基于核心素養(yǎng)的高中物理概念教學(xué)研究

摘要：物理概念的建立過程既是科學(xué)觀念的培養(yǎng)、建立過程，同時(shí)也貫穿著科學(xué)探究及科學(xué)思維的培養(yǎng)。文章通過對(duì)智慧教室背景下“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”課例中概念教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐與反思，探討在物理概念教學(xué)中如何養(yǎng)成學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：智慧教室;學(xué)科核心素養(yǎng);高中物理;概念教學(xué);簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

中圖分類號(hào)：G631;G633.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-3561（2019）06-0022-02

《義務(wù)教育普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面的內(nèi)容。物理概念是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)客觀世界的過程中對(duì)物理事物、物理事實(shí)的共性及本質(zhì)屬性的抽象、概括和認(rèn)識(shí)，既是物理學(xué)科知識(shí)的重要基礎(chǔ)，也是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中物理觀念的重要組成部分。物理概念的建立過程既是科學(xué)觀念的培養(yǎng)、建立過程，同時(shí)也貫穿著科學(xué)探究及科學(xué)思維的培養(yǎng)。物理概念教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度，明確學(xué)生科學(xué)責(zé)任的重要陣地。智慧教室作為一種新型的現(xiàn)代化教學(xué)手段，以一種新的教育形式為教學(xué)創(chuàng)新、發(fā)展提供了有利的技術(shù)保障。這套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)互動(dòng)，即時(shí)測(cè)評(píng)反饋，為教師在課堂上以學(xué)定教提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

本文通過對(duì)“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”課例中概念教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐與反思，探討智慧教室背景下如何在中學(xué)物理概念教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、反思傳統(tǒng)常規(guī)教學(xué)，提出教學(xué)中存在的問題

“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”選自魯科版高中物理選修3-4第一章第一節(jié)，是高中物理的難點(diǎn)之一。學(xué)生在動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)，同時(shí)也為后續(xù)單擺等內(nèi)容的學(xué)習(xí)做好鋪墊，在教材中起到承上啟下的作用。本節(jié)作為本章的基礎(chǔ)章節(jié)，有“機(jī)械振動(dòng)”“回復(fù)力”“（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的）位移”“平衡位置”“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”等諸多概念需要建立。

在傳統(tǒng)的常規(guī)教學(xué)中，許多一線教師是按照“給出概念——強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵詞及含義——分析相關(guān)物理量在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的規(guī)律——規(guī)律應(yīng)用、例題講解”大體環(huán)節(jié)對(duì)本節(jié)進(jìn)行講授的。以上教學(xué)安排讓學(xué)生看似學(xué)習(xí)了概念，但對(duì)概念并不能深入理解，在遇到問題、解決問題時(shí)仍然常常感到迷茫困惑，難以做到靈活變通、準(zhǔn)確遷移、正確應(yīng)用。

在物理教學(xué)中，不少教師對(duì)概念教學(xué)未給予足夠重視，在學(xué)生概念教學(xué)構(gòu)建上草草了事，未能下功夫進(jìn)行教學(xué)分析和設(shè)計(jì)。再加上高中階段從未直接考查概念本身，也造成許多學(xué)生主觀上對(duì)概念學(xué)習(xí)不夠重視，未能用心對(duì)概念的內(nèi)涵及外延進(jìn)行充分理解。在日常答疑中，由于學(xué)生對(duì)概念認(rèn)識(shí)的偏差或模糊不清導(dǎo)致的錯(cuò)誤常有發(fā)生。

對(duì)比《義務(wù)教育普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的要求，物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中要重視理解和內(nèi)化，培養(yǎng)自己具有物理學(xué)科特點(diǎn)的觀念、思維和能力，以適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的需要。

二、智慧教室背景下基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中物理概念教學(xué)的組織與設(shè)計(jì)

1.從核心素養(yǎng)的四個(gè)方面內(nèi)容切入，制定“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”教學(xué)設(shè)計(jì)的具體目標(biāo)

