讓核心素養(yǎng)扎根高中物理課堂

——以人教社新教材選擇性必修一第二章機械振動第1節(jié)簡諧運動為例

于正華1，王博洋2，董平3

1.江蘇省泰州市姜堰區(qū)張甸中學(xué)；2.西安學(xué)新甄選教育科技有限公司；3.江蘇省姜堰中學(xué)

摘要：自2014年教育部將組織研究提出各學(xué)段學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，2017年修訂的《課程標準》（簡稱新課標）指出進一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，2019年暑假人教社做新教材使用的培訓(xùn)工作時再次提到學(xué)科核心素養(yǎng)的落實，說明讓核心素養(yǎng)扎根高中物理課題的重要性。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)  高中物理

新課標施行近五年了，核心素養(yǎng)的落實仍然存在以下問題：（1）物理觀念的建立，仍有教師采取直接告知學(xué)生的現(xiàn)象，“填鴨式”的教育沒有絲毫轉(zhuǎn)變；（2）科學(xué)思維的培養(yǎng)，停留在口頭上，實際教學(xué)時仍然有教師不留時間學(xué)生思考，或者為了教學(xué)進度形式上留一點時間后自己迫不及待的自問自答，只注重物理知識講完了不注重學(xué)生的接受能力；（3）科學(xué)探究的體現(xiàn)，變成教師的“一言堂”，課本相關(guān)實驗的探究活動由“教師的講實驗”取代了“學(xué)生的做實驗”，通過動手刷題代替動手實驗；（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的滲透，有些教師直接把相關(guān)內(nèi)容變成學(xué)生自己課后看書的任務(wù)，弱化新教材小資料的作用，甚至于無視新教材課后精選的習(xí)題。（5）更有甚者，手捧新教材口授舊教材；教學(xué)課件也拿來主義且是舊教材的。

如何讓核心素養(yǎng)扎根高中物理課堂？首先，要解放教師的教學(xué)思想，尤其是老教師的思想。教師的職業(yè)生涯越長，教師的教學(xué)風(fēng)格就會形成固定化，要更新就要花費較大的力氣。其次，要提升教師的專業(yè)素養(yǎng)。新的教學(xué)理念，教師要想給學(xué)生一碗水，自己就要準備一桶水。如果連教師本身都不理解物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，從何談得上在教學(xué)工作中滲透核心素養(yǎng)給學(xué)生？又如何知道培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的步驟、方法和技巧？所以，只有通過學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)名師的教學(xué)、閱讀教學(xué)大咖的文章等途徑提高了教師的學(xué)科素養(yǎng)，才能真正的將核心素養(yǎng)扎根高中物理課堂。

通過學(xué)習(xí)十多位教師的模擬課堂、實際課堂和物理六大期刊的一些文章，以人教社新教材選擇性必修一第二章機械振動第1節(jié)簡諧運動【1】為例，談?wù)勅绾螌⒑诵乃仞B(yǎng)扎根高中物理課堂：

（一）借助問題設(shè)計，建立物理觀念

1、通過觀察生活中的情景設(shè)計問題，建立物理觀念

本節(jié)首先接觸到的物理觀念是機械振動，教師通過生活中的情景（如下圖）可以設(shè)計以下問題……

（1）振動的弦、浮動的浮子、搖擺的樹枝……有哪些共同的運動特點？

答：圍繞某一位置做往復(fù)運動。

（2）生活中還有哪些物體的運動也有這些特點？

答：鐘擺的運動、心臟的跳動、聲帶的顫動……

（3）如圖輕拉（壓）下列小球松手后，小球的運動也具備這些特點嗎？（答：具備）

總結(jié)：①定義：物體或者物體的一部分在一個位置附近的往復(fù)運動叫做機械振動。

②特點：對稱性、周期性。

2、通過分析實際的情景設(shè)計問題，建立物理模型

物理學(xué)是研究物質(zhì)運動規(guī)律的學(xué)科，而實際的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律一般都是十分復(fù)雜的，涉及到許多因素。舍棄次要因素，抓住主要因素，從而突出客觀事物的本質(zhì)特征，建立的概念模型就叫物理模型（physical model）。這個方法稱為構(gòu)建物理模型，或稱為構(gòu)建模型。構(gòu)建物理模型是一種研究物理問題的科學(xué)的思維方法。

如圖，把一個有孔的小球連接在彈簧的一端，彈簧的另一端固定，小球套在水平桿上。試問：

（1）小球能不能一直運動下去？（空氣阻力和摩擦阻力）

（2）怎樣減小摩擦阻力的影響？（光滑的桿）

（3）怎樣減小空氣阻力的影響？（采用小鋼球）

（4）忽略小球的大小和形狀，就是什么模型？（質(zhì)點）

（5）彈簧應(yīng)該具備什么要求？（輕彈簧忽略質(zhì)量、在彈性限度內(nèi)）

總結(jié)：①定義：小球和彈簧所組成的系統(tǒng)稱作彈簧振子，有時也把這樣的小球稱做彈簧振子或簡稱振子.

