緣由，慣性是維持物體運動狀態的誘因。力越大，運動狀態改變越快；慣性越大，運動狀態越難改變。這樣學生能夠更為深刻的理解慣性。
任務4：慣性的應用和避免。
素材打算：如圖5（制動時的人的身體狀態）、圖6（安鋤頭頭的情境）、視頻7（盒中小球運動實驗）、視頻8（車輛碰撞）、視頻9（殲擊機為躲避魚雷丟棄副油箱）。視頻10（向下仍物體，仍會落回原處）。問題見表4所示。
表4
問題
問題指向的素質目標
1.中學生上臺演出自己坐在車上時自己肢體的變化。為何出現這種現象呢？圖5
2.解釋安鋤頭頭的情境？（鋤頭頭與桿向上運動和向下運動的兩個情境）圖6
3.演示實驗：盒中小球運動實驗。猜想小球運動情況，解釋緣由。視頻7
4.車輛碰撞損失嚴重，殲擊機為躲避魚雷丟棄副油箱的誘因？視頻8和9。
5.月球在從西向東自轉。你向下跳上去之后，為何還落到原地，而不是落到原地的東邊？?視頻10
增強中學生借助知識解決實際問題的能力（科學思維）
學會剖析生活現象，重視生活細節，迸發中學生感受化學科學之美，迸發其學習科學的熱情（科學心態與責任）
借助認知沖突，理解物體質量不同，慣性大小不同，所以會出現相對運動，研究問題須要注意細節（科學思維）
滲透安全教育，理解慣性的應用以及避免。（科學心態與責任）
奇思妙想可以，能夠實現還需知識支持。（科學心態與責任）
教學活動建議：
（1）對于問題1和2須要中學生獨立自主的能解釋現象，故此處需留有一些時間。問題3中實驗視頻7，將一個質量較輕的小球用細繩固定到袋子頂部，加滿水，小球浮在水底。讓袋子突然加速或則減速。先讓中學生猜想小球運動情況，班主任再演示該實驗。中學生的認知沖突，會導致中學生學習興趣。班主任通過引導中學生質量不同，慣性大小不同，再由中學生回答。問題4和5由中學生自主回答即可。
（2）對于不同的中學生主體可采用不同的案例，例如大城鎮中學生沒有接觸過安鐵锨這類情況，可改換為自制安鐵锨教具（取一個蘋果，中間挖一個洞，讓一根長棍穿過蘋果，取代安鐵锨模型，讓中學生去發覺蘋果向下或向上運動）。班主任盡量采用身邊的案例去剖析，如從羽毛球筒里怎么取出羽毛球，我們為何能拍掉頭上的塵土，人踩到西瓜皮會坐到地上，人被石頭砸傷會趴到在地。這種緊貼生活的反例除了可以調動中學生學習興趣，也使化學學愈發有趣，更實用。