讓核心素養在物理課堂落地生根
——以“簡諧運動”為例

王怡秋

(江蘇省太倉高級中學 215400)

中共中央、國務院《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》中提到：教師要優化教學模式.融合運用傳統與現代技術手段，重視情境教學；提高課堂教學效率，培養學生學習能力，促進學生系統掌握各學科基礎知識、基本技能、基本技法，培養適應終身發展和社會發展需要的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力.有關《簡諧運動》一節的教學，不同的時期有不同的教學方法，筆者基于“三新一舊”背景下，針對這一節內容，提出了自己的意見.

一、創設真實情境，形成物理觀念

新的課程標準中一再強調真實情境的創設，因為只有真實情境才能與學生的生活建立真正聯系，學生才能用聯想的方式調取自己的經驗，使學生學習到的知識與自己的經驗有效結構化，并成為下一次學習的經驗.在簡諧運動這一節，可以通過如下的情境，讓學生逐步深入地建立“機械振動”這個概念.

片段一：引入機械振動

情境一：擺鐘的擺動、音叉、水中浮標的上下浮動、樹梢在微風中的搖擺……

目的是讓學生處于自然中、處于自己的日常生活中，讓學生通過觀察與聯想調取自己的生活經驗.

情境二：拓展環節中，追問“你能否再舉一個生活實例？”使學生頭腦中呈現出更多的生活世界，為學生“創造”一到兩例振動實例激發了欲望與動力.

情境三：提供真實實驗器材，提供了動手實驗的器材：直尺 、以及演示豎直放置的彈簧振子、水平方向的彈簧振子.創造真實情境并充分發揮實驗器材的作用，讓學生在思維上理清思路、突破障礙.

情境四：在“四合一”實驗中，通過學生“用圓珠筆或鉛筆沿直尺邊沿不停地來回畫直線，代替振子作往復運動”的設計，讓學生真實體驗到振動軌跡是直線的事實，使學生錯將振動曲線誤認為是振子運動軌跡的想法得到顯著減少.

設計意圖讓學生自己感知機械振動的性質往復性、周期性、平衡位置，促進學生對機械振動的概念建立.將手機與希沃白板聯接將“創造”活動拍傳至電腦，使大家得到共享“創造”成果，強調學生的互動性.

二、遵循認知規律，構建物理模型

物理核心素養要求學生要有物理思維能力，能夠進行模型建構，科學推理，科學論證以及質疑創新.領會在物理學的學習中需要塑造模型，能夠建構常見的科學模型，認識它的適用條件及特點并嘗試將其運用于日常生活中去解決現實問題.新版《普通高中物理課程標準》(征求意見稿)中，“模型建構”是出現頻率最高的熱點詞語，在課程內容、學業質量標準、實施建議等部分反復明確模型建構的要求.例如通過質點模型、宇宙大爆炸理論模型和物質微觀結構模型的案例體會物理模型在物理學研究中的意義.下面談談如何引入“彈簧振子”這一模型.

片段二：引入彈簧振子

彈簧振子是一個理想化的結構模型，“忽略次要因素，突出主干問題”，“為什么往復運動不能一直持續下去？如何才能讓這個運動一直持續下去？”在建立彈簧振子模型的過程中學生又一次體驗了理想化的過程.逐步簡化、建構模型的過程就是一個科學思維過程.

激疑(演示實驗)：剛才我們“創造”的振動中，哪一例更簡潔，便于我們研究？輕拉彈簧下的鉤碼，讓其在豎直方向振動起來.

生：水平方向的彈簧和鉤碼.

師：為什么?

生：軌跡是直線運動，研究對象簡單，還有受力個數少

師：能否說明一下？

生：直尺上每點的運動情況不一樣，軌跡是曲線，豎直方向的鉤碼受到重力和彈力，水平方向的鉤碼重力和拉力平衡(小角度范圍內近似)

師：如果是角度比較大，就不能平衡了，有沒有其他辦法？

生：把小滑塊放在氣墊導軌上，既平衡了重力，又使摩擦力減小.

師：回答得太好了，給這位同學點贊(展示水平方向氣墊導軌的彈簧振子模型)

師：你能把這個模型畫出來嗎?

