滲透優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)*
——以粵教版《物理·必修1》“重力”的教學(xué)為例

李學(xué)智

(海豐縣彭湃中學(xué) 廣東 汕尾 516400)

從2014年《完善中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育指導(dǎo)綱要》的出臺(tái)到2017年《關(guān)于實(shí)施中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化傳承發(fā)展工程的意見》的印發(fā)，足見傳統(tǒng)文化的重要.無論是新版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》還是《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》都對(duì)傳統(tǒng)文化提出了具體的要求.但在實(shí)際教學(xué)中，受制于課時(shí)等因素的限制，物理教師對(duì)傳統(tǒng)文化的滲透不夠重視.筆者以2020年粵教版必修1第三章第1節(jié)“重力”的教學(xué)為例，闡述傳統(tǒng)文化在物理教學(xué)中的滲透.

1 課前分析 準(zhǔn)備

1.1 教材分析

本節(jié)課是2020年粵教版《物理·必修1》第三章第1節(jié)的內(nèi)容，與之前的粵教版教材相比較，新版教材引入重力并將其置于第1節(jié)，有利于初高中知識(shí)的銜接，以降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度.

1.2 學(xué)情分析

通過初中的學(xué)習(xí)學(xué)生已經(jīng)知道什么是力，力的三要素，力的作用效果以及重力的概念等內(nèi)容，并且能用力的示意圖表示力.但學(xué)生理性思維沒有達(dá)到一定的層次，對(duì)重心等內(nèi)容的理解不夠準(zhǔn)確.因此，本節(jié)課應(yīng)該在引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)初中所學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，將學(xué)生對(duì)重心的理解作為重點(diǎn)開展教學(xué)[1].

1.3 核心素養(yǎng)目標(biāo)的確定

(1)物理觀念：知道重力產(chǎn)生的原因、大小、方向，知道重心的概念，能用力的圖示和力的示意圖表示力.

(2)科學(xué)思維：體會(huì)等效替代的思想，體會(huì)引入重心的意義，提高科學(xué)推理能力.

(3)科學(xué)探究：通過懸掛法確定薄板重心，并理解其物理原理，提高科學(xué)探究能力.

(4)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：了解重力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，體會(huì)物理學(xué)與生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系；通過對(duì)欹器的原理分析，體會(huì)我國(guó)古代勞動(dòng)人民的聰明智慧；通過孔子與欹器的小故事，領(lǐng)悟“謙受益，滿招損”的道理.

1.4 教學(xué)重難點(diǎn)的確定

重心的理解及應(yīng)用.

1.5 教學(xué)用具的準(zhǔn)備

制作教學(xué)課件，下載相關(guān)視頻，制作欹器如圖1所示，懸掛法確定薄板重心的實(shí)驗(yàn)器材，準(zhǔn)備平衡玩具.

圖1 自制欹器

2 教學(xué)過程

2.1 觀看視頻 引入新課

播放視頻《中華瑰寶——欹器》(視頻來源：土豆網(wǎng)https://video.tudou.com/v/XNDIzODgyNTgwMA==.html?spm=a2h0k.8191414.0.0& from=s1.8-1-1.2)，截取視頻中欹器形態(tài)變化的幾個(gè)特殊位置(如圖2)，向?qū)W生提問：欹器為什么會(huì)有“虛則欹、中則正、滿則覆”的形態(tài)變化？從而引出本節(jié)課的課題.

圖2 欹器形態(tài)變化

設(shè)計(jì)意圖：通過觀看視頻激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，為本節(jié)課的教學(xué)做好鋪墊.

2.2 課內(nèi)翻轉(zhuǎn) 自主學(xué)習(xí)

通過PPT展示問題：(1)回憶初中所學(xué)內(nèi)容，思考：什么是力？力能產(chǎn)生什么作用效果？力的三要素是什么？如何表示力？(2)閱讀課本62～64頁(yè)內(nèi)容，思考：重力是怎樣產(chǎn)生的？如何計(jì)算重力的大?。恐亓Φ姆较蛑赶蚝畏?？什么是重心？重力在生活中有哪些應(yīng)用？通過這些問題引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí).