（1）物理觀念。1）知道什么是機(jī)械振動(dòng)及機(jī)械振動(dòng)的必要條件。2）理解回復(fù)力的含義，掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的特征。3）理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件，能夠鑒別簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。4）掌握在一次全振動(dòng)過程中位移、回復(fù)力、加速度、速度的變化規(guī)律。5）了解彈簧振子是理想化模型，并能在具體情境中加以判斷。

（2）學(xué)科思維。1）培養(yǎng)學(xué)生觀察、對(duì)比、質(zhì)疑、分析、歸納以及科學(xué)探究的能力。2）通過彈簧振子的建立，讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用理想化方法，突出主要矛盾，忽略次要因素，提高他們解決物理問題的能力。3）通過對(duì)彈簧振子振動(dòng)情況的觀察和分析，提升學(xué)生觀察及“個(gè)別→一般”的科學(xué)思維能力和概括總結(jié)能力。4）通過對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中相關(guān)物理量的變化規(guī)律的分析，培養(yǎng)學(xué)生觀察、邏輯思維、分析推理、辯證思維的能力。

（3）科學(xué)探究。1）構(gòu)建理想化模型——彈簧振子。選擇水平方向彈簧振子，為振動(dòng)探究做好研究對(duì)象上的準(zhǔn)備。2）構(gòu)建實(shí)驗(yàn)探究方案。通過振動(dòng)具有周期性的分析，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行探究，并根據(jù)三個(gè)特殊位置，把一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)過程劃分為四個(gè)階段。明確要探究的各物理量概念、矢標(biāo)性、如何判斷及觀察，為正式展開實(shí)驗(yàn)探究做好知識(shí)上的準(zhǔn)備。3）實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過智慧教室慢放及Flash課件模擬，讓學(xué)生分組進(jìn)行個(gè)性化實(shí)驗(yàn)觀察和探究，通過實(shí)物展臺(tái)分享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行小組交流、匯報(bào)和評(píng)價(jià)、修正，為下一步規(guī)律探究做好數(shù)據(jù)上的準(zhǔn)備。利用電子白板批注功能在師生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)過程中對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行批注和記號(hào)，有利于學(xué)生記筆記及橫向?qū)Ρ?。通過問題設(shè)置，幫助學(xué)生構(gòu)建思維的腳手架，引導(dǎo)學(xué)生探究思考、準(zhǔn)確表達(dá)、分析論證、歸納總結(jié)、評(píng)估反思。4）培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。1）通過教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生能積極思考，主動(dòng)汲取物理知識(shí)，大膽提出物理問題（甚至能對(duì)“權(quán)威”提出質(zhì)疑），用心體會(huì)科學(xué)方法在探究中的應(yīng)用。2）通過對(duì)“位移”概念的重新定義，認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究的發(fā)展性。3）通過對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、回復(fù)力概念的生成，了解規(guī)律的提煉基于物理事實(shí)，又高于物理事實(shí);通過對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的判斷，了解規(guī)律既來自實(shí)際生活，又能指導(dǎo)人們認(rèn)識(shí)自然。4）認(rèn)識(shí)到隨著人們對(duì)客觀世界認(rèn)識(shí)的深入，概念（規(guī)律）也是與時(shí)俱進(jìn)、不斷更新的。

2.“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)組織與設(shè)計(jì)

（1）重視物理概念的自主生成，促進(jìn)物理觀念的構(gòu)建。教學(xué)設(shè)計(jì)1：機(jī)械振動(dòng)概念。1）列舉生活中的例子——感受身邊的振動(dòng)。2）重點(diǎn)觀察、對(duì)比振動(dòng)的共同點(diǎn)，由學(xué)生總結(jié)并得出機(jī)械振動(dòng)定義。例子：A.彈簧下端懸掛一重物的振動(dòng)。B.擺球的擺動(dòng)。C.一端固定的鋼尺的振動(dòng)。3）由學(xué)生舉例，用所學(xué)知識(shí)有方向地尋找符合特征的運(yùn)動(dòng)。4）展示小球在圓形軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生用振動(dòng)概念對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)是否振動(dòng)進(jìn)行判斷。教學(xué)設(shè)計(jì)2：回復(fù)力概念。在教師的引導(dǎo)性提問中，逐步思考、探索、生成概念，知道“是什么”，理解“為什么”。1）展示并分析滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)。通過對(duì)滑塊動(dòng)起來的瞬間受力情況分析，引導(dǎo)生成“回復(fù)力”概念，明確回復(fù)力概念的內(nèi)涵。情況：A.滑塊拉開一段距離，導(dǎo)軌不充氣，釋放滑塊。B.導(dǎo)軌充氣。2）在生成回復(fù)力概念后，引導(dǎo)學(xué)生思考并得到回復(fù)力的作用，拓展回復(fù)力概念的外延。教學(xué)設(shè)計(jì)3：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)概念。（詳見“2”中表述。）

