让核心素养扎根高中物理课堂

——以人教社新教材选择性必修一第二章机械振动第1节简谐运动为例

于正华1，王博洋2，董平3

1.江苏省泰州市姜堰区张甸中学；2.西安学新甄选教育科技有限公司；3.江苏省姜堰中学

摘要：自2014年教育部将组织研究提出各学段学生发展核心素养体系，2017年修订的《课程标准》（简称新课标）指出进一步提升学生的物理学科核心素养，2019年暑假人教社做新教材使用的培训工作时再次提到学科核心素养的落实，说明让核心素养扎根高中物理课题的重要性。

关键词：核心素养  高中物理

新课标施行近五年了，核心素养的落实仍然存在以下问题：（1）物理观念的建立，仍有教师采取直接告知学生的现象，“填鸭式”的教育没有丝毫转变；（2）科学思维的培养，停留在口头上，实际教学时仍然有教师不留时间学生思考，或者为了教学进度形式上留一点时间后自己迫不及待的自问自答，只注重物理知识讲完了不注重学生的接受能力；（3）科学探究的体现，变成教师的“一言堂”，课本相关实验的探究活动由“教师的讲实验”取代了“学生的做实验”，通过动手刷题代替动手实验；（4）科学态度与责任的渗透，有些教师直接把相关内容变成学生自己课后看书的任务，弱化新教材小资料的作用，甚至于无视新教材课后精选的习题。（5）更有甚者，手捧新教材口授旧教材；教学课件也拿来主义且是旧教材的。

如何让核心素养扎根高中物理课堂？首先，要解放教师的教学思想，尤其是老教师的思想。教师的职业生涯越长，教师的教学风格就会形成固定化，要更新就要花费较大的力气。其次，要提升教师的专业素养。新的教学理念，教师要想给学生一碗水，自己就要准备一桶水。如果连教师本身都不理解物理学科的核心素养，从何谈得上在教学工作中渗透核心素养给学生？又如何知道培养学生核心素养的步骤、方法和技巧？所以，只有通过学习网络名师的教学、阅读教学大咖的文章等途径提高了教师的学科素养，才能真正的将核心素养扎根高中物理课堂。

通过学习十多位教师的模拟课堂、实际课堂和物理六大期刊的一些文章，以人教社新教材选择性必修一第二章机械振动第1节简谐运动【1】为例，谈谈如何将核心素养扎根高中物理课堂：

（一）借助问题设计，建立物理观念

1、通过观察生活中的情景设计问题，建立物理观念

本节首先接触到的物理观念是机械振动，教师通过生活中的情景（如下图）可以设计以下问题……

（1）振动的弦、浮动的浮子、摇摆的树枝……有哪些共同的运动特点？

答：围绕某一位置做往复运动。

（2）生活中还有哪些物体的运动也有这些特点？

答：钟摆的运动、心脏的跳动、声带的颤动……

（3）如图轻拉（压）下列小球松手后，小球的运动也具备这些特点吗？（答：具备）

总结：①定义：物体或者物体的一部分在一个位置附近的往复运动叫做机械振动。

②特点：对称性、周期性。

2、通过分析实际的情景设计问题，建立物理模型

物理学是研究物质运动规律的学科，而实际的物理现象和物理规律一般都是十分复杂的，涉及到许多因素。舍弃次要因素，抓住主要因素，从而突出客观事物的本质特征，建立的概念模型就叫物理模型（physical model）。这个方法称为构建物理模型，或称为构建模型。构建物理模型是一种研究物理问题的科学的思维方法。

如图，把一个有孔的小球连接在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球套在水平杆上。试问：

（1）小球能不能一直运动下去？（空气阻力和摩擦阻力）

（2）怎样减小摩擦阻力的影响？（光滑的杆）

（3）怎样减小空气阻力的影响？（采用小钢球）

（4）忽略小球的大小和形状，就是什么模型？（质点）

（5）弹簧应该具备什么要求？（轻弹簧忽略质量、在弹性限度内）

总结：①定义：小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子.

②条件：不计空气阻力和摩擦阻力、小球视为质点、轻弹簧的质量远小于小钢球的质量、弹簧在弹性限度内。

3、通过对比新旧的概念设计问题，建立物理观念

机械振动是学生接触到的一种新的运动，我们研究上图中弹簧振子时：

（1）想到哪些运动学物理量？（位移、速度、加速度）

（2）什么是位移？（初位置指向末位置的有向线段）

（3）上图中A、O、B三个位置中，选择哪一个点作为初始位置最合适？（O点）

总结：①定义：始终以平衡位置为初始位置，初始位置指向末位置的有向线段就是位移。②特点：位置时刻变化，所有位置关于O点对称，位移随时间在变化。

（二）借助定性分析，培养科学思维

科学思维，也叫科学逻辑，即形成并运用于科学认识活动、对感性认识材料进行加工处理的方式与途径的理论体系；它是真理在认识的统一过程中，对各种科学的思维方法的有机整合，它是人类实践活动的产物。“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。

弹簧振子的位移随时间的变化关系，可以借助分析振子O→A、A→O、O→B、B→O每个小过程的受力和运动情况，定性的画出每个小过程位移—时间图像。（以O点为计时起点，规定水平向左为正方向）