設(shè)計(jì)意圖：本節(jié)課涉及內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，且基本上都是學(xué)生在初中學(xué)習(xí)過的，通過設(shè)置問題讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，既能提高教學(xué)效率，也能體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位.

2.3 教師講解 突出重點(diǎn)

在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上教師對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講解：

(1)重力的施力物體是地球，但一般重力并不等于地球?qū)ξ矬w的引力；重力是一種非接觸力(場(chǎng)力)，只要處在重力場(chǎng)中的物體，不管有沒有與地球接觸都會(huì)受到重力作用.

(2)g在初中時(shí)由重力和質(zhì)量的比值得到，其單位是N/kg，進(jìn)入高中后通過自由落體運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)我們知道g是重力加速度，其單位是m/s2，1 N/kg=1 m/s2，兩個(gè)單位本質(zhì)上是相同的.

(3)物體各部分都會(huì)受到重力，但在解決具體物理問題時(shí)為了使問題簡(jiǎn)化，我們認(rèn)為重力集中作用于一點(diǎn)，即重心位置(以教室中常見的一盒粉筆為例)，這是一種等效替代的思維方法.

(4)力的圖示和力的示意圖都可以表示力，但與示意圖相比，力的圖示可以更加準(zhǔn)確地表示力的大小，用力的圖示表示力時(shí)一定要選取標(biāo)度.

設(shè)計(jì)意圖：通過教師講解，使學(xué)生在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上對(duì)重力等內(nèi)容的理解更加準(zhǔn)確.同時(shí)在引入重心的過程中讓學(xué)生體會(huì)等效替代的思維方法，為后續(xù)力的合成與分解等內(nèi)容的教學(xué)奠定思維基礎(chǔ).

2.4 實(shí)驗(yàn)探究 培養(yǎng)意識(shí)

對(duì)于質(zhì)量分布均勻且有規(guī)則幾何形狀的物體，重心在物體的幾何中心，那么如果物體形狀不規(guī)則或質(zhì)量分布不均勻，又該如何確定其重心的位置呢？介紹懸掛法確定薄板重心位置的實(shí)驗(yàn)方法，并請(qǐng)學(xué)生上講臺(tái)具體操作(如圖3).在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程中引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理.

圖3 學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)

師：懸掛的地圖受到哪些力？

生：重力和繩的拉力.

師：初中時(shí)學(xué)習(xí)的二力平衡的內(nèi)容是什么？

生：兩個(gè)力大小相等，方向相反，作用線在同一條直線上.

師：這兩個(gè)力就構(gòu)成了二力平衡的關(guān)系，即一對(duì)平衡力.要使兩個(gè)力的作用線在同一條直線上，重力的方向一定沿重垂線方向，即重心位于重垂線上(標(biāo)記出重垂線的方向).換一個(gè)位置懸掛地圖，同樣的方法又可以得到一條重垂線的方向，兩條線的交點(diǎn)即為地圖重心位置.

設(shè)計(jì)意圖：(1)通過二力平衡的思想理解懸掛法確定薄板重心位置的方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的意識(shí)，既是對(duì)初中所學(xué)二力平衡知識(shí)的復(fù)習(xí)，也為后續(xù)共點(diǎn)力平衡的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).(2)在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生都知道物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，但學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)又存在一些誤解，認(rèn)為只有去實(shí)驗(yàn)室才能做實(shí)驗(yàn)，而該實(shí)驗(yàn)所用物品：紙板，細(xì)線，螺絲釘?shù)?，都是生活中常見之物，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理實(shí)驗(yàn)可以生活化，從而促進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究常態(tài)化的進(jìn)行，最終提高學(xué)生的科學(xué)探究能力[2].

2.5 實(shí)物展示 知識(shí)應(yīng)用

展示平衡玩具，引導(dǎo)學(xué)生分析其原理(如圖4).

圖4 教師引導(dǎo)

師：平衡玩具受到哪些力？

生：重力和支持力.