（2）重視物理實(shí)驗(yàn)的自主探究，促進(jìn)科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。教學(xué)設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)探究——彈簧振子的振動(dòng)規(guī)律。1）在探究之前：通過問題引導(dǎo)幫助學(xué)生梳理探究思路，找到探究方案，分配探究任務(wù)。2）在探究過程中：從分組實(shí)驗(yàn)到視頻慢放運(yùn)用了放大微小量（時(shí)間）的科學(xué)方法;從實(shí)驗(yàn)情景到課件模擬運(yùn)用了理想化的科學(xué)方法。從個(gè)人個(gè)性化探究到小組合作交流、班級(jí)交流與評(píng)估，讓探究過程從實(shí)驗(yàn)操作層面進(jìn)入數(shù)據(jù)確定與分析的層面。3）數(shù)據(jù)分析階段的問題引導(dǎo)思路：一是讓學(xué)生觀察原始數(shù)據(jù)（彈簧形變量x、彈簧彈力F、加速度a、速度v在振子位置處于B、B←O、O、O←C、C位置/階段數(shù)據(jù)，用箭頭符號(hào)形象標(biāo)出），初步尋找規(guī)律;二是讓學(xué)生在探究的基礎(chǔ)上，分析數(shù)據(jù)、生成概念。這樣能讓學(xué)生明白：概念從何來？為什么要引入？為什么能表達(dá)相關(guān)的物理信息？A.引導(dǎo)學(xué)生明確例子中彈簧振子的回復(fù)力“由彈簧彈力提供”及其作用“始終指向平衡位置，讓振子返回平衡位置”。B.引導(dǎo)得出據(jù)胡克定律回復(fù)力F=kx中k是彈簧的勁度系數(shù)，x是彈簧的形變量，兩個(gè)都是標(biāo)量，kx只能表示回復(fù)力的大小，不能表示回復(fù)力的方向，提出表達(dá)式表達(dá)回復(fù)力矢量信息不完備的矛盾。C.提出“能不能在式子中也表示出回復(fù)力的方向”，啟發(fā)學(xué)生深入思考，尋找解決方案。D.引導(dǎo)學(xué)生思考：“如果要讓表達(dá)式F=kx既體現(xiàn)回復(fù)力大小又體現(xiàn)回復(fù)力方向，表達(dá)式應(yīng)該升級(jí)為（）式？”“如果F是矢量，那么等式右邊也應(yīng)該是矢量，對(duì)新引入的物理量有什么要求？”通過問題引導(dǎo)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：形變量是將彈簧長(zhǎng)度與原長(zhǎng)比較獲得的。當(dāng)彈簧保持原長(zhǎng)，振子位于平衡位置;當(dāng)彈簧處于其他位置，彈簧的形變量與振子所在的位置有關(guān)。為解決“B”中的矛盾，需要引入一個(gè)新的物理矢量：（相對(duì)平衡位置的）位移，從而給出“位移”新的定義。E.表達(dá)式F=kx中“x”可以直接看作位移大小。繼續(xù)追問：“位移方向與回復(fù)力方向有什么關(guān)系？”引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，自主獲得“二者方向總是相反”的結(jié)論。進(jìn)而啟發(fā)：“如何表示這種F、x始終相反的方向關(guān)系呢？”這樣，能讓學(xué)生得到回復(fù)力的完整表達(dá)式F=-kx，從而生成簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念，并獲得其特征方程。F.提問，明確簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特征方程中每個(gè)物理量含義及表達(dá)式含義。

