基于核心素養(yǎng)的“物理概念”教學(xué)設(shè)計

魏鵬琪 宋麗穎

【內(nèi)容摘要】物理概念不僅是物理知識的重要組成部分，更是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的基石。而《機(jī)械振動》是基礎(chǔ)概念、基本知識和基本現(xiàn)象的綜合體。本文以《機(jī)械振動》教學(xué)設(shè)計為例，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

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”四個要素。

物理概念不僅是物理基礎(chǔ)知識的重要組成部分，更是核心素養(yǎng)形成的基石。物理概念反映人類對物理世界漫長而艱難的智力活動的探索歷程，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。

機(jī)械振動是高中物理在勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動之后的一種較為復(fù)雜的周期性運(yùn)動，既是對周期運(yùn)動的進(jìn)一步認(rèn)識，也為以后學(xué)習(xí)機(jī)械波、電磁波、交流電等知識奠定基礎(chǔ)。本部分知識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》這一節(jié)內(nèi)容包含了一系列的基本概念，如“機(jī)械振動”“簡諧運(yùn)動”“回復(fù)力”“振幅”“周期”“頻率”等，是概念的綜合體;在知識內(nèi)容方面，“機(jī)械振動”包含運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，是運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)知識內(nèi)容的綜合體;在現(xiàn)象表現(xiàn)方面，“機(jī)械振動”是一切振動的基礎(chǔ)，所有復(fù)雜的振動都是機(jī)械振動的復(fù)合，都具有機(jī)械振動的基本現(xiàn)象和基本特征。所以，機(jī)械振動是基礎(chǔ)概念、基本知識和基本現(xiàn)象的綜合體[1]。學(xué)生要掌握機(jī)械振動這一綜合性知識，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)行實驗探究去強(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。總之，在教學(xué)過程中，本節(jié)課的設(shè)計理念本著尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律為主，引導(dǎo)學(xué)生從對概念的“感性認(rèn)識”過渡到“理性認(rèn)識”，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]。“機(jī)械振動”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，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、擺球和彈簧振子的往復(fù)運(yùn)動，總結(jié)這一類運(yùn)動的特征，歸納機(jī)械振動的概念，具體教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計見表1。

引導(dǎo)學(xué)生分析前兩個情景產(chǎn)生的原因，并從兩個簡單的振動模型總結(jié)振動的共同特征根據(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)械振動的概念

二、對比反思，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，往往會與相似的舊概念發(fā)生認(rèn)知上的沖突。這就需要進(jìn)行對比反思，深化對概念的認(rèn)識，以使學(xué)生構(gòu)建完整的概念知識體系。學(xué)生在第一次接觸振動物體的“位移”時，容易會跟《勻加速直線運(yùn)動》中所認(rèn)知的物體的“位移”概念相混淆。因為先入為主的概念與現(xiàn)在所學(xué)概念內(nèi)容沖突，學(xué)生會在此產(chǎn)生疑問，不明白為什么要重新規(guī)定振動物體的位移。教師可以引導(dǎo)學(xué)生去對比這兩個物理量：“振動物體的位移”與“物體的位移”，具體教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計見表2。通過該環(huán)節(jié)，學(xué)生體會到這兩種“位移”概念的不同：后者描述的時運(yùn)動物體位置的變化;前者描述的是振動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、速度四個運(yùn)動學(xué)物理量聯(lián)系在一起，形成一個完整的描述運(yùn)動的概念閉環(huán)。

三、實驗教學(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。“簡諧運(yùn)動”是本節(jié)課中另一個重要的概念。學(xué)習(xí)這一概念時，學(xué)生會產(chǎn)生兩個疑問：為什么要定義簡諧運(yùn)動？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就可以成為簡諧運(yùn)動？此時，教師可以設(shè)計一個DIS（數(shù)字化信息系統(tǒng)）探究實驗，讓學(xué)生去觀察彈簧振子的位移隨時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)計見表3。學(xué)生通過觀察彈簧振子的位移-時間圖像是正弦或余弦函數(shù)圖像，明白這是一種最簡單、最基本的振動形式。學(xué)生通過研究對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。這樣，學(xué)生在與教師互動，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、基本知識和基本現(xiàn)象的綜合體，需要使學(xué)生把各個概念在認(rèn)識上形成一個完整的概念體系[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)械振動的概念體系，內(nèi)化成自己的科學(xué)素養(yǎng)。此外，聯(lián)系實際，引導(dǎo)學(xué)生體會機(jī)械振動在日常生活中的現(xiàn)象和應(yīng)用，體會生活處處有物理，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[J].物理通報，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，二級教師，碩士，研究方向：物理實驗教學(xué);宋麗穎（1992-），女，吉林人，一級教師，學(xué)士，研究方向：物理實驗教學(xué)。

（作者單位：上海市浦東復(fù)旦附中分校）