建立物理觀念厚植核心素養(yǎng)

陶漢斌

[摘? ?要]發(fā)展學生的核心素養(yǎng)是新一輪課程改革的主要任務。物理學科的四個核心素養(yǎng)要素中，最基礎的核心素養(yǎng)是物理觀念，它代表對物理知識的內(nèi)化，是其他三個核心素養(yǎng)的基礎?？茖W思維和科學探究是學生的關(guān)鍵能力，科學態(tài)度與責任是每個人必備的品格。文章以第六章《曲線運動》第一節(jié)《曲線運動》為例，闡述在教學過程中如何設計生活化創(chuàng)新教學情境，讓學生在物理情境中建立力與運動的觀念，并利用實驗進行科學探究和科學思維，將物理的核心素養(yǎng)厚植于課堂教學之中。

[關(guān)鍵詞]物理觀念;科學探究;科學思維;曲線運動

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）29-0039-03

新課程教學過程中，隨著核心素養(yǎng)理念不斷深入人心，以人為本的物理教學理念也逐漸根植于每一位教師的心靈深處，這給高中課堂教學帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。我們在課堂教學過程中，要更加關(guān)注落實物理核心素養(yǎng)。物理觀念是核心素養(yǎng)的基石。什么叫物理觀念呢？物理觀念指的是學生在物理學習過程中形成的相互作用觀、物質(zhì)觀、運動觀以及能量觀，并能用這些觀念走進社會，走進生活，解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題，能用這些觀念描述大自然的圖景。下面就以曲線運動為例，引領學生一起走進生活情境，讓我們的物理教學回歸基礎知識，追溯物理本源，把最基本的力與運動的物理觀念講清楚，厚植學生的物理核心素養(yǎng)。

一、創(chuàng)設生活情境，建立物理觀念——曲線運動的觀念

在傳統(tǒng)的曲線運動教學中，教師通常會呈現(xiàn)設置好的幾組圖片，例如運動員比賽中的彎道跑、高鐵運行時的轉(zhuǎn)彎、電風扇的轉(zhuǎn)動，通過讓學生尋找圖片間的共性，從而提出這些運動的軌跡都是曲線，然后提出曲線運動的概念。

有的學校，學生本身的物理學習興趣就不夠濃厚，這樣的課堂引入不僅單一，而且不能激發(fā)學生學習物理的興趣，有的教師采用飛鏢等有趣的小實驗或者小游戲，讓學生在感興趣的觀察中引入本節(jié)新課。由于在運動的過程中飛鏢的速度很快，觀察時學生關(guān)注的焦點，一般是飛鏢中了幾環(huán)，很少有學生關(guān)注飛鏢運動過程中漂亮的軌跡圖線，所以筆者采用自制滑翔機引入課堂教學。

用“凱西1號”自制滑翔機演示飛行實驗，該實驗在課堂上引起了轟動，學生在觀察滑翔機飛翔時，極大地喚醒了觀察運動軌跡的興趣。（1）自制滑翔機用到的器材有：橡皮筋5根，杯子兩個，還有較寬的透明膠帶。（2）制作過程是： 如圖1所示，先將5根橡皮筋連成環(huán)狀，將兩個紙杯的底端用透明膠帶連在一起，再用大拇指按住橡皮筋的一端，然后將橡皮筋慢慢地繞在兩個杯子中間。在纏繞時皮筋就適當拉緊，但又不能把杯子箍壞了。最后用左手拇指按住皮筋的一端，右手拇指拉著皮筋的另一端。這時如果我們松開左手拇指，杯子在皮筋彈力的作用下，就會向前彈射出去。由于皮筋一開始是繞在杯子上面的，所以杯子向前運動的同時，還會逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖1所示。

接下來筆者播放兩組視頻：一個是欣賞香蕉球的運動，另一個是欣賞鏈球的運動。播放這兩組視頻，可以再次調(diào)動學生想要探究曲線運動的積極性，讓學生再次發(fā)現(xiàn)生活中的物理學之美，并且第二個小視頻為學生學習曲線運動某一點的運動方向埋下了伏筆。