（3）重視對(duì)學(xué)生思考的引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)科思維的養(yǎng)成。教學(xué)設(shè)計(jì)1：按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜梳理高中階段學(xué)過的運(yùn)動(dòng)類型，引入更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)類型——機(jī)械運(yùn)動(dòng)。這樣，能讓學(xué)生對(duì)所學(xué)的運(yùn)動(dòng)類型建立整體、有機(jī)聯(lián)系，體會(huì)認(rèn)識(shí)事物和規(guī)律的過程是由簡(jiǎn)入繁、由易變難的過程。教學(xué)設(shè)計(jì)2：觀察滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，滑塊的振動(dòng)幅度越來越小。在教師的問題引導(dǎo)下思考、總結(jié)，得到物體做機(jī)械振動(dòng)必須滿足兩個(gè)必要條件。教學(xué)設(shè)計(jì)3：在前一實(shí)驗(yàn)演示基礎(chǔ)上，對(duì)氣墊導(dǎo)軌上的彈簧振子進(jìn)行抽象化處理，建立理想化模型——彈簧振子。教學(xué)設(shè)計(jì)4：辨析平衡位置是合力為0的位置嗎？本節(jié)初始，令物體靜止處于平衡位置，未能從動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)行深入分析，學(xué)生對(duì)這一概念的理解是粗淺的。在給出簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特征方程的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論分析，學(xué)生就很容易理解在動(dòng)態(tài)振動(dòng)過程中為什么把這一位置定為“平衡位置”。教學(xué)設(shè)計(jì)5：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，從新角度給簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)下定義，完善學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)類型的認(rèn)識(shí)體系。教學(xué)設(shè)計(jì)6：展示豎直方向彈簧振子，讓學(xué)生學(xué)習(xí)從水平方向簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的被組織轉(zhuǎn)向自組織狀態(tài)。教師引導(dǎo)提問，學(xué)生分析解答：1）振子靜止時(shí)的位置是什么位置？（把振子向下拉開一段距離，松手，振子振動(dòng)）2）振子是不是在做機(jī)械振動(dòng)？3）什么力來提供振子振動(dòng)的回復(fù)力？4）嘗試判斷并證明：豎直方向彈簧振子的振動(dòng)是不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)？教學(xué)設(shè)計(jì)7：利用智慧教室選人模式隨機(jī)選擇學(xué)習(xí)小組對(duì)本節(jié)課進(jìn)行小結(jié)?；仡櫴崂肀咎谜n主要內(nèi)容及內(nèi)容間的邏輯關(guān)系，加深重點(diǎn)、難點(diǎn)在學(xué)生心中的印象，幫助學(xué)生優(yōu)化整合學(xué)習(xí)知識(shí)，建構(gòu)知識(shí)體系，提升學(xué)習(xí)效率。

（4）重視教學(xué)過程的嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，促進(jìn)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的樹立。教學(xué)設(shè)計(jì)1：通過現(xiàn)場(chǎng)演示“魚洗”，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心和探索的欲望。

【其他滲透于教學(xué)組織與設(shè)計(jì)“（1）、（2）、（3）”中，內(nèi)容參考教學(xué)設(shè)計(jì)的具體目標(biāo)（4）“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”】

三、總結(jié)與啟發(fā)

智慧教室背景下基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中物理概念教學(xué)立足于學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)，目標(biāo)集中在學(xué)生終身發(fā)展所需要的重要習(xí)慣和關(guān)鍵能力的養(yǎng)成上。所以，基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中物理概念教學(xué)更加尊重學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)、情感體驗(yàn)，更加注重在概念探究和生成過程中科學(xué)方法的應(yīng)用、科學(xué)探究的引導(dǎo)，更加重視對(duì)教學(xué)過程中生成資源的即時(shí)利用，通過信息技術(shù)和學(xué)科教學(xué)的融合，客觀反饋生情學(xué)情，準(zhǔn)確定位問題所在，適時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的高效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]周靈.及時(shí)評(píng)量以學(xué)定教促進(jìn)發(fā)展——給予“智慧教室”的教學(xué)實(shí)踐與思考[J].福建基礎(chǔ)教育，2016（11）.

[2]桂媛媛.關(guān)注學(xué)生關(guān)注概念——淺談高中物理概念教學(xué)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015（22）.