核心素养导向下高中物理“牛顿运动定律”教学策略设计与实践

一、引言

“牛顿运动定律”是连接力学基础概念与复杂运动问题的核心纽带，涵盖牛顿第一定律的惯性认知、牛顿第二定律的定量关系、牛顿第三定律的相互作用规律，既是高考重点，更是培育学生物理核心素养的重要内容。然而，当前教学存在明显局限：概念教学中，教师常直接呈现定律内容与公式，跳过伽利略理想斜面实验、牛顿对前人成果的整合过程，学生难以理解定律的科学本质与发展逻辑；实验教学以“教师演示、学生观察”为主，学生缺乏自主设计实验、分析误差的机会，科学探究能力难以提升；应用教学过度依赖抽象习题，与生活实际脱节，学生无法体会物理知识的实用价值，科学态度与责任培育流于形式。随着核心素养导向教学改革的推进，亟需重构“牛顿运动定律”教学策略，将素养目标融入教学全过程，让学生在探究与应用中实现知识与素养的协同发展。

二、核心素养导向下高中物理“牛顿运动定律”教学策略设计

（一）概念建构：依托科学史，培育物理观念与科学思维

概念建构是“牛顿运动定律”教学的基础，需依托科学史还原定律形成的完整脉络，引导学生沿着“认知冲突—实验推理—规律总结”的路径自主建构知识，而非被动接受结论。这一策略既能帮助学生建立“力与运动关系”的系统物理观念，又能通过分析科学家的思维过程，培养逻辑推理与科学论证能力，直接服务于“物理观念”与“科学思维”素养的培育。

在“牛顿第一定律”教学中，教师以科学史为线索展开。首先呈现亚里士多德“力是维持物体运动原因”的观点，结合“推箱子动、不推则停”的生活情境提问，引发学生认知冲突；接着引入伽利略的理想斜面实验，提供斜面、小车、不同粗糙程度的平面等器材，让学生分组模拟实验——记录小车从同一斜面同一高度滑下后在毛巾、木板、玻璃表面的滑行距离，引导学生推理“若平面绝对光滑，小车将匀速直线运动”；随后补充笛卡尔的观点，再由牛顿整合前人成果，总结出牛顿第一定律。整个过程中，学生不仅理解“力是改变物体运动状态的原因”这一核心观念，还通过“实验现象→逻辑推理→规律总结”的训练，提升科学思维能力，同时体会科学家“质疑—探究—创新”的科学精神。

（二）实验探究：设计自主实验，发展科学探究能力

科学探究是核心素养的重要维度，“牛顿运动定律”的实验教学需打破“演示为主”的模式，设计“提出问题—设计方案—操作分析—得出结论”的自主探究活动，让学生在实验中体验科学研究全过程，提升实验设计与数据分析能力，深化对定律的理解。这一策略能让学生从“被动观察者”转变为“主动探究者”，真正落实“科学探究”素养的培育。

在“牛顿第二定律”教学中，教师围绕“力、质量与加速度的关系”设计探究活动。首先提出问题“物体加速度与合外力、质量有怎样的定量关系”，引导学生做出“加速度与合外力成正比、与质量成反比”的假设；接着让学生分组设计方案，提供打点计时器、小车、砝码等器材，学生需讨论“控制变量法的应用”——探究加速度与合外力关系时保持小车质量不变，探究加速度与质量关系时保持合外力不变，同时思考“如何用砝码重力代替小车拉力”“如何通过纸带计算加速度”；随后学生动手实验，记录不同条件下的纸带数据；实验后各组处理数据，绘制“a-F”“ ⋅_a-l/m⋅⋅ ”图像，分析线性关系与误差来源（如纸带摩擦、砝码质量影响）；最后全班汇报总结，得出牛顿第二定律表达式 F 合=ma。通过自主探究，学生不仅验证了定律，更在实验设计与数据分析中提升科学探究能力，培养严谨求实的科学态度。

（三）应用拓展：关联生活实际，强化科学态度与责任

物理知识的应用价值是培育“科学态度与责任”的关键，“牛顿运动定律”的应用教学需跳出抽象习题，关联生活、科技场景，让学生运用定律解释现象、解决问题，体会物理知识的实用价值，增强社会应用意识。这一策略能让学生认识到物理与生活的紧密联系，落实“科学态度与责任”素养。

在“牛顿运动定律综合应用”教学中，教师设计三类情境任务。第一类是生活现象解释：呈现“安全带作用”“雨天减速”等情境，让学生用牛顿第一定律（惯性）、牛顿第二定律（力与加速度关系）分析——如“安全带可防止汽车急刹车时人因惯性受伤”“雨天路面摩擦力减小，相同刹车力下加速度变小，刹车距离变长，故需减速”。第二类是科技应用分析：展示“火箭发射”“高铁制动”案例，引导学生用牛顿第三定律（反作用力）、牛顿第二定律分析——如“火箭通过燃气反作用力获得向上合外力，合外力越大加速度越大，助力升空”。第三类是实际问题解决：设计“估算自行车刹车加速度”任务，让学生通过测量刹车前速度、刹车距离，结合运动学公式计算加速度，再用牛顿第二定律估算刹车摩擦力。这些活动既巩固了定律应用，又让学生体会物理的实用价值，增强科学应用意识。

三、结语

核心素养导向下的“牛顿运动定律”教学，通过“科学史建构概念”“自主实验深化探究”“生活应用拓展素养”的策略，打破了传统教学“重知识、轻素养”的局限，实现了四大核心素养的协同培育。实践表明，这种模式能让学生更深入理解定律本质，提升科学思维与探究能力，增强物理学习兴趣。

参考文献

[1]陈理纳. 基于大任务的单元作业设计——以高中物理“牛顿运动定律”单元为例 [J]. 中学物理教学参考, 2024, 53 (03): 3-7.

[2]郑裕明. 聚焦核心素养的高中物理牛顿运动定律教学 [J]. 广西物理, 2022, 43 (03): 165-167