②條件：不計空氣阻力和摩擦阻力、小球視為質(zhì)點、輕彈簧的質(zhì)量遠小于小鋼球的質(zhì)量、彈簧在彈性限度內(nèi)。

3、通過對比新舊的概念設(shè)計問題，建立物理觀念

機械振動是學(xué)生接觸到的一種新的運動，我們研究上圖中彈簧振子時：

（1）想到哪些運動學(xué)物理量？（位移、速度、加速度）

（2）什么是位移？（初位置指向末位置的有向線段）

（3）上圖中A、O、B三個位置中，選擇哪一個點作為初始位置最合適？（O點）

總結(jié)：①定義：始終以平衡位置為初始位置，初始位置指向末位置的有向線段就是位移。②特點：位置時刻變化，所有位置關(guān)于O點對稱，位移隨時間在變化。

（二）借助定性分析，培養(yǎng)科學(xué)思維

科學(xué)思維，也叫科學(xué)邏輯，即形成并運用于科學(xué)認識活動、對感性認識材料進行加工處理的方式與途徑的理論體系；它是真理在認識的統(tǒng)一過程中，對各種科學(xué)的思維方法的有機整合，它是人類實踐活動的產(chǎn)物?！翱茖W(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。

彈簧振子的位移隨時間的變化關(guān)系，可以借助分析振子O→A、A→O、O→B、B→O每個小過程的受力和運動情況，定性的畫出每個小過程位移—時間圖像。（以O(shè)點為計時起點，規(guī)定水平向左為正方向）

運動過程

受力和運動分析圖

定性分析

位移—時間圖像

O→A

小球受力方向和運動方向相反，做減速運動；彈力增大，故加速度增大。

A→O

小球受力方向和運動方向相同，做加速運動；彈力減小，故加速度減小。

O→B

小球受力方向和運動方向相反，做減速運動；彈力增大，故加速度增大。

B→O

小球受力方向和運動方向相同，做加速運動；彈力減小，故加速度減小。

綜合上述各個過程，可以定性畫出振子O→A→O→B→O的位移—時間圖像如右圖：

（三）借助定量分析，體現(xiàn)科學(xué)探究

科學(xué)探究是指人們通過一定的過程和方法對客觀事物和現(xiàn)象進行探索、質(zhì)疑和研究?，F(xiàn)代教育科學(xué)使用的“科學(xué)探究”一詞往往具有兩個層面上的涵義:一是科學(xué)探究活動，二是科學(xué)探究技能。學(xué)生科學(xué)探究活動的對象通常只是學(xué)生自己未知的，方法比較簡單，而且需要教師的幫助，結(jié)果一般只能提高學(xué)生對某個事物、某種現(xiàn)象的認識，在教師的引導(dǎo)下這樣的結(jié)果也可以用來改善學(xué)生的學(xué)習(xí)生活質(zhì)量。

要想準確畫出彈簧振子的位移—時間圖像，求出位移隨時間的變化關(guān)系式，就必須準確測出位移和時間。

思考1：觀察下圖想一想，彈簧振子運動太快，怎樣精確地測出振子的位移和時間？

答：用頻閃照相的方法拍下彈簧振子的振動情況。

思考2：頻閃照相拍得以下圖片，能否精確地測出位移？

答：不能，因為振子做往復(fù)運動，所以用頻閃照相的方法拍下彈簧振子的圖片中有重疊現(xiàn)象。

思考3：如何解決頻閃照相中的重疊問題？

答：如果能找到一個軟件將視頻中振子每隔一段時間的位置圖像分割出來就行了。

教師引導(dǎo)：KMplayer播放軟件就可以將形成的視頻每隔1秒分離30張圖片出來，并保存在相應(yīng)的文件夾中，根據(jù)照片就可以記錄不同時刻振子的位移。（如右圖）

思考4：觀察上圖記錄的一些圖片，怎么描繪位移—時間圖像？

答：建立直角坐標系，以橫軸代表時間（用標尺的寬度代表1/30秒為單位長度），縱軸代表位移，描點畫圖。

教師補充：還可以借助excel軟件，將記錄好的數(shù)據(jù)錄入excel電子表格，就可以直觀的得出位移—時間圖像。（如右圖）

思考5：得出的圖像是曲線，它們是圓弧、拋物線還是橢圓？或者是正弦圖像呢？

     答：可以通過記錄的數(shù)據(jù)分別求出圓的方程、拋物線的方程、橢圓的方程、正弦曲線方程，作出相應(yīng)的圖像與振子的位移—時間圖像進行擬合。通過比較不難發(fā)現(xiàn)：振子的位移—時間圖像與正弦函數(shù)曲線最接近。