師：這兩個(gè)力是什么關(guān)系？

生：一對(duì)平衡力.

師：支持力的作用點(diǎn)在玩具的嘴尖，兩個(gè)力的作用線要在同一條直線上，重力的作用點(diǎn)也應(yīng)在玩具的嘴尖(如圖5)，這就是平衡玩具的奧秘，它通過特殊的構(gòu)造，使得其重心位于嘴尖，以達(dá)到平衡的目的.

圖5 平衡玩具原理分析

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)解釋生活現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生由解題向解決物理問題轉(zhuǎn)變，提高學(xué)生科學(xué)推理能力.平衡玩具的展示能夠調(diào)動(dòng)課堂氛圍，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.

2.6 自制教具 解答問題

利用自制欹器，演示欹器裝水過程中形態(tài)變化(如圖6).利用PPT展示實(shí)驗(yàn)過程中截取的圖片(如圖7)，引導(dǎo)學(xué)生分析其的物理原理.

圖6 教師演示實(shí)驗(yàn)

圖7 欹器原理分析

師：在裝入水的過程中，飲料瓶形態(tài)為什么會(huì)發(fā)生變化？

生：重心位置變了.

師：重心位置具體發(fā)生了怎樣的變化？

生：(各抒己見)

師：飲料瓶雖然沒有規(guī)則的幾何形狀，但其具有軸對(duì)稱性，其重心位于中軸線上某一位置.沒有裝水時(shí)，重心在中軸線上，轉(zhuǎn)軸下，為了使重力作用線穿過轉(zhuǎn)軸以達(dá)到平衡，瓶身發(fā)生傾斜；裝入適量水瓶身“直立”，重心位置沿中軸線下降，系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡；隨著水量的增多，重心位置逐漸上升，當(dāng)重心位于轉(zhuǎn)軸上方時(shí)，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定平衡，在裝入水的過程中，系統(tǒng)受到擾動(dòng)發(fā)生傾斜，在重力力矩的作用下，傾斜程度越來越大，最終形成了“滿則覆”的奇妙現(xiàn)象[3].

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)新課導(dǎo)入時(shí)所提問題運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)進(jìn)行解釋，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)我國(guó)古代勞動(dòng)人民的聰明智慧.

2.7 觀看視頻 滲透德育

播放視頻《欹器的啟示》(視頻來源：土豆網(wǎng)https://video.tudou.com/v/XMTI3Njg1MTU5Mg==.

html?spm=a2h0k.8191414.0.0&from=s1.8-1-1.2).欹器又稱“宥坐之器”，是最早的座右銘，孔子雖然不知道欹器所蘊(yùn)含的物理原理，但他卻從中得到了“謙受益，滿招損”的道理，引導(dǎo)學(xué)生形成謙虛謹(jǐn)慎，戒驕戒躁，永不自滿的學(xué)習(xí)態(tài)度.

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)學(xué)生進(jìn)行德育教育，運(yùn)用傳統(tǒng)文化提高人格修養(yǎng)和道德境界.

3 教學(xué)流程

教學(xué)流程如圖8所示.

圖8 教學(xué)流程圖

4 教學(xué)反思

傳統(tǒng)文化中蘊(yùn)含的物理知識(shí)很多，但在教學(xué)中對(duì)傳統(tǒng)文化的滲透應(yīng)像春雨潤(rùn)物般無聲無息，這就需要教師充分的準(zhǔn)備，選取最適合教學(xué)需求的傳統(tǒng)文化素材為教學(xué)服務(wù).本節(jié)課的教學(xué)雖以欹器貫穿始終，但又由表及里層層深入：新課導(dǎo)入時(shí)通過欹器的奇妙現(xiàn)象點(diǎn)燃學(xué)生的求知欲，而后又通過自制教具演示欹器形態(tài)變化過程，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋其物理原理，再次激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最后通過觀看視頻，了解孔子與欹器的故事，感悟“謙受益，滿招損”的道理.整節(jié)課的教學(xué)，既使學(xué)生感悟了傳統(tǒng)文化的魅力，又領(lǐng)略到了知識(shí)的力量.