簡諧運動的高端備課

胡煥平

摘 要：簡諧運動是高中物理選修3-4機械振動一章的第一節，一直都是高中物理教學的重點和難點之一。本文立足于高端備課的角度，對簡諧運動進行了精心的設計，彰顯了力與運動的教學主線，有效培養了學生的核心素養和關鍵能力。

關鍵詞：高端備課、教學主線、核心素養、關鍵能力

簡諧運動是高中物理選修3-4機械振動一章的第一節，一直都是高中物理教學的重點和難點之一。本文立足于高端備課的角度對簡諧運動進行了精心的設計，彰顯了力與運動的教學主線，有效培養了學生的核心素養和關鍵能力，希望對本節課的教學有所啟示。

一、簡諧運動的高端備課

（一）創設情境，突出力與運動的教學主線，引入課題。在本節設計中引入環節開始時教師手中拿著一個小球，引導學生設計可以使小球做哪些運動？開放性的設問使不同層次的學生都有話說，既復習了前面所學習過的典型的運動，又開啟了學生的思維。緊接著老師使小球做豎直面內的圓周運動，問小球的受力滿足什么特點？學生回答“小球受到的合外力為向心力。”教師進一步追問“向心力是根據效果命名的還是根據性質命名的？并請同學舉例說明。”這樣的設問為本節課與回復力的類比埋下了伏筆，然后再進一步的追問“向心力的作用效果是什么？”引導學生深入回憶理解效果力的意義，最后教師利用電腦動畫創設情境，設問“豎直平面內的小球它在豎直方向和水平方向的投影點做什么運動”，類比平拋運動的分解，把小球圓周運動也分解成兩個垂直的方向，再讓學生從生活中找類似的運動，銜接自然流暢，符合學生認知，自然引出機械振動的定義。而不是像教材那樣直接給出生活實例和機械運動的概念。教師創設情境從學生的已有知識入手，這樣的設計既復習了以前典型運動，又突出了力與運動的教學主線，促進了學生物理觀念的形成。

（二）從實際生活經驗出發，建立簡諧運理想模型。本環節從學生的生活經驗入手，創設情境，教師首先引導學生觀察雙彈簧振子，設問“振子在運動過程中我們研究它運動情況能否看成質點？”學生回答“可以。”接著教師追問“實際的運動是振子振動一會兒會停下來，是什么使振子的運動慢慢停下來？”生回答“忽略振子所受的空氣阻力”師進一步引導學生建模“非常棒！你們把伽利略的理想實驗方法引入進來了。要使振子一直振動下去還需要彈簧質量足夠小，質量忽略不計。”然后教師通過ppt動畫展示理想彈簧振子的運動情況。在師生一問一答的過程中，學生知道建模過程抓住主要因素忽略次要因素，教師引導學生從實際彈簧振子模型到構建理想彈簧振子模型，從實際到抽象后形成理想彈簧振子模型，能夠有效地提高學生的建模能力。

（三）分析運動找規律。本環節表格參考了選修3-4科學教育出版社教材第5頁，但又不同于教材，教材中的表格相比繁瑣，本表格中去掉了平衡位置O點，O點特征明確，無需再重復，從而簡化了表格，并且細化了矢量的大小和方向的判斷，有利于分析表格，觀察物理量的規律。在教學過程中教師利用多媒體很好地展示了這種理想模型的運動情境，并把振子的運動過程引導學生分析的細致有條理;在小組討論的過程中教師使用電腦和手機同屏的技術把學生的填寫情況展示在屏幕上，啟發學生質疑、反思、糾錯的思維。學生在展示過程中鍛煉了學生的表達能力、合作溝通的能力，提升了學生的關鍵能力;學生在師生問題對話、討論交流、黑板展示的過程中學生 獲取了物理知識，探究出理想彈簧振子的物理規律，解決了物理量的定性分析，學生獲得了成功的體驗，從而激發了學生學習物理的熱情，提升了學生的物理核心素養。同時表格設計全面，細致有利于學生的長遠發展。