     思考6：閱讀教材，看看還有哪些方法可以描繪出振子的位移—時間圖像？

     答：（1）利用位移傳感器；（2）利用掃描記錄法。

     思考7：振子的位移—時間圖像是不是振子的運動軌跡？

     答：不是的。振子的運動軌跡是一小段線段，不是正弦函數(shù)圖像。

（四）借助教學(xué)環(huán)節(jié)，滲透科學(xué)態(tài)度和責(zé)任

2017年《課程標準》（簡稱新課標）中這樣界定科學(xué)態(tài)度和責(zé)任：“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”是指在認識科學(xué)本質(zhì)、理解科學(xué)?技術(shù)?環(huán)境?社會關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成應(yīng)有的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會責(zé)任感。可見，這些內(nèi)容不能單純地說教，應(yīng)將這些變成“隨風(fēng)潛入夜，潤物細無聲”，在物理概念、規(guī)律的教學(xué)中認識科學(xué)本質(zhì)，在科學(xué)探究中了解物理學(xué)家在推動科學(xué)時對待科學(xué)的態(tài)度從而樹立自己的態(tài)度，在科學(xué)思維養(yǎng)成的過程中也了解科學(xué)倫理和STSE等【2】。

在物理觀念建立的過程中，教師通過問題鏈的形式，去鼓勵學(xué)生探索未知揭示真理，學(xué)會說明物質(zhì)的類型和屬性，學(xué)會揭示物質(zhì)的本質(zhì)和特征。

在科學(xué)思維培養(yǎng)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生進行模型分析，啟發(fā)學(xué)生進行模型建構(gòu)，注重邏輯推理，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹認真的科學(xué)態(tài)度。

在實驗探究過程中，教師可以根據(jù)不同的答案設(shè)計不同的實驗并實施。【3】如：有些學(xué)生可能會在思考1中答出可以頻閃照相的方法來測量位移。如果學(xué)校有這樣的器材就可以實施。即使沒有專門的頻閃設(shè)備，用手機的攝像功能和一些對應(yīng)視頻處理軟件也可以做到。這樣的實驗，可以通過學(xué)生自主完成（如右圖）培養(yǎng)實事求是的科學(xué)精神。一方面，這不僅讓學(xué)生體會到：教材上的不是死內(nèi)容，自己的想法和設(shè)計也可以解決問題。體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中的探究能力，使學(xué)生從心理層面上進一步肯定了自己，使學(xué)習(xí)變得有趣，物理變得生動；另一方面，也符合手機、電腦的普及和發(fā)達帶給學(xué)生在實驗上的進步，學(xué)生得以體會社會科技的發(fā)展進步。

物理教材不可或缺的重要組成部分是教材習(xí)題?！敖滩牧?xí)題是在課程標準下經(jīng)過教材專家與一線教師深思熟慮、精心挑選的教學(xué)素材，是集體智慧的結(jié)晶，具有科學(xué)性、典型性、示范性和功能性?！爆F(xiàn)行人教版高中物理教材為一線物理教師提供了多種多樣習(xí)題素材，但往往具體在教學(xué)實踐中，物理教師應(yīng)該對教材習(xí)題行進細化研究、進行深度挖掘以及與其他教學(xué)過程和環(huán)節(jié)的有機整合，還可以通過小課題的研究也許還能激發(fā)學(xué)生的無限想象力和創(chuàng)造力、提升學(xué)生的動手能力。例如，本節(jié)中的做一做（下圖1）還有課后習(xí)題1（下圖2）都能夠還能夠培養(yǎng)學(xué)生的嚴謹認真的科學(xué)態(tài)度和實事求是的科學(xué)精神。

    因此，在新高考模式下，在新課標引領(lǐng)下，如何真正做到讓核心素養(yǎng)扎根高中物理課堂，是一個永遠值得研究的問題。通過研究各類教師的教學(xué)會發(fā)現(xiàn)，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)在課堂教學(xué)中，不少教師已經(jīng)在做，只是這樣的過程是隱性的，而且呈現(xiàn)出核心素養(yǎng)各元素的培養(yǎng)不是獨立存在的，他們是緊密聯(lián)系在一起的，互相滲透的。

參考文獻：

【1】人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材開發(fā)中心。普通高中課程標準實驗教科書.物理.選擇性必修1【M】北京：人民教育出版社，2019

【2】中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）【S】.北京：人民教育出版社，2018

【3】陳剛.物理教學(xué)設(shè)計【M】.上海：華東師范大學(xué)出版社，2009.9

基金項目：本文為江蘇省泰州市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃一般課題（編號：2018jksyiblx031）“現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用于碎片化問題教學(xué)的實踐研究”的階段性研究成果。