高中物理開設(shè)選修課的嘗試

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高中物理開設(shè)選修課的嘗試

褚會(huì)鋒譚振偉

(浙江省菱湖中學(xué)浙江 湖州313000)

邱為鋼

(湖州師范學(xué)院理學(xué)院浙江 湖州313000)

1問題引出

浙江省深化普通高中課程改革方案已于2012年秋季在全省普通高中全面實(shí)施, 其中一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是選修課的開設(shè).方案規(guī)定中學(xué)生學(xué)分必須滿足必修課程96個(gè)學(xué)分,選修課程48個(gè)學(xué)分,方可畢業(yè). 選修課程分為知識(shí)拓展、職業(yè)技能、興趣特長、社會(huì)實(shí)踐等4類，其中知識(shí)拓展類選修課程比例不超過60%．湖州地區(qū)普通高中開設(shè)的物理選修課有,趣味數(shù)字物理實(shí)驗(yàn)(湖州五中), 高中物理力學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)(德清高中),DIS物理實(shí)驗(yàn)(德清一中), 生活中的物理(安吉高中),大多數(shù)與生活物理或?qū)嶒?yàn)物理有關(guān),不單單是課堂物理教學(xué)的延伸．

目前的高中物理教學(xué)模式是存在問題的，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者DavidGross和T’Hooft在中國舉辦的“基礎(chǔ)科學(xué)的未來與科教融合”論壇上接受采訪時(shí)指出這類教學(xué)模式的問題[1]：“發(fā)現(xiàn)他們的教學(xué)方式基本沒有發(fā)生什么變化，很多時(shí)候他們只是將一些定義和概念告訴學(xué)生，但很少理解并解釋清楚這些科學(xué)問題背后的原理．”,“關(guān)于科學(xué)教育，我與格羅斯有同樣的感受和想法．我同樣曾去過一些高中和大學(xué)，見過中國所使用的物理教科書，也跟他們中的一些物理教師有過交流．我發(fā)現(xiàn)他們所教授的內(nèi)容中，很少涉及真正的物理學(xué)思想．”這樣的物理選修課程設(shè)置一定程度上可以彌補(bǔ)這些問題，但還是有局限，基本上是由高中物理教師開設(shè)．高中物理教師長期處于教學(xué)一線，對(duì)于物理內(nèi)涵的感悟處于停滯不前的狀態(tài)，對(duì)于物理學(xué)的基本思想：好奇心驅(qū)使下的探索，物理模型建構(gòu)，理論近似處理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等感受不深．高中物理選修課很需要外在力量來推動(dòng)．

基于以上原因，2014年春，浙江省菱湖中學(xué)和湖州師范學(xué)院理學(xué)院合作，由兩位高中物理教師和一位大學(xué)物理教師組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)， 給高二(15)班學(xué)生共50人上了一學(xué)期的《物理拓展》選修課，時(shí)間固定在每周四的下午3：30，課堂講授持續(xù)30min，共10周，第一節(jié)是介紹，最后一節(jié)是考核，其余8節(jié)分為8個(gè)專題．大學(xué)教師負(fù)責(zé)主講，中學(xué)教師負(fù)責(zé)聽課紀(jì)錄和支撐服務(wù)．課程主要內(nèi)容是用定性和定量的分析方法，解釋生活中有趣現(xiàn)象背后的物理原理和規(guī)律，讓學(xué)生初步感受到物理探究的過程和特點(diǎn)．

2總體情況

8個(gè)專題來源于作者的教學(xué)研究文章以及國外的專業(yè)文獻(xiàn)[2~9]，分別是:

(1)懸鏈線的幾何特征，即懸鏈線兩端的距離與最低點(diǎn)到兩端連線距離的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量和擬合；

(2)彎曲薄板的形狀，探究彎曲薄板兩端距離和最高點(diǎn)到兩端連線距離的關(guān)系曲線；

(3)軟彈簧的自由下落，探究彈簧最上端做什么樣的直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速率與哪些物理量有關(guān)聯(lián)．

(4)鑲嵌雪花片的滾動(dòng)軌跡，探究滾動(dòng)雪花片與地面接觸點(diǎn)軌跡的周期性，以及周期距離與哪些幾何量有關(guān)，什么關(guān)系？

