核心素養(yǎng)視域下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)研究

【摘要】本文以核心素養(yǎng)為視角，對高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)為例，探討如何優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，以培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，旨在為高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有益的參考．

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

隨著高中物理教學(xué)的不斷改革，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)已成為高中物理教學(xué)的重要目標(biāo)，而物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑之一．“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”是高中物理中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，通過對該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)研究，可以更好地落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)．

1 引入設(shè)計(jì)

復(fù)習(xí)與回顧

（1）機(jī)械能守恒的條件是什么？

（2）對于一個(gè)物體或系統(tǒng)，機(jī)械能守恒的表達(dá)式是什么？

（3）你是否可以舉一些生活中機(jī)械能守恒的實(shí)例？

設(shè)計(jì)意圖 在新課引入環(huán)節(jié)，讓學(xué)生熟悉已學(xué)知識(shí)并引發(fā)新的思考，通過列舉生活中機(jī)械能守恒的實(shí)例，開發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的途徑，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力．

2 新課教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)思路

思考與討論 （1）根據(jù)你所設(shè)計(jì)的驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合機(jī)械能守恒定律，你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中需要測量哪些物理量？

（2）根據(jù)你所學(xué)過的知識(shí)，你是否可以說明用什么方法或者工具測量這些物理量呢？

（3）根據(jù)機(jī)械能守恒的條件和你所舉的生活實(shí)例，你是否可以從中選擇一個(gè)實(shí)例來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律呢？

設(shè)計(jì)意圖 通過引導(dǎo)學(xué)生發(fā)言，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，教師選取典型案例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維．

2.2 物理量的測量

說一說如何用你選擇的實(shí)例來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律？能否說一下具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或者方案嗎？

需要測量三個(gè)物理量（對應(yīng)器材）：（1）物體的質(zhì)量（天平）；（2）物體所處位置的高度（刻度尺）；（3）物體的運(yùn)動(dòng)速度（速度傳感器、光電門、紙帶；平均速度法）．

設(shè)計(jì)意圖 通過實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生理清實(shí)驗(yàn)思路，并逐個(gè)檢索需要的實(shí)驗(yàn)器材和需要測量的物理量，本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)旨在引導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理，理順實(shí)驗(yàn)步驟，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力．

2.3 研究自由下落物體的機(jī)械能

思考與討論 （1）如果你要通過研究自由下落物體的機(jī)械能變化來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，根據(jù)所要測量的物理量，你認(rèn)為還需要哪些器材？

（2）在使用這些器材進(jìn)行測量時(shí)，你需要注意什么問題？

（3）你是否可以設(shè)計(jì)出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，完成這個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)？

2.3.1 實(shí)驗(yàn)器材

低壓交流電源、紙帶、復(fù)寫紙、毫米刻度尺、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線、重物．

2.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）安裝實(shí)驗(yàn)裝置：首先將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝到鐵架臺(tái)上，使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器保持豎直，然后連接好電路，如圖1所示.

（2）打紙帶：①將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用夾子將紙帶固定在重物上，用手提著紙帶靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并使其靜止；②接通電源，釋放紙帶，紙帶在重物的帶動(dòng)下下落；③斷開電源，取出紙帶．更換新的紙帶并重復(fù)上述過程3～5次．

（3）選紙帶：選取點(diǎn)跡較清晰且第1、2兩點(diǎn)間距接近2 mm的紙帶．

（4）測長度：用毫米刻度尺測出所選定的各計(jì)時(shí)點(diǎn)到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離．

思考與討論

（1）為什么要選擇第1、2兩點(diǎn)間距接近2 mm的紙帶？

（2）你如何測量重物下降的高度，測量時(shí)如何更加準(zhǔn)確的讀取數(shù)值？

（3）你如何測量紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，它的依據(jù)是什么？

（4）實(shí)驗(yàn)中需要測量重物的質(zhì)量嗎？

（5）在這一實(shí)驗(yàn)方案中，你認(rèn)為可以用什么樣的方法來驗(yàn)證機(jī)械能守恒？

設(shè)計(jì)意圖 讓學(xué)生進(jìn)一步熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，并弄清實(shí)驗(yàn)過程中需要注意哪些問題．

2.3.3 數(shù)據(jù)處理

從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測量從打出的第一點(diǎn)開始到各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，以h為橫軸，以12v2為縱軸，描繪12v2－h(huán)圖線，如圖2所示．若通過計(jì)算得到圖像是斜率接近9.8且過原點(diǎn)的傾斜直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．

設(shè)計(jì)意圖 讓學(xué)生體會(huì)圖像法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)越性，教師也要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用其他處理數(shù)據(jù)的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力．

思考與討論 （1）你認(rèn)為是否可以根據(jù)v=gt來求實(shí)驗(yàn)中所需要的某點(diǎn)的瞬時(shí)速度？

（2）不能用這種方式求解某點(diǎn)瞬時(shí)速度的原因是什么？

（3）你認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)引起誤差的原因有哪些？如何來減小誤差呢？

2.3.4 注意的問題

（1）實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注重減小阻力，具體措施為：①在安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，要盡量使紙帶與限位孔保持在同一豎直平面內(nèi)；②選重物時(shí)，盡可能選質(zhì)量和密度較大的．

（2）因重物下落過程中存在阻力，實(shí)驗(yàn)中末位置的機(jī)械能稍小于初位置的機(jī)械能，否則實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確．

設(shè)計(jì)意圖 通過“思考與討論”環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)探究過程產(chǎn)生好奇感和質(zhì)疑，進(jìn)一步掌握實(shí)驗(yàn)過程、數(shù)據(jù)處理和注意事項(xiàng)等，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和社會(huì)責(zé)任感．

3 結(jié)語

在核心素養(yǎng)視域下，以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”為例的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任．通過合理的引入設(shè)計(jì)、教學(xué)過程設(shè)計(jì)、教學(xué)方法選擇，能夠有效地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展．在今后的教學(xué)中，教師應(yīng)不斷更新教育理念，創(chuàng)新教學(xué)方法，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才奠定基礎(chǔ)．

【本文系定西市教育科學(xué)規(guī)劃2024年度課題“學(xué)科核心素養(yǎng)指引下的高中物理課堂教學(xué)與評(píng)價(jià)研究”（課題編號(hào)：DX［2024］JKS0421）的階段性成果】

參考文獻(xiàn)：

［1］方青凡，許芙蓉.核心素養(yǎng)視域下的高中物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)——以“用多用電表測量電學(xué)中的物理量”教學(xué)為例［J］.物理之友，2023，39（03）：39-41.

［2］江輝.核心素養(yǎng)視域下的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.天津教育，2022（35）：96-98.

［3］周婕，劉喜斌，向棚.核心素養(yǎng)視域下的高中物理逆向教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施策略——以“楞次定律”為例［J］.湖南中學(xué)物理，2023，38（06）：49-51+60.