基于核心素養(yǎng)的“物理概念”教學(xué)設(shè)計(jì)

魏鵬琪 宋麗穎

【內(nèi)容摘要】物理概念不僅是物理知識(shí)的重要組成部分，更是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的基石。而《機(jī)械振動(dòng)》是基礎(chǔ)概念、基本知識(shí)和基本現(xiàn)象的綜合體。本文以《機(jī)械振動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì)為例，探討了在概念教學(xué)各環(huán)節(jié)中發(fā)展學(xué)生“核心素養(yǎng)”的幾種教學(xué)策略，旨在有效的引導(dǎo)學(xué)生提升物理核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】物理核心素養(yǎng)概念教學(xué)機(jī)械振動(dòng)

2017版的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》以培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)為宗旨，著力發(fā)展學(xué)生能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。物理核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”以及“科學(xué)態(tài)度和責(zé)任”四個(gè)要素。

物理概念不僅是物理基礎(chǔ)知識(shí)的重要組成部分，更是核心素養(yǎng)形成的基石。物理概念反映人類對(duì)物理世界漫長而艱難的智力活動(dòng)的探索歷程，是人類智慧的結(jié)晶。所以，教師應(yīng)注重物理概念在課堂中的落實(shí)。

機(jī)械振動(dòng)是高中物理在勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)之后的一種較為復(fù)雜的周期性運(yùn)動(dòng)，既是對(duì)周期運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，也為以后學(xué)習(xí)機(jī)械波、電磁波、交流電等知識(shí)奠定基礎(chǔ)。本部分知識(shí)在高中物理中既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)。在概念方面，《機(jī)械振動(dòng)》這一節(jié)內(nèi)容包含了一系列的基本概念，如“機(jī)械振動(dòng)”“簡諧運(yùn)動(dòng)”“回復(fù)力”“振幅”“周期”“頻率”等，是概念的綜合體;在知識(shí)內(nèi)容方面，“機(jī)械振動(dòng)”包含運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，是運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)內(nèi)容的綜合體;在現(xiàn)象表現(xiàn)方面，“機(jī)械振動(dòng)”是一切振動(dòng)的基礎(chǔ)，所有復(fù)雜的振動(dòng)都是機(jī)械振動(dòng)的復(fù)合，都具有機(jī)械振動(dòng)的基本現(xiàn)象和基本特征。所以，機(jī)械振動(dòng)是基礎(chǔ)概念、基本知識(shí)和基本現(xiàn)象的綜合體[1]。學(xué)生要掌握機(jī)械振動(dòng)這一綜合性知識(shí)，首要的任務(wù)就是要掌握好基礎(chǔ)概念。

以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)的概念教學(xué)，第一、應(yīng)強(qiáng)化物理情境的創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生自我建構(gòu)概念，發(fā)展學(xué)生物理觀念;第二、應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生明確概念的內(nèi)涵與外延，注意概念間的對(duì)比，深化概念，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力;第三、應(yīng)積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究去強(qiáng)化概念，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力;第四、應(yīng)利用課堂小結(jié)，總結(jié)升華，幫助學(xué)生建立概念體系，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任?？傊诮虒W(xué)過程中，本節(jié)課的設(shè)計(jì)理念本著尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律為主，引導(dǎo)學(xué)生從對(duì)概念的“感性認(rèn)識(shí)”過渡到“理性認(rèn)識(shí)”，從直觀的“形象思維”發(fā)展為抽象的“邏輯思維”，以概念為基石，逐步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、自主思考，構(gòu)建概念，發(fā)展學(xué)生物理觀念

在物理概念的龐大體系中，部分物理概念的形成是通過觀察逐步總結(jié)出來的，這類概念叫“現(xiàn)象描述概念”[2]?！皺C(jī)械振動(dòng)”就是這類概念，學(xué)生需要通過自己的觀察、總結(jié)、歸納將概念表述出來，才能把概念落實(shí)，內(nèi)化成自己的素養(yǎng)。如，學(xué)生通過觀察放在喇叭上和貼在音叉上的小球的跳動(dòng)、擺球和彈簧振子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，總結(jié)這一類運(yùn)動(dòng)的特征，歸納機(jī)械振動(dòng)的概念，具體教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)見表1。

引導(dǎo)學(xué)生分析前兩個(gè)情景產(chǎn)生的原因，并從兩個(gè)簡單的振動(dòng)模型總結(jié)振動(dòng)的共同特征根據(jù)教師的引導(dǎo)觀察分析并討論總結(jié)觀察、總結(jié)、歸納機(jī)械振動(dòng)的概念