（四）分析表格，總結規律，深化知識。在這一環節中教師首先設問“從表格中你能發現什么規律？他們存在怎樣的定量關系，請論證說明。”學生會發現有些物理量像位移和回復力大小變化始終相同，方向變化始終相反，二者始終相隨，堅貞不變，然而速度大小變化和回復力的大小變化始終相反，但方向變化不定。從而進一步猜想回復力和位移的定量表達式。學生逐漸領略到彈簧振子運動中的物理量是這樣和諧、對稱、完美又不是絕對完美（速度方向善變）。這時教師加以引導像彈簧振子的物理量具有這樣簡單、和諧特征的運動叫做簡諧運動。教師在整個分析運動的過程中始終沒有出現簡諧運動的概念，當學生對彈簧振子的運動認識深刻到位了，才水到渠成的引出了簡諧運動的概念，不把任何一個陌生的概念強加給學生，讓學生在理解得出。本環節最后教師設問“彈簧振子為什么會做這樣的運動？”再次緊扣力與運動的主題。本環節由開放性的問題引發學生的思考討論，學生在展示過程中利用公式和圖像描述力與位移的規律，還深刻挖掘了圖像下面積的意義，同時學生展示踐行了物理核心素養，培養了學生的有效溝通能力、批判性思維能力，提升了學生的核心素養。在學生上臺展示的同時老師使用同屏技術投影其他小組的畫圖情況，及時反饋學生的探究情況。

二、教學啟示

（一）重視教學主線的構建，教學知識的整合。教材的編寫受傳統觀念的影響，存在明顯的教學主線的缺陷。本節教學設計的教學的核心思想是從學生學過的典型運動為起點構建“力與運動”的主線，從學生設計小球的運動小球的勻速圓周運動的受力分析理想彈簧振子的運動特點分析，受力特點分析;最后通過小結落腳于簡諧運動的動力學特征。同時設問勻速圓周運動也是完美和諧的運動平拋運動可以看成水平的勻速直線運動方向和豎直方向自由落體的合成，你覺得豎直面內勻速圓周運動可以看成哪些分運動的合成呢？留下知識讓學生課下探究，啟迪學生的思維。從力與運動的教學起點到力與運動的教學終點，這樣的教學設計主線清晰，有利于學生物理觀念的形成;而且板書設計也簡單突出邏輯主線和教學主線。實現以創設情境為切入點，以觀察實驗為基礎，以培養學生關鍵能力為核心，以提升學生探究能力為重點的教學理論。教學主線的構建關鍵是如何基于學生的基礎設計合理的問題串，有效整合學生的知識體系。教學主線就像一根線，串起物理觀念、科學方法、科學思維、科學探究、科學態度與責任、關鍵能力等粒粒珍珠。

（二）教學要引導，不是告知。“建構主義”理論：認為學生的大腦不是一張白紙，任何人學習新知識都不是從一張白紙開始的。不同的人對相同的教育所接受的程度是不一樣的。學習者知識的獲取不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人（包括教師和學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。也就是說，學習者是信息加工的主體，是意義的主動建構者。每個人通過“情境”、“協作”、“會話”、“意義建構”學習環境中的四大要素，在自己的頭腦里完成新的理解，才會建立起自己的知識結構。教材的本節課的編寫有些概念是直接告知的，比方說平衡位置、回復力、簡諧運動等。本節教學設計從學生已有知識出發構建新的物理概念，使用類比的科學方法使學生易于理解。本節教學設計沒有一個物理概念是直接告知的，而是在不斷地引導學生建構，引導學生如何命名和為什么這么命名中構建新的概念，使學生深刻理解其物理意義。教學內容的難以理解和厘清眾多的概念是客觀的，但是合理的教學設計可以使學生積極的思考，主動地構建，難點就會突破！

參考文獻：

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