滲透優秀傳統文化的高中物理教學設計*
——以粵教版《物理·必修1》“重力”的教學為例

李學智

(海豐縣彭湃中學 廣東 汕尾 516400)

從2014年《完善中華優秀傳統文化教育指導綱要》的出臺到2017年《關于實施中華優秀傳統文化傳承發展工程的意見》的印發，足見傳統文化的重要.無論是新版《普通高中物理課程標準》還是《中國高考評價體系》都對傳統文化提出了具體的要求.但在實際教學中，受制于課時等因素的限制，物理教師對傳統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“重力”的教學為例，闡述傳統文化在物理教學中的滲透.

1 課前分析 準備

1.1 教材分析

本節課是2020年粵教版《物理·必修1》第三章第1節的內容，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，有利于初高中知識的銜接，以降低學生學習的難度.

1.2 學情分析

通過初中的學習學生已經知道什么是力，力的三要素，力的作用效果以及重力的概念等內容，并且能用力的示意圖表示力.但學生理性思維沒有達到一定的層次，對重心等內容的理解不夠準確.因此，本節課應該在引導學生復習初中所學內容的基礎上，將學生對重心的理解作為重點開展教學[1].

1.3 核心素養目標的確定

(1)物理觀念：知道重力產生的原因、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)科學思維：體會等效替代的思想，體會引入重心的意義，提高科學推理能力.

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

(4)科學態度與責任：了解重力在生產生活中的應用，體會物理學與生產生活的緊密聯系；通過對欹器的原理分析，體會我國古代勞動人民的聰明智慧；通過孔子與欹器的小故事，領悟“謙受益，滿招損”的道理.

1.4 教學重難點的確定

重心的理解及應用.

1.5 教學用具的準備

制作教學課件，下載相關視頻，制作欹器如圖1所示，懸掛法確定薄板重心的實驗器材，準備平衡玩具.

圖1 自制欹器

2 教學過程

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變化的幾個特殊位置(如圖2)，向學生提問：欹器為什么會有“虛則欹、中則正、滿則覆”的形態變化？從而引出本節課的課題.

圖2 欹器形態變化

設計意圖：通過觀看視頻激發學生的好奇心和求知欲，為本節課的教學做好鋪墊.

2.2 課內翻轉 自主學習

通過PPT展示問題：(1)回憶初中所學內容，思考：什么是力？力能產生什么作用效果？力的三要素是什么？如何表示力？(2)閱讀課本62～64頁內容，思考：重力是怎樣產生的？如何計算重力的大小？重力的方向指向何方？什么是重心？重力在生活中有哪些應用？通過這些問題引導學生自主學習.

設計意圖：本節課涉及內容比較簡單，且基本上都是學生在初中學習過的，通過設置問題讓學生自主學習，既能提高教學效率，也能體現學生學習的主體地位.

2.3 教師講解 突出重點

在學生自主學習的基礎上教師對相關內容進行講解：

(1)重力的施力物體是地球，但一般重力并不等于地球對物體的引力；重力是一種非接觸力(場力)，只要處在重力場中的物體，不管有沒有與地球接觸都會受到重力作用.

(2)g在初中時由重力和質量的比值得到，其單位是N/kg，進入高中后通過自由落體運動的學習我們知道g是重力加速度，其單位是m/s2，1 N/kg=1 m/s2，兩個單位本質上是相同的.

(3)物體各部分都會受到重力，但在解決具體物理問題時為了使問題簡化，我們認為重力集中作用于一點，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確地表示力的大小，用力的圖示表示力時一定要選取標度.

設計意圖：通過教師講解，使學生在初中學習的基礎上對重力等內容的理解更加準確.同時在引入重心的過程中讓學生體會等效替代的思維方法，為后續力的合成與分解等內容的教學奠定思維基礎.

2.4 實驗探究 培養意識

對于質量分布均勻且有規則幾何形狀的物體，重心在物體的幾何中心，那么如果物體形狀不規則或質量分布不均勻，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驗方法，并請學生上講臺具體操作(如圖3).在學生實驗的過程中引導學生理解實驗原理.

圖3 學生演示實驗

師：懸掛的地圖受到哪些力？

生：重力和繩的拉力.

師：初中時學習的二力平衡的內容是什么？

生：兩個力大小相等，方向相反，作用線在同一條直線上.

師：這兩個力就構成了二力平衡的關系，即一對平衡力.要使兩個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(標記出重垂線的方向).換一個位置懸掛地圖，同樣的方法又可以得到一條重垂線的方向，兩條線的交點即為地圖重心位置.

設計意圖：(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，培養學生科學探究的意識，既是對初中所學二力平衡知識的復習，也為后續共點力平衡的學習奠定基礎.(2)在教學中發現，學生都知道物理是以實驗為基礎的學科，但學生對實驗又存在一些誤解，認為只有去實驗室才能做實驗，而該實驗所用物品：紙板，細線，螺絲釘等，都是生活中常見之物，通過該教學環節的設計，引導學生認識到物理實驗可以生活化，從而促進實驗探究常態化的進行，最終提高學生的科學探究能力[2].

2.5 實物展示 知識應用

展示平衡玩具，引導學生分析其原理(如圖4).

圖4 教師引導

師：平衡玩具受到哪些力？

生：重力和支持力.

師：這兩個力是什么關系？

生：一對平衡力.

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

圖5 平衡玩具原理分析

設計意圖：運用所學物理知識解釋生活現象，引導學生由解題向解決物理問題轉變，提高學生科學推理能力.平衡玩具的展示能夠調動課堂氛圍，激發學生學習的興趣.

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變化(如圖6).利用PPT展示實驗過程中截取的圖片(如圖7)，引導學生分析其的物理原理.

圖6 教師演示實驗

圖7 欹器原理分析

師：在裝入水的過程中，飲料瓶形態為什么會發生變化？

生：重心位置變了.

師：重心位置具體發生了怎樣的變化？

生：(各抒己見)

師：飲料瓶雖然沒有規則的幾何形狀，但其具有軸對稱性，其重心位于中軸線上某一位置.沒有裝水時，重心在中軸線上，轉軸下，為了使重力作用線穿過轉軸以達到平衡，瓶身發生傾斜；裝入適量水瓶身“直立”，重心位置沿中軸線下降，系統處于穩定平衡；隨著水量的增多，重心位置逐漸上升，當重心位于轉軸上方時，系統處于不穩定平衡，在裝入水的過程中，系統受到擾動發生傾斜，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”的奇妙現象[3].

設計意圖：對新課導入時所提問題運用所學物理知識進行解釋，引導學生體會我國古代勞動人民的聰明智慧.

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，引導學生形成謙虛謹慎，戒驕戒躁，永不自滿的學習態度.

設計意圖：對學生進行德育教育，運用傳統文化提高人格修養和道德境界.

3 教學流程

教學流程如圖8所示.

圖8 教學流程圖

4 教學反思

傳統文化中蘊含的物理知識很多，但在教學中對傳統文化的滲透應像春雨潤物般無聲無息，這就需要教師充分的準備，選取最適合教學需求的傳統文化素材為教學服務.本節課的教學雖以欹器貫穿始終，但又由表及里層層深入：新課導入時通過欹器的奇妙現象點燃學生的求知欲，而后又通過自制教具演示欹器形態變化過程，引導學生運用所學知識解釋其物理原理，再次激發學生的學習興趣，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.整節課的教學，既使學生感悟了傳統文化的魅力，又領略到了知識的力量.