二、創(chuàng)新教學設計，實踐科學探究——速度方向的確定

1.播放鏈球運動

在直線運動中學生學過速度這個物理量，對速度的方向有很深的體驗，但對進一步學習曲線運動的速度方向他們是沒有心理準備的，而本節(jié)課確定曲線運動的方向是一個教學難點。教師播放的鏈球運動起到了承上啟下的作用，一方面學生再次觀察生活中的曲線運動，以及曲線運動的軌跡;另一方面也為學生接下來探究曲線運動的速度方向起到了引導作用。以下為筆者引導學生的一段對話。

（1）問題提出：當鏈球運動到什么位置放手更好？

（2）實驗探究 1： 學生動手實驗，當鏈球運動到正前方時放手。

（3）科學猜想：鏈球運動到什么位置放手更好？

（4）實驗探究 2：學生動手實驗，當鏈球運動到側(cè)前方時放手。

（5）視頻播放：鏈球運動員比賽中拋球瞬間，如圖2所示。

（6）問題思考：為什么運動員要在側(cè)前方放手？

用這個視頻和小實驗來導入對曲線運動速度方向的研究，能充分調(diào)動學生學習的積極性，也能激發(fā)學生科學探究的欲望，這樣就能非常自然地切入對曲線的速度方向的研究。

2.用膠帶做實驗，讓學生體會曲線運動的速度方向

讓學生準備一個膠帶，拉出其中的一段，纏繞兩圈并固定，再用力拉住膠帶一端使它在水平桌面上做圓周運動（要稍慢一些），在運動的過程中突然放手，如圖3所示。

觀察與思考：

（1）在不同的位置放手，飛出去的方向相同嗎？

（2）觀察沿什么方向飛出？

（3）這現(xiàn)象說明了什么？ （由于慣性保持原來的運動方向）

3.播放刀具放在砂輪上打磨的視頻，讓學生觀察曲線運動的速度方向

問題情境一：如何用實驗確定做曲線運動的物體在任意位置或任意時刻的速度方向？

演示實驗：教師將刀具放在砂輪上的不同位置打磨。（學生觀察實驗，并說出現(xiàn)象：火星四射，均沿輪子某點的切線方向飛出）

4.利用陀螺實驗，探究曲線運動速度方向

（1）所用器材：自制的陀螺，圓紙板（與陀螺等大），一次性注射器，紅墨水，白紙，木板;裝置如圖4所示。

（2）操作：先將陀螺放在白紙上，讓其高速旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)動穩(wěn)定的時候，用注射器在陀螺的上表面滴兩滴紅墨水，觀察白紙上紅墨水被陀螺甩出的軌跡。

