讓核心素養(yǎng)在物理課堂落地生根
——以“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”為例

王怡秋

(江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué) 215400)

中共中央、國(guó)務(wù)院《關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見(jiàn)》中提到：教師要優(yōu)化教學(xué)模式.融合運(yùn)用傳統(tǒng)與現(xiàn)代技術(shù)手段，重視情境教學(xué)；提高課堂教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)掌握各學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能、基本技法，培養(yǎng)適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.有關(guān)《簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)》一節(jié)的教學(xué)，不同的時(shí)期有不同的教學(xué)方法，筆者基于“三新一舊”背景下，針對(duì)這一節(jié)內(nèi)容，提出了自己的意見(jiàn).

一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，形成物理觀念

新的課程標(biāo)準(zhǔn)中一再?gòu)?qiáng)調(diào)真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，因?yàn)橹挥姓鎸?shí)情境才能與學(xué)生的生活建立真正聯(lián)系，學(xué)生才能用聯(lián)想的方式調(diào)取自己的經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)習(xí)到的知識(shí)與自己的經(jīng)驗(yàn)有效結(jié)構(gòu)化，并成為下一次學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn).在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)這一節(jié)，可以通過(guò)如下的情境，讓學(xué)生逐步深入地建立“機(jī)械振動(dòng)”這個(gè)概念.

片段一：引入機(jī)械振動(dòng)

情境一：擺鐘的擺動(dòng)、音叉、水中浮標(biāo)的上下浮動(dòng)、樹(shù)梢在微風(fēng)中的搖擺……

目的是讓學(xué)生處于自然中、處于自己的日常生活中，讓學(xué)生通過(guò)觀察與聯(lián)想調(diào)取自己的生活經(jīng)驗(yàn).

情境二：拓展環(huán)節(jié)中，追問(wèn)“你能否再舉一個(gè)生活實(shí)例？”使學(xué)生頭腦中呈現(xiàn)出更多的生活世界，為學(xué)生“創(chuàng)造”一到兩例振動(dòng)實(shí)例激發(fā)了欲望與動(dòng)力.

情境三：提供真實(shí)實(shí)驗(yàn)器材，提供了動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的器材：直尺 、以及演示豎直放置的彈簧振子、水平方向的彈簧振子.創(chuàng)造真實(shí)情境并充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)器材的作用，讓學(xué)生在思維上理清思路、突破障礙.

情境四：在“四合一”實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)學(xué)生“用圓珠筆或鉛筆沿直尺邊沿不停地來(lái)回畫(huà)直線，代替振子作往復(fù)運(yùn)動(dòng)”的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)到振動(dòng)軌跡是直線的事實(shí)，使學(xué)生錯(cuò)將振動(dòng)曲線誤認(rèn)為是振子運(yùn)動(dòng)軌跡的想法得到顯著減少.

設(shè)計(jì)意圖讓學(xué)生自己感知機(jī)械振動(dòng)的性質(zhì)往復(fù)性、周期性、平衡位置，促進(jìn)學(xué)生對(duì)機(jī)械振動(dòng)的概念建立.將手機(jī)與希沃白板聯(lián)接將“創(chuàng)造”活動(dòng)拍傳至電腦，使大家得到共享“創(chuàng)造”成果，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的互動(dòng)性.

二、遵循認(rèn)知規(guī)律，構(gòu)建物理模型

物理核心素養(yǎng)要求學(xué)生要有物理思維能力，能夠進(jìn)行模型建構(gòu)，科學(xué)推理，科學(xué)論證以及質(zhì)疑創(chuàng)新.領(lǐng)會(huì)在物理學(xué)的學(xué)習(xí)中需要塑造模型，能夠建構(gòu)常見(jiàn)的科學(xué)模型，認(rèn)識(shí)它的適用條件及特點(diǎn)并嘗試將其運(yùn)用于日常生活中去解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題.新版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見(jiàn)稿)中，“模型建構(gòu)”是出現(xiàn)頻率最高的熱點(diǎn)詞語(yǔ)，在課程內(nèi)容、學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施建議等部分反復(fù)明確模型建構(gòu)的要求.例如通過(guò)質(zhì)點(diǎn)模型、宇宙大爆炸理論模型和物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)模型的案例體會(huì)物理模型在物理學(xué)研究中的意義.下面談?wù)勅绾我搿皬椈烧褡印边@一模型.