(5)光纖(纖細(xì)的塑料桿)臺(tái)燈的包絡(luò)面，探究彎曲桿的總勢(shì)能由哪幾部分組成，彈性勢(shì)能與哪些量有關(guān)系．

(6)懸浮水滴的振動(dòng)模式，觀測(cè)水滴形狀，探究振動(dòng)頻率與水滴的哪些物理量有關(guān)系，什么關(guān)系．

(7)肥皂膜的破裂，觀測(cè)高速攝像機(jī)拍攝下來的肥皂膜破裂過程，探究分離界面的推進(jìn)過程，以什么樣的速率推進(jìn)，這個(gè)速率與肥皂膜哪些物理量有關(guān)系．

(8)動(dòng)物濕水后甩毛頻率，觀測(cè)高速攝影下各種動(dòng)物甩毛過程，從頻率與動(dòng)物軀干半徑的數(shù)據(jù)曲線中探究這兩者的關(guān)系．

我們開設(shè)這門高中物理選修課的主要目的，是讓學(xué)生通過測(cè)量得到第一手?jǐn)?shù)據(jù)以及從視頻提取第二手?jǐn)?shù)據(jù)，分析(猜測(cè))得到一些物理量之間的關(guān)系，體會(huì)到最基礎(chǔ)的物理探究流程．雖然有些物理現(xiàn)象的理論要求非常之高，作為一個(gè)中學(xué)生很難理解，但這并不表示他們無從下手，沒法分析，至少可以做到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、測(cè)量數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、猜測(cè)規(guī)律，激發(fā)他們對(duì)物理探究的追求．

經(jīng)過近10節(jié)課的講授，我們很欣喜地看到不少學(xué)生改變了他們對(duì)物理難學(xué)難懂的看法，被生活中豐富多彩的物理現(xiàn)象所吸引，對(duì)看得見、摸得著、可以把握的物理感興趣．也許他們上大學(xué)不一定報(bào)考物理相關(guān)專業(yè)，或者大學(xué)理工專業(yè)畢業(yè)以后不再從事相關(guān)行業(yè)，但這門物理選修課在他們心中播下的物理探究的種子，在以后的事業(yè)生活中，遇到合適的條件，定會(huì)萌發(fā)出來．

3學(xué)生感受

最后，以幾個(gè)有代表性學(xué)生的感受作為本文的結(jié)尾：

生甲：在本期的選修課中，物理拓展給了我很深刻的印象．在課堂上，老師著重科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從生活實(shí)際出發(fā)，與我們平常所學(xué)的物理有很大的差別．生活中的物理是最難的．學(xué)習(xí)知識(shí)固然重要，更重要的是回歸于生活，來解決這些難題．在課堂中的視頻中可以感受到物理樂趣無窮，收獲頗豐．

生乙：在這一學(xué)期的物理選修課中，學(xué)習(xí)到了很多課堂上所了解不到的知識(shí)，掌握了生活中的物理，讓我感受到物理來源于生活，走向生活，受益匪淺．老師的實(shí)驗(yàn)十分有趣，讓我理解到了生活中的很多原理，以及對(duì)物理產(chǎn)生的樂趣．

生丙：通過物理拓展這門選修課，讓我對(duì)物理的興趣越來越濃厚．它不僅僅是局限于書本中條條框框的知識(shí)點(diǎn)，不是死板的教學(xué)．這讓我了解到物理的本來面目．生活中處處有物理，課上的各種視頻更是激發(fā)了我對(duì)生活中各種豐富多彩的現(xiàn)象的求知欲．以前從來未發(fā)現(xiàn)，從來沒有注意身邊會(huì)有那么多有趣的現(xiàn)象．人的眼睛觀察自然界所有現(xiàn)象是有局限性．我們需要用別的方法來觀察，把事物放大來看．自然界有著許多神奇的地方，真正的物理應(yīng)該是從身邊小處著手，應(yīng)該是需要?jiǎng)邮謩?dòng)腦自已去做，去驗(yàn)證，而并非僅限于解決題目這樣簡單．只有實(shí)踐了才會(huì)有問題解決那一刻的喜悅，所謂實(shí)踐出真知，就是這樣的吧．雖然說一直在強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力，但卻從未實(shí)施，也是一種遺憾吧．這次的選修課讓我受益匪淺，不僅僅是因?yàn)榭吹搅巳绱硕嗳绱似婊玫奈锢憩F(xiàn)象，它更讓我看到了物理這門學(xué)科所具有的獨(dú)特魅力．物理其實(shí)離我們很近．