生：上臺畫出水平方向彈簧滑塊的模型.

師：為了研究滑塊的運動情況，哪些因素可以忽略？

生：彈簧的質量，滑塊的大小

師：彈簧的質量可以忽略的稱為輕彈簧，滑塊的大小忽略可以視為質點

師：請問鉤碼的振動情況有什么變化？

生：振動的幅度越來越小

師：為什么會越來越??？

生：因為受空氣的阻力

師：如不考慮空氣的阻力呢？

生：會一直振動下去

師：(總結)我們把這種模型稱為彈簧振子.

師：因為忽略了彈簧的質量、物塊的大小，各種阻力，所以彈簧振子是一種理想模型.

這樣的一個引導過程，更符合學生的認知規律，最后得出彈簧振子這個模型就會水到渠成.

三、利用現代技術，呈現物理過程

物理研究始于觀察，沒有觀察就沒有科學.隨著科學技術的進步，觀察的內涵也在逐步擴大、由原來的單純肉眼觀察，發展到通過儀器去觀察，再發展到通過傳感器去進行一系列的觀察.

片段三：彈簧振子的位移-時間圖象的描繪

師：哪位同學能回憶起我們研究“勻變速直線運動、自由落體運動、平拋運動”時的方法？

生：打點計時器、頻閃照相、DIS數據采集系統，

師：今天我們想采用與頻閃照相相似的技術-攝影取幀的方法來“捕捉”鉤碼不同時刻的位置.

技術手段一：利用手機攝影與視頻軟件PotPlayer(完全解碼)、ppt的相關功能呈現振子不同時刻的位置.(1)用手機拍攝彈簧振子的運動視頻.(2)在桌面新建一文件夾用于存截取圖象.利用視頻軟件PotPlayer進行畫面捕捉，得到了振子在不同時刻的位置截圖.(3)在PPT新建空白幻燈片，插入步驟2獲得的圖片，得到不同時刻振子的位置.

技術手段二：利用Tracker軟件記錄振子不同時刻的位置.(1) 按如圖2裝置安裝簡諧振動裝置，為了方便視頻軟件捕捉振子的運動，需要在振子上貼一個異于周圍顏色的紙片． 振子移開平衡位置時開始振動，拍攝視頻．(2) 將拍攝的視頻導入Tracker軟件中，如果格不匹配，需要提前轉換為匹配格式．(3) 在拍攝視頻上按照直尺的位置對距離進行定標，并定好坐標軸，如圖2所示，將定標線和坐標軸進行隱藏.(4) 通過觀看視頻，選擇合適的始末幀數來確定要分析的視頻中物理過程的起點和終點． 描繪位移-時間圖像．如圖3所示．(5) 數據采集完畢后，雙擊位移-時間圖進入數據工具界面，將擬合圖標打勾．Tracker軟件自帶了線性擬合、拋物線擬合、三次曲線擬合、高斯曲線擬合、指數曲線擬合、三角曲線擬合工具，并可自編公式擬合．(6) 選擇曲線中的一段進行擬合，通過手動調整參數，可使得擬合曲線和實驗曲線達到最大的匹配程度.對于彈簧振子模型的探究，做到從復雜到簡單，從定性到定量，從實驗到理論進行有序系統的探究；從人為猜想振動圖像到手工勻速拉動木板，從頻閃照相思路到使用Tracker軟件處理實驗數據，從用幾何畫板進行數據擬合到從理論上運用幾何畫板對簡諧運動進行嚴密新探究，做到環環相扣，層層遞進，最終實現對簡諧運動一節的全面探究.教學中更采用了理想化建模法、假設法、數據擬合法、圖像法、實驗探究法等多種科學方法，重點在于培養學生的科學思維能力.

本節課立足于高中物理課堂，試圖通過動機激發、要素分配和適時指引使學生投入到三種對話性實踐中去.本節課通過激疑促進了學生與客觀世界的對話，通過師生與生生對話，促進了學生高效掌握學科核心知識，提高思維水平的同時提高交往與溝通能力，通過學生自我對話，如反思小結、拓展訓練使學生的思維得以訓練，知識鞏固與應用得到提升，有力地促進了學生發展物理核心素養，落實物理學科新課程標準的要求.