片段二：引入彈簧振子

彈簧振子是一個(gè)理想化的結(jié)構(gòu)模型，“忽略次要因素，突出主干問(wèn)題”，“為什么往復(fù)運(yùn)動(dòng)不能一直持續(xù)下去？如何才能讓這個(gè)運(yùn)動(dòng)一直持續(xù)下去？”在建立彈簧振子模型的過(guò)程中學(xué)生又一次體驗(yàn)了理想化的過(guò)程.逐步簡(jiǎn)化、建構(gòu)模型的過(guò)程就是一個(gè)科學(xué)思維過(guò)程.

激疑(演示實(shí)驗(yàn))：剛才我們“創(chuàng)造”的振動(dòng)中，哪一例更簡(jiǎn)潔，便于我們研究？輕拉彈簧下的鉤碼，讓其在豎直方向振動(dòng)起來(lái).

生：水平方向的彈簧和鉤碼.

師：為什么?

生：軌跡是直線運(yùn)動(dòng)，研究對(duì)象簡(jiǎn)單，還有受力個(gè)數(shù)少

師：能否說(shuō)明一下？

生：直尺上每點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況不一樣，軌跡是曲線，豎直方向的鉤碼受到重力和彈力，水平方向的鉤碼重力和拉力平衡(小角度范圍內(nèi)近似)

師：如果是角度比較大，就不能平衡了，有沒(méi)有其他辦法？

生：把小滑塊放在氣墊導(dǎo)軌上，既平衡了重力，又使摩擦力減小.

師：回答得太好了，給這位同學(xué)點(diǎn)贊(展示水平方向氣墊導(dǎo)軌的彈簧振子模型)

師：你能把這個(gè)模型畫(huà)出來(lái)嗎?

生：上臺(tái)畫(huà)出水平方向彈簧滑塊的模型.

師：為了研究滑塊的運(yùn)動(dòng)情況，哪些因素可以忽略？

生：彈簧的質(zhì)量，滑塊的大小

師：彈簧的質(zhì)量可以忽略的稱為輕彈簧，滑塊的大小忽略可以視為質(zhì)點(diǎn)

師：請(qǐng)問(wèn)鉤碼的振動(dòng)情況有什么變化？

生：振動(dòng)的幅度越來(lái)越小

師：為什么會(huì)越來(lái)越小？

生：因?yàn)槭芸諝獾淖枇?/p>

師：如不考慮空氣的阻力呢？

生：會(huì)一直振動(dòng)下去

師：(總結(jié))我們把這種模型稱為彈簧振子.

師：因?yàn)楹雎粤藦椈傻馁|(zhì)量、物塊的大小，各種阻力，所以彈簧振子是一種理想模型.

這樣的一個(gè)引導(dǎo)過(guò)程，更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，最后得出彈簧振子這個(gè)模型就會(huì)水到渠成.

三、利用現(xiàn)代技術(shù)，呈現(xiàn)物理過(guò)程

物理研究始于觀察，沒(méi)有觀察就沒(méi)有科學(xué).隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，觀察的內(nèi)涵也在逐步擴(kuò)大、由原來(lái)的單純?nèi)庋塾^察，發(fā)展到通過(guò)儀器去觀察，再發(fā)展到通過(guò)傳感器去進(jìn)行一系列的觀察.

片段三：彈簧振子的位移-時(shí)間圖象的描繪

師：哪位同學(xué)能回憶起我們研究“勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)”時(shí)的方法？

生：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻閃照相、DIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，

師：今天我們想采用與頻閃照相相似的技術(shù)-攝影取幀的方法來(lái)“捕捉”鉤碼不同時(shí)刻的位置.