生丁：通過老師在電腦上給我們看的圖片和視頻，我發(fā)現(xiàn)大自然是如此的有趣和神秘，在各種科學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)研究下，微小的現(xiàn)象通過放大后是多么不可思議！彈簧的下落、水滴的形狀、原子彈爆炸蘑菇云產(chǎn)生的沖擊波，這些都包含著物理知識(shí)，或者說，生活離不開物理．如果此刻我不為高考備戰(zhàn)，我想我必定會(huì)熱愛物理．當(dāng)一個(gè)個(gè)理論通過自己的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證或推翻，那是多么有樂趣和成就感的事．在慢鏡頭下我們看到了平時(shí)轉(zhuǎn)瞬即逝的現(xiàn)象．動(dòng)物抖水的動(dòng)作是多么可愛，小球碰墻后發(fā)生的形變是多么神奇．可惜我們還只是高中生，要以高考為中心．那些枯燥的題目與深?yuàn)W的書本理論經(jīng)常使我頭疼．在物理方面，我想我還要努力得太多太多，把物理拓展中學(xué)到的鉆研精神與興趣運(yùn)用到考試吧．

生戊：選修的物理拓展和平時(shí)所學(xué)的應(yīng)試物理很不一樣，一點(diǎn)也不枯燥，充滿樂趣．在選修課上，老師給我們看了許多有趣的視頻，動(dòng)畫，顛覆了以往物理復(fù)雜難懂的形象．令我印象十分深刻的是關(guān)于動(dòng)物甩干毛發(fā)頻率的視頻．在我們?nèi)庋劭梢姷囊恍?huì)兒的時(shí)間中，小動(dòng)物左右甩動(dòng)的次數(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們?nèi)庋鬯茼憫?yīng)的次數(shù)，令人驚訝不已．原來眼見不一定為實(shí)．物理的世界是很奇妙的，通過這次的選修課，我對(duì)物理有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)．

生己：就如這門課的名字物理拓展，學(xué)習(xí)這門課讓我了解到了很多生活中的物理．我覺得學(xué)習(xí)物理知識(shí)實(shí)驗(yàn)的重要性，要有具體的數(shù)據(jù)來說明問題．但這些是最難的．書本上的東西往往都是很抽象的，有時(shí)我們可以通過實(shí)驗(yàn)來證明．這樣可以讓印象更深刻一點(diǎn)，而且也會(huì)讓我們對(duì)物理感興趣．在這門選修課上，我們看了很多高速攝像機(jī)拍的視頻或圖片，這是我們?nèi)庋垡酝獾牧硪粋€(gè)更美麗奇特的世界，有很多事情都是很有趣的，如打噴嚏的過程、雨滴下落的過程，當(dāng)放慢幾百倍后是十分有趣的．其實(shí)我們也可以找一些視頻來看，通過不同的渠道接觸更有趣的物理，而且我們要學(xué)會(huì)動(dòng)手并思考某一現(xiàn)象的發(fā)生．也許我們現(xiàn)在學(xué)的物理很枯燥，但是真正的物理都是很有趣的．

生庚：物理拓展這門選修課讓我學(xué)到了很多，原來生活中到處都存在著物理學(xué)的知識(shí)．每次上課時(shí)看到的視頻都十分有趣，與此同時(shí)也包含了許多我不曾注意過的物理現(xiàn)象．雖然才上了沒幾節(jié)課，但它激起了我學(xué)習(xí)物理的興趣，使我更多地關(guān)注身邊的物理．學(xué)習(xí)物理的過程中，動(dòng)手與實(shí)驗(yàn)也是必不可少的．我相信在今后的學(xué)習(xí)中，我將更多地把書本上枯燥的知識(shí)轉(zhuǎn)變成有趣的內(nèi)容，使得自己對(duì)物理這門學(xué)科更感興趣．

