現代教育技術輔助下的物理課程標準實施

摘" 要 怎樣整合知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀三維目標，是目前一線教師亟待學習和研究的。以“簡諧運動的描述”教學為例，具體論述現代教育技術在物理教學中的應用，以期為一線教學提供借鑒和參考。

關鍵詞 高中物理；物理課程標準；現代教育技術；簡諧運動的描述

中圖分類號：G633.7" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）23-0068-03

0" 引言

2018年1月，教育部頒布《普通高中物理課程標準（2017年版）》，規定了六個方面的內容：課程性質與基本理念、學科核心素養與課程目標、課程結構、課程內容、學業質量和實施建議。很多一線教師要求深度學習課程標準，青島市普通高中物理學科負責人立即邀請專家給本市高中物理教師就解讀物理課程標準進行培訓。一線教師大有收獲，對課程標準的理解水平普遍得到大幅提升，在落實學科素養的方法上有了心得。

學校備課組從教學實際出發，從學生的需要出發，深度學習落實課程標準。筆者基于積累的20余年一線教學經驗，結合“簡諧運動的描述”教學，將對物理課程標準的認識、理解和實踐整理出來，主要體現在怎樣在教學中培養學生達成正確價值觀、必備品格和關鍵能力。筆者認為怎樣整合知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀三維目標等是目前一線教師亟待學習和研究的。現代教育技術在課堂中應用已經很普遍，應用現代教育技術可以顯著提高課堂效率，而如何結合現代教育技術體現物理課程標準并提高課堂效率，一直是筆者所探索研究的。筆者整理的“簡諧運動的描述”以概念為核心，課程內容在教育技術輔助下更加情境化，融入了社會主義核心價值觀。

機械振動作為質點運動的一種形式，是自然界普遍存在的一種復雜的運動形式，表現為物體在空間一定位置附近隨時間的往復運動。在自然界各式各樣的運動與變化中，也存在與機械振動特征相似的現象，如交流電路中的電流和電壓、交變磁場中的磁感應器強度和電場強度，因此，這一部分的學習也會為學生后續選修課程的進一步學習做好鋪墊。

“簡諧運動的描述”是人教版（2019）選擇性必修一第二章第二節的內容，上一節中借助實驗，學生已經得到結論：做簡諧運動的彈簧振子其x--t圖像是正弦函數圖像。本節需要學生理解振幅、相位等物理概念，能寫出簡諧振動表達式。考慮到本屆學生基礎薄弱，在學習這部分內容時必然感到晦澀難懂，特別是相位的概念。備課組力求能讓學生理解接受，對課堂環節進行精心設計，在現代教育技術的強大助力下，學生學習效果非常不錯。筆者把這節課的集體備課成果總結如下。

1" 課前知識準備

簡諧運動雖是最簡單的機械振動形式，但其加速度和速度的大小與方向都在變化。因此，簡諧運動特征的認識可以從運動學、動力學、能量等不同角度把握，是學生綜合運用已有知識和能力素養解決新的更復雜問題的過程。先進行相關回憶，再通過觀察現象、分析運動過程特點，逐漸建立平衡位置、振動位移、恢復力等一系列基本概念。對本節課的復習部分，備課組設計以下內容：

1）描述機械振動的物理量有周期、頻率，所以先復習勻速圓周運動中周期、頻率及角速度的定義，關系表達式ω=2π/T；

2）復習單位圓的相關知識，畫出正弦函數y=sinx，x∈（0，2π）。

筆者在授課中將0、π/2、π、3π/2對應的圖像正弦曲線呈現在一個x-t圖像中，PPT設計成分次進入，用不同顏色區分，效率高，區分度明顯，即使數學基礎不好的學生也能夠理解，很容易喚起其重新學習的欲望。

2" 課堂部分

有了以上知識儲備，再學習“簡諧運動的描述”，學生的認知坡度就降下來了，通過第一節學習得到一個結論：簡諧運動的位移與時間成正弦函數關系。學生在數學課中已經學習了表達式x=Asin（ωt+φ0）相關的三角函數，少數掌握得不錯的學生能畫出其圖像，并能解決A、ω、φ0對函數圖像變化的影響等數學問題。因此，對這部分學生來說，物理教學的任務是把物理現象和學生學到的數學知識緊密地聯系起來，從物理學的角度進一步理解在簡諧運動表達式中這些字母所代表的物理意義。學生基礎薄弱，多數學生對表達式x=Asin（ωt+φ0）還比較陌生，需要進一步學習。教師在課堂教學中可以進行如下設置，幫助基礎薄弱的學生學習。

2.1" 問題引入

通過上一節的學習，學生已經知道“如果物體的振動圖像（x-t圖像）是一條正弦曲線，這樣的振動是一種簡諧運動”，本節提出問題：“做簡諧運動的物體在一個位置附近不斷地重復同樣的運動，如何描述簡諧運動的這種特征？”其實就是讓學生進一步探究正弦曲線與簡諧運動之間的關聯。筆者以彈簧振子為例，提出下列問題：

1）小球離開平衡位置的距離有最大值嗎？

2）彈簧振子位移與運動時間關系的函數表達式是怎樣的？

3）表達式中的各個物理量與簡諧運動有什么關聯？

2.2" 振幅的理解

在引入振幅概念時，既要讓學生觀察振幅不同的彈簧振子的情況，比較差異，又要從表達式的角度分析位移的變化范圍，從而提出振動物體離開平衡位置的最大距離叫振幅，振幅是表示振動幅度大小的物理量，振幅是標量。也可提問該表達式中sinφ的最大值應為多少，y=Asinφ的最大值又應是多少，從函數表達式得出振幅是振子在振動過程中離開平衡位置的最大距離。