技術(shù)手段一：利用手機(jī)攝影與視頻軟件PotPlayer(完全解碼)、ppt的相關(guān)功能呈現(xiàn)振子不同時(shí)刻的位置.(1)用手機(jī)拍攝彈簧振子的運(yùn)動(dòng)視頻.(2)在桌面新建一文件夾用于存截取圖象.利用視頻軟件PotPlayer進(jìn)行畫(huà)面捕捉，得到了振子在不同時(shí)刻的位置截圖.(3)在PPT新建空白幻燈片，插入步驟2獲得的圖片，得到不同時(shí)刻振子的位置.

技術(shù)手段二：利用Tracker軟件記錄振子不同時(shí)刻的位置.(1) 按如圖2裝置安裝簡(jiǎn)諧振動(dòng)裝置，為了方便視頻軟件捕捉振子的運(yùn)動(dòng)，需要在振子上貼一個(gè)異于周?chē)伾募埰?振子移開(kāi)平衡位置時(shí)開(kāi)始振動(dòng)，拍攝視頻．(2) 將拍攝的視頻導(dǎo)入Tracker軟件中，如果格不匹配，需要提前轉(zhuǎn)換為匹配格式．(3) 在拍攝視頻上按照直尺的位置對(duì)距離進(jìn)行定標(biāo)，并定好坐標(biāo)軸，如圖2所示，將定標(biāo)線和坐標(biāo)軸進(jìn)行隱藏.(4) 通過(guò)觀看視頻，選擇合適的始末幀數(shù)來(lái)確定要分析的視頻中物理過(guò)程的起點(diǎn)和終點(diǎn)． 描繪位移-時(shí)間圖像．如圖3所示．(5) 數(shù)據(jù)采集完畢后，雙擊位移-時(shí)間圖進(jìn)入數(shù)據(jù)工具界面，將擬合圖標(biāo)打勾．Tracker軟件自帶了線性擬合、拋物線擬合、三次曲線擬合、高斯曲線擬合、指數(shù)曲線擬合、三角曲線擬合工具，并可自編公式擬合．(6) 選擇曲線中的一段進(jìn)行擬合，通過(guò)手動(dòng)調(diào)整參數(shù)，可使得擬合曲線和實(shí)驗(yàn)曲線達(dá)到最大的匹配程度.對(duì)于彈簧振子模型的探究，做到從復(fù)雜到簡(jiǎn)單，從定性到定量，從實(shí)驗(yàn)到理論進(jìn)行有序系統(tǒng)的探究；從人為猜想振動(dòng)圖像到手工勻速拉動(dòng)木板，從頻閃照相思路到使用Tracker軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從用幾何畫(huà)板進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合到從理論上運(yùn)用幾何畫(huà)板對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)密新探究，做到環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)一節(jié)的全面探究.教學(xué)中更采用了理想化建模法、假設(shè)法、數(shù)據(jù)擬合法、圖像法、實(shí)驗(yàn)探究法等多種科學(xué)方法，重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

本節(jié)課立足于高中物理課堂，試圖通過(guò)動(dòng)機(jī)激發(fā)、要素分配和適時(shí)指引使學(xué)生投入到三種對(duì)話性實(shí)踐中去.本節(jié)課通過(guò)激疑促進(jìn)了學(xué)生與客觀世界的對(duì)話，通過(guò)師生與生生對(duì)話，促進(jìn)了學(xué)生高效掌握學(xué)科核心知識(shí)，提高思維水平的同時(shí)提高交往與溝通能力，通過(guò)學(xué)生自我對(duì)話，如反思小結(jié)、拓展訓(xùn)練使學(xué)生的思維得以訓(xùn)練，知識(shí)鞏固與應(yīng)用得到提升，有力地促進(jìn)了學(xué)生發(fā)展物理核心素養(yǎng)，落實(shí)物理學(xué)科新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求.