生辛：從第一節(jié)課開始，教師通過幾個(gè)簡單有趣的實(shí)驗(yàn)，便吸引了我的眼球，讓我懂得物理不僅僅是書上的幾道題，幾個(gè)公式．我們看到了人類打噴嚏的威力，看到了炸彈爆炸后產(chǎn)生的氣流，了解了雨滴下落時(shí)的形變．各種有趣的視頻讓我們體會(huì)了物理的獨(dú)特之處．其實(shí)物理不只是我們書本上的知識(shí)，它是一門與我們的生活緊密相關(guān)的學(xué)科．生活處處充滿了物理.即便是一個(gè)很常見的現(xiàn)象，也有很復(fù)雜的物理知識(shí)．通過這幾周的學(xué)習(xí)，讓我對(duì)物理更加感興趣，使我受益匪淺．

生壬：原以為物理很枯燥的，上了老師的《物理拓展》課，才發(fā)現(xiàn)，身邊也有很多有趣的現(xiàn)象，體現(xiàn)了物理的奧秘．通過物理拓展，我們知道打噴嚏也有很快的速度，泡沫破滅也有很美麗的過程，子彈打入玻璃也會(huì)創(chuàng)造出美麗的“漣漪”．物理很有趣，并不是古板的公式，而是我們身邊的每一個(gè)現(xiàn)象組成、所體現(xiàn)的．

生癸：懷著想讓自己的物理成績提高一點(diǎn)的目的來選報(bào)了這門選修課，為的是讓自己可以學(xué)到更多的知識(shí)．隨后，便發(fā)現(xiàn)了與現(xiàn)實(shí)生活中不同的世界，讓我對(duì)物理產(chǎn)生了興趣．曾經(jīng)想過，人類滅亡之后的世界將會(huì)是怎么樣的(當(dāng)然這是很奇幻的)，但是卻沒有你給我們看的那個(gè)視頻那樣的科學(xué)；曾經(jīng)將畫中雨水化為水滴形，現(xiàn)在才知道其實(shí)不然；曾經(jīng)在電影中看到被子彈穿透過的玻璃留下一地的碎片，卻不知道在瞬間可以看到那猶如樹枝椏般的花紋；曾經(jīng)打過一個(gè)很大的噴嚏，卻不知道它的速度是多少；給狗狗洗過澡，然后看它一見到水就四處逃竄的樣子而哈哈大笑．想象過擁有這樣的一雙眼睛，可以看到空氣之中的細(xì)菌和塵埃；想象過有著輕功，可以停留在半空中或者自己能夠有著能力可以拍碎一個(gè)瓶子……物理生活在世界的每個(gè)角落，它有著不同的現(xiàn)象，但都有其特定的規(guī)律．它時(shí)刻出現(xiàn)在我的生活之中．物理改變我的生活，開拓了我的視野，帶我進(jìn)入這個(gè)奇幻的微小世界．

4專題案例介紹：彈簧的自由下落[10]

參 考 文 獻(xiàn)

1郝俊.諾獎(jiǎng)得主把脈中國科教.中國科學(xué)報(bào),2014-03-07, 第9版, 人物周刊

2邱為鋼.懸鏈線的幾何特征.物理與工程，2015,25(4)

3熊鑫炎，邱為鋼．彎曲薄板的形狀．大學(xué)物理，2015,34(7)：33~35

4邱為鋼.彈簧端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)模式.大學(xué)物理，2014，33(12)：12~14

5陶濤，邱為鋼．耦合圓環(huán)的滾動(dòng)模式．大學(xué)物理，2014，33(9)：47~49

6熊鑫炎，邱為鋼．光纖臺(tái)燈的包絡(luò)面．大學(xué)物理，(待發(fā)表)

7RAYLEIGHL,LORD.Onthecapillaryphenomenaofjets.Pruc.R.Suc.Lond.A,1879,29, 71~97

8熊鑫炎，邱為鋼． 肥皂膜的破裂速度．物理通報(bào)，2016(2):79~81

9DickersonAK,MillsZG,HuDL.Wetmammalsshakeattunedfrequenciestodry.JournaloftheRoyalSocietyInterface, 2012, 9

10譚振偉，諸會(huì)鋒，邱為綱.彈簧的自由下落——高中物理選修課之一，物理通報(bào)，2016(3)：34~36

(收稿日期：2015-08-15)