（3）現(xiàn)象： 紅墨水被陀螺沿切線方向甩出，如圖4所示。

學生在做這些探究性實驗的過程中，自然會得出這樣的結(jié)論：物體在做曲線運動的過程中，某點的速度方向就是軌跡上通過該點的切線方向。

5.通過導學案將曲線運動的速度方向應用于自行車的實際生活場景

課堂練習：

（1）畫出自行車前輪上各點在正常行駛時的速度方向，如圖5所示。

（2）如果這輛車在下雨天騎行，會出現(xiàn)什么狀況？

（3）請你為該車設計安裝擋板。

（可以展現(xiàn)真正的自行車，指導學生觀察前輪的擋泥板）

三、創(chuàng)新演示實驗，引領科學思維——曲線運動的條件

1.對曲線運動條件的實驗方案改進

問題情境：在現(xiàn)實生活中為什么物體會做曲線運動呢？

教師演示實驗：

（1）實驗器材：條形磁鐵（1條）、小鋼球（1個），斜面軌道（1條），木板，白紙。如圖6所示。

（2）設計出四個實驗任務

①任務1：將小球從斜面上某點自由釋放，此時沒有磁鐵放在小球運動的附近，如圖7中的a所示。

②任務2：將條形磁鐵放在與小球速度方向相同的一條直線上，再將小球由斜面某點靜止釋放，如圖7中的b所示。

③任務3：將磁鐵放在小球運動方向的左側(cè)，如圖7中的c所示。

④任務4：將磁鐵放在小球運動方向的右側(cè)，如圖7中的d所示。

我們還可讓學生與教師合作一起完成實驗，記錄實驗的場景，并分小組讓學生分析實驗現(xiàn)象，得到如圖7所示的實驗結(jié)果分析圖。最后由學生自己總結(jié)出最終的結(jié)論：當物體所受合外力與速度方向在同一直線時，物體一定做直線運動;當物體所受合外力與速度方向不在同一直線時，物體一定做曲線運動。

2.創(chuàng)設水柱魔術(shù)，讓學生揭秘

教師用玻璃杯吸引水流，讓紅色水流發(fā)生彎曲，達到一種魔術(shù)的效果，引發(fā)學生用今天所學的知識進行解釋。并引導學生歸納總結(jié)本節(jié)課最后一個知識點——曲線運動的條件以及偏轉(zhuǎn)的方向。

如圖8所示，將塑料瓶裝滿水，在瓶底和瓶蓋上開一小洞，讓水滴下。觀察水滴的自由落體運動。問學生：如何讓下落的水滴做曲線運動？學生回答：吹氣等。

教師進行魔術(shù)表演，將橡膠棒摩擦絲綢，靠近水柱，發(fā)現(xiàn)紅水柱向玻璃棒彎曲。本演示實驗極大地激發(fā)了學生的興趣，并且通過引導學生揭秘本魔術(shù)的奧秘，使學生參與總結(jié)曲線運動的條件這一知識點，使抽象問題形象化，充分體現(xiàn)了“做中學”的思想。

四、意義與體會

學生在感知生活、學習物理學史的過程中，時時刻刻沐浴在物理“核心素養(yǎng)”的教育之中，時刻都在開發(fā)著自己的創(chuàng)造“潛能”。通過上述實驗和生活化的場景，使學生建立了正確的曲線運動觀念，并在科學探究中確定了曲線運動的速度方向，最終引領科學思維——物體為什么會做曲線運動呢？這種創(chuàng)新實踐型的課堂比以往的常規(guī)課更加形象生動，而且學生在實驗探究的過程中產(chǎn)生了學習物理的興趣，同時也真正在課堂教學中實踐了物理核心素養(yǎng)的教學。在本實驗案例中，所用到的是生活化的材料，取材簡單，操作簡便，提高了實驗的可行性。最后的點睛之筆是探究曲線運動的條件的魔術(shù)水柱實驗，在某種程度上將本節(jié)課帶入了最后的高潮。

中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)，主要是指學生應具備的，能夠適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。我們在教學過程中一定要尊重教學規(guī)律，以學生為本，厚植物理核心素養(yǎng)，只有這樣，才可能培育和發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。通過本節(jié)課的學習，學生學習物理的情緒大大提高，也增強了學生學習物理的信心，并提高了他們的物理核心素養(yǎng)。在物理課堂教學中，將理論物理與生活物理有機結(jié)合在一起，有助于學生平時留心觀察生活中的物理場景。建立物理觀念，厚植核心素養(yǎng)，這是我們課堂教學的宗旨。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 劉銀奎.核心素養(yǎng)導向下的高中物理教學初探：以“曲線運動”教學為例[J].物理教學，2018（3）：18-21+31.

[2]? 杭慶祥.創(chuàng)新實驗 體驗過程：《曲線運動》為例的教學設計 [J].物理教學探討，2018（4）：33-36.

[3]? 崔愛玉.“曲線運動”教學中兩個創(chuàng)新演示實驗設計[J].物理通報， 2018（7）：88-90.

（責任編輯 易志毅）