运动过程

受力和运动分析图

定性分析

位移—时间图像

O→A

小球受力方向和运动方向相反，做减速运动；弹力增大，故加速度增大。

A→O

小球受力方向和运动方向相同，做加速运动；弹力减小，故加速度减小。

O→B

小球受力方向和运动方向相反，做减速运动；弹力增大，故加速度增大。

B→O

小球受力方向和运动方向相同，做加速运动；弹力减小，故加速度减小。

综合上述各个过程，可以定性画出振子O→A→O→B→O的位移—时间图像如右图：

（三）借助定量分析，体现科学探究

科学探究是指人们通过一定的过程和方法对客观事物和现象进行探索、质疑和研究。现代教育科学使用的“科学探究”一词往往具有两个层面上的涵义:一是科学探究活动，二是科学探究技能。学生科学探究活动的对象通常只是学生自己未知的，方法比较简单，而且需要教师的帮助，结果一般只能提高学生对某个事物、某种现象的认识，在教师的引导下这样的结果也可以用来改善学生的学习生活质量。

要想准确画出弹簧振子的位移—时间图像，求出位移随时间的变化关系式，就必须准确测出位移和时间。

思考1：观察下图想一想，弹簧振子运动太快，怎样精确地测出振子的位移和时间？

答：用频闪照相的方法拍下弹簧振子的振动情况。

思考2：频闪照相拍得以下图片，能否精确地测出位移？

答：不能，因为振子做往复运动，所以用频闪照相的方法拍下弹簧振子的图片中有重叠现象。

思考3：如何解决频闪照相中的重叠问题？

答：如果能找到一个软件将视频中振子每隔一段时间的位置图像分割出来就行了。

教师引导：KMplayer播放软件就可以将形成的视频每隔1秒分离30张图片出来，并保存在相应的文件夹中，根据照片就可以记录不同时刻振子的位移。（如右图）

思考4：观察上图记录的一些图片，怎么描绘位移—时间图像？

答：建立直角坐标系，以横轴代表时间（用标尺的宽度代表1/30秒为单位长度），纵轴代表位移，描点画图。

教师补充：还可以借助excel软件，将记录好的数据录入excel电子表格，就可以直观的得出位移—时间图像。（如右图）

思考5：得出的图像是曲线，它们是圆弧、抛物线还是椭圆？或者是正弦图像呢？

     答：可以通过记录的数据分别求出圆的方程、抛物线的方程、椭圆的方程、正弦曲线方程，作出相应的图像与振子的位移—时间图像进行拟合。通过比较不难发现：振子的位移—时间图像与正弦函数曲线最接近。

     思考6：阅读教材，看看还有哪些方法可以描绘出振子的位移—时间图像？

     答：（1）利用位移传感器；（2）利用扫描记录法。

     思考7：振子的位移—时间图像是不是振子的运动轨迹？

     答：不是的。振子的运动轨迹是一小段线段，不是正弦函数图像。

（四）借助教学环节，渗透科学态度和责任

2017年《课程标准》（简称新课标）中这样界定科学态度和责任：“科学态度与责任”是指在认识科学本质、理解科学•技术•环境•社会关系的基础上，逐渐形成应有的科学态度和社会责任感包括科学本质、科学态度、社会责任感。可见，这些内容不能单纯地说教，应将这些变成“随风潜入夜，润物细无声”，在物理概念、规律的教学中认识科学本质，在科学探究中了解物理学家在推动科学时对待科学的态度从而树立自己的态度，在科学思维养成的过程中也了解科学伦理和STSE等【2】。

在物理观念建立的过程中，教师通过问题链的形式，去鼓励学生探索未知揭示真理，学会说明物质的类型和属性，学会揭示物质的本质和特征。

在科学思维培养的过程中，引导学生进行模型分析，启发学生进行模型建构，注重逻辑推理，培养学生严谨认真的科学态度。

在实验探究过程中，教师可以根据不同的答案设计不同的实验并实施。【3】如：有些学生可能会在思考1中答出可以频闪照相的方法来测量位移。如果学校有这样的器材就可以实施。即使没有专门的频闪设备，用手机的摄像功能和一些对应视频处理软件也可以做到。这样的实验，可以通过学生自主完成（如右图）培养实事求是的科学精神。一方面，这不仅让学生体会到：教材上的不是死内容，自己的想法和设计也可以解决问题。体现了核心素养中的探究能力，使学生从心理层面上进一步肯定了自己，使学习变得有趣，物理变得生动；另一方面，也符合手机、电脑的普及和发达带给学生在实验上的进步，学生得以体会社会科技的发展进步。

物理教材不可或缺的重要组成部分是教材习题。“教材习题是在课程标准下经过教材专家与一线教师深思熟虑、精心挑选的教学素材，是集体智慧的结晶，具有科学性、典型性、示范性和功能性。”现行人教版高中物理教材为一线物理教师提供了多种多样习题素材，但往往具体在教学实践中，物理教师应该对教材习题行进细化研究、进行深度挖掘以及与其他教学过程和环节的有机整合，还可以通过小课题的研究也许还能激发学生的无限想象力和创造力、提升学生的动手能力。例如，本节中的做一做（下图1）还有课后习题1（下图2）都能够还能够培养学生的严谨认真的科学态度和实事求是的科学精神。

    因此，在新高考模式下，在新课标引领下，如何真正做到让核心素养扎根高中物理课堂，是一个永远值得研究的问题。通过研究各类教师的教学会发现，核心素养的培养在课堂教学中，不少教师已经在做，只是这样的过程是隐性的，而且呈现出核心素养各元素的培养不是独立存在的，他们是紧密联系在一起的，互相渗透的。

参考文献：

【1】人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发中心。普通高中课程标准实验教科书.物理.选择性必修1【M】北京：人民教育出版社，2019

【2】中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）【S】.北京：人民教育出版社，2018

【3】陈刚.物理教学设计【M】.上海：华东师范大学出版社，2009.9

基金项目：本文为江苏省泰州市教育科学“十三五”规划一般课题（编号：2018jksyiblx031）“现代教育技术应用于碎片化问题教学的实践研究”的阶段性研究成果。