二、對(duì)比反思，深化概念，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力

學(xué)生在學(xué)習(xí)新概念時(shí)，往往會(huì)與相似的舊概念發(fā)生認(rèn)知上的沖突。這就需要進(jìn)行對(duì)比反思，深化對(duì)概念的認(rèn)識(shí)，以使學(xué)生構(gòu)建完整的概念知識(shí)體系。學(xué)生在第一次接觸振動(dòng)物體的“位移”時(shí)，容易會(huì)跟《勻加速直線運(yùn)動(dòng)》中所認(rèn)知的物體的“位移”概念相混淆。因?yàn)橄热霝橹鞯母拍钆c現(xiàn)在所學(xué)概念內(nèi)容沖突，學(xué)生會(huì)在此產(chǎn)生疑問，不明白為什么要重新規(guī)定振動(dòng)物體的位移。教師可以引導(dǎo)學(xué)生去對(duì)比這兩個(gè)物理量：“振動(dòng)物體的位移”與“物體的位移”，具體教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)見表2。通過該環(huán)節(jié)，學(xué)生體會(huì)到這兩種“位移”概念的不同：后者描述的時(shí)運(yùn)動(dòng)物體位置的變化;前者描述的是振動(dòng)物體偏離平衡位置的方位。這種新的“位移”將回復(fù)力、加速度、速度四個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)物理量聯(lián)系在一起，形成一個(gè)完整的描述運(yùn)動(dòng)的概念閉環(huán)。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)化概念發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力

物理概念的形成需要科學(xué)探究，所以科學(xué)探究過程在課堂上的應(yīng)用也能促進(jìn)概念的落實(shí)?！昂喼C運(yùn)動(dòng)”是本節(jié)課中另一個(gè)重要的概念。學(xué)習(xí)這一概念時(shí)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)疑問：為什么要定義簡諧運(yùn)動(dòng)？為什么回復(fù)力跟偏離平衡位置的位移大小成正比并且總指向平衡位置的振動(dòng)就可以成為簡諧運(yùn)動(dòng)？此時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)DIS（數(shù)字化信息系統(tǒng)）探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生去觀察彈簧振子的位移隨時(shí)間變化的圖像和彈簧振子的彈力隨位移的變化圖像，具體教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)見表3。學(xué)生通過觀察彈簧振子的位移-時(shí)間圖像是正弦或余弦函數(shù)圖像，明白這是一種最簡單、最基本的振動(dòng)形式。學(xué)生通過研究對(duì)比彈簧振子的彈力隨位移的變化圖像，明白只有滿足這樣的力學(xué)特征才能成為簡諧運(yùn)動(dòng)。這樣，學(xué)生在與教師互動(dòng)，與同學(xué)交流合作中，在頭腦里自主構(gòu)建出相應(yīng)的物理概念，能有效發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力。

四、總結(jié)升華，建立概念體系，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

本節(jié)課是基礎(chǔ)概念、基本知識(shí)和基本現(xiàn)象的綜合體，需要使學(xué)生把各個(gè)概念在認(rèn)識(shí)上形成一個(gè)完整的概念體系[3]。在總結(jié)環(huán)節(jié)，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，自我回顧、總結(jié)，逐步建立機(jī)械振動(dòng)的概念體系，內(nèi)化成自己的科學(xué)素養(yǎng)。此外，聯(lián)系實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)機(jī)械振動(dòng)在日常生活中的現(xiàn)象和應(yīng)用，體會(huì)生活處處有物理，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

【參考文獻(xiàn)】

[1]肖麗英.高中物理機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波相關(guān)概念教學(xué)的研究[D].蘇州大學(xué)，2009：17.

[2]周偉.“物理學(xué)科核心素養(yǎng)”導(dǎo)向下的高中物理概念教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理通報(bào)，2019，38（4）：19-23.

[3]王羽，沙侯娟，曹海賓.基于物理觀念的物理教學(xué)實(shí)證研究—以摩擦力教學(xué)為例[J].中學(xué)物理，2018，36（21）：27-29.

作者簡介：魏鵬琪（1987-），男，上海人，二級(jí)教師，碩士，研究方向：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué);宋麗穎（1992-），女，吉林人，一級(jí)教師，學(xué)士，研究方向：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（作者單位：上海市浦東復(fù)旦附中分校）