2.3" 周期和頻率

全振動是周期概念建立的基礎，也是難點，在此處可以設置以下問題：

1）彈簧振子怎樣才算完成一次周期性運動？（讓學生討論、分析、舉例，進而引出全振動的概念。）

2）全振動的特點是什么？（振動物體經過一次往復運動返回到原來位置，且速度方向與初始時相同。）討論舉例，能想到的全振動的過程有哪些？

3）將振動最低或最高點作為測量小球周期時計時起點是否合適？

4）周期和頻率的概念及其相互關系是什么？

5）如何探究小球振動周期與振幅的關系？

6）如何減少測量一次全振動周期的誤差？

2.4" 相位的理解

這是學生學習的難點，通過集體備課，備課組將相位的學習給學生拆成如下幾個坡度。

1）（ωt+φ0）表示的是角度，單位是弧度。

2）圓周運動中質點在一個周期轉過2π弧度，1/2周期轉過π弧度，1/4周期轉過π/2弧度，由于簡諧運動是周期性運動，也可采用角度描述質點在一個周期中的狀態，這個角度稱為相位。相位是用來描述質點在一個周期中所處的相對位置的物理量，與機械運動的位移不同的是，在周期性運動中用相位描述在各個時刻所處的不同狀態。φ0表示t=0時的相位，叫作初相。

以上每一步依次用PPT呈現，此處可稍慢進行，讓每個小組中已經理解掌握的部分優生帶領同組同學一起再理解學習一遍，力爭不讓一個學生掉隊。讓學生在“講”中學，很好地發揮學生的主動性，培養學生對學習的興趣，不僅讓學生學習更深層次的知識，還能培養學生的科學思維、科學探究精神、科學態度與責任。

2.5" 實驗感受

理論描述之后安排如下小實驗感受相位的意義。

1）在同一位置同時釋放兩個小球，使其開始振動，這兩個小球在各個時刻振動的狀態完全相同，就說它們的相位相同。

2）先后釋放兩個小球，后釋放的小球的振動總是落后于先釋放的小球，在同一時刻兩球的振動情況不同，就說明這兩個小球振動的相位不同。

3）兩個小球同時從上下兩端的最大位移處釋放，它們各個時刻振動的狀態完全相反，就說它們的相位相反。

4）如果兩個小球振動的步調一致，稱為同相；步調完全相反，稱為反相。

2.6" 相差的理解

步調一致的兩個振動初相之差稱為相差。此處添加多媒體動畫，借助多媒體動畫演示讓學生思考振動中的相差意味著什么，與哪個物理量相關。此處教學中可以創設情境，從實際生活中的秋千、搖籃等，抽象出相差的情境，既能培養學生建構模型的意識，又能逐步幫助學生形成科學思維。相差的更多補充是在例題中進行。基本概念理解后，進行這節課的重要任務，讓學生根據表達式畫出圖像，也要根據圖像寫出表達式，需要通過例題及練習題來實現這個目標。

【例1】如圖1甲所示，O點為彈簧振子的平衡位置，彈簧振子在A、B兩點之間做簡諧運動，取向右為正方向，振子的位移x隨時間t的變化如圖1乙所示，由圖像能得到哪些信息？寫出圖像表達式。

學生自主學習總結，如振動周期T=1.6 s，振幅A=12 cm，當t=0時，x=0，初相φ0=0。至此，表達式中的幾個物理量就找全了，學生可以順利寫出表達式：x=Asin（ωt+φ0）。接下來鼓勵學生自己改變初相，畫出對應的圖像。學生此時學習熱情大漲，信心十足，感覺圖像呼之欲出，但問題暴露得也很明顯——雖然高一數學課學過正弦函數，但學生基礎薄弱，作圖素質一般，畫出的圖像丟三落四。筆者要求學生在x=A和x=-A處做兩條平行于時間軸的輔助線，如圖2所示，而且把最大位移及平衡位置處的幾個點描出，再用平滑曲線連線。采用合理的近似方法，培養學生嚴謹的科學態度。借助本例題還可以適時強調反相的概念。

【例2】圖3是兩列簡諧橫波振動圖像，它們的相位差是多少？

b圖像的初相等于0。a圖像的初相，有的學生用3π/2表示，也有學生用（-π/2）表示，這樣就導致a、b振動對應的相差不一樣。有的說：因為φb-φa=0-3π/2＜0，所以a比b超前3π/2。也有的說：因為φb-φa=0-（-π/2）＞0，所以b比a超前π/2……爭論得好不熱鬧。此時，教師出示PPT，為學生厘清相差的表達，應像課前復習中提到的單位圓一樣，以逆時針方向為正方向，哪個在前，哪個就先振動，而且初相及相差小于π，這樣學生就會明白不能說a比b超前3π/2，而是a比b滯后π/2。集體備課時一致認為，在計算相差時用Δφ=φ大-φ小會方便很多。

3" 結束語

學生理解吃力的概念要多鋪墊，盡量利用現代教育技術，適當添加PPT及Flash，創造條件縮小學生的認知跨度，用學生能聽懂的表述或方法幫助學生突破。本節集體備課時有教師提出用旋轉矢量講相位，考慮到學生實際被否決。因材施教，適合的就是最好的，哪怕表達得有一點兒偏差，隨著學生認知水平的提高，終會真正理解。課后，備課組集體反思本節教學：本節課在學生原有知識結構的基礎上，通過運用多種教學方法，注重探究式教學過程，讓學生自己動手實驗，通過自己的努力解決疑難問題，緊扣課程標準要求，既有學生發現問題、分析問題的過程，也有解決問題的過程，符合新高中物理課程標準的基本理念。

參考文獻

[1]廖伯琴.普通高中物理課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

作者：董彩娟，青島市城陽第三高級中學，高級教師，研究方向為物理教育（266112）。