基于核心素養(yǎng)的原始物理問題實(shí)驗(yàn)探究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2025）8-0062-6

聚焦于現(xiàn)實(shí)生活中未經(jīng)加工的原始物理問題，不僅可以搭建情境與知識(shí)之間以及知識(shí)與知識(shí)之間的橋梁，從而使物理概念和規(guī)律得到更清晰、更系統(tǒng)的理解和綜合運(yùn)用，同時(shí)，在激發(fā)學(xué)生細(xì)致探究這些問題的過程中，其物理核心素養(yǎng)中的“科學(xué)思維\"和“科學(xué)探究”能力也能夠得到顯著提升。探究原始物理問題的過程包括初步分析問題，挖掘潛在信息并識(shí)別問題本質(zhì)；隨后，舍棄次要信息，抓住主要矛盾，通過簡化、抽象以及設(shè)置物理量來建立物理模型；最終，根據(jù)模型選擇恰當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律和公式，借助數(shù)學(xué)工具進(jìn)行推導(dǎo)，得出結(jié)果[1]。教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生針對原始物理問題選擇適當(dāng)?shù)奈锢砀拍詈鸵?guī)律，逐步深入挖掘其背后的物理知識(shí)，不僅能夠幫助學(xué)生凝練邏輯思維、拓展知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，還能夠提升學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解和延伸，這對鞏固和提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)具有重要意義。

生活中的原始物理問題有效呈現(xiàn)的載體在于實(shí)驗(yàn)。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫嘏囵B(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證、模型思維和科學(xué)推理能力，充分利用探究式學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)生抽象思維的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)識(shí)由感性轉(zhuǎn)向理性，思維特征由認(rèn)知驗(yàn)證轉(zhuǎn)向探索論證。振動(dòng)是初中物理教師在“聲音的特性”一節(jié)中探究影響聲音高低的因素常用的演示實(shí)驗(yàn)，利用生活中常見的刻度尺來探究“音調(diào)\"這一概念。然而，由于人耳很難清晰地捕捉到鋼尺振動(dòng)頻率高低的變化，并且聲音的高低與振動(dòng)頻率之間的定量關(guān)系難以用數(shù)據(jù)的形式直觀呈現(xiàn)，這樣的實(shí)驗(yàn)局限性讓這一知識(shí)點(diǎn)成為學(xué)生理解的重難點(diǎn)。此外，該實(shí)驗(yàn)涉及聲音的產(chǎn)生、振動(dòng)頻率與棒的一維振動(dòng)等相關(guān)數(shù)學(xué)和物理知識(shí)，貫穿初中、高中和大學(xué)物理教材的相關(guān)內(nèi)容。本文利用常見的“鋼尺振動(dòng)”來探究這類原始物理問題背后的相關(guān)知識(shí)，揭示振動(dòng)現(xiàn)象背后不同層次、不同維度的物理知識(shí)，呈現(xiàn)出振動(dòng)背后的材料屬性與物理特征之間的聯(lián)系，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

1 發(fā)掘現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)問題

在初中物理八年級上冊“聲音的特性”一節(jié)中，在“探究影響聲音高低的因素”時(shí)，常通過學(xué)生身邊常見的學(xué)習(xí)用品——刻度尺來演示振動(dòng)與聲音之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)過程中，教師將刻度尺的一端用手緊按在桌面上，另一端伸出桌面，并通過改變直尺伸出桌面的長度，用相同的力撥動(dòng)鋼尺。學(xué)生通過觀察鋼尺振動(dòng)的快慢，同時(shí)感知振動(dòng)產(chǎn)生的聲音變化，從而進(jìn)一步思考振動(dòng)的頻率變化與聲音音調(diào)變化之間的關(guān)系，以及鋼尺伸出桌面的長度如何影響音調(diào)。該演示實(shí)驗(yàn)的目的是通過觀察并定性分析鋼尺振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生提出諸如“音調(diào)與振動(dòng)頻率有關(guān)\"和“鋼尺伸出桌面的長度與音調(diào)有關(guān)”的猜想，為后續(xù)的科學(xué)探究奠定基礎(chǔ)[2]。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，隨著鋼尺伸出桌面的長度增加，振動(dòng)聲音由尖銳變得沉悶，音調(diào)由高變低。通過比較單次振動(dòng)鋼尺的時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼尺伸出桌面的長度較短時(shí)，其振動(dòng)持續(xù)時(shí)間極短，振動(dòng)速度較快；而當(dāng)鋼尺伸出桌面的長度增加時(shí)，振動(dòng)速度減慢，振動(dòng)時(shí)間相對延長。不過，這種現(xiàn)象變化并不顯著，且振動(dòng)頻率的細(xì)微變化難以被人耳清晰辨別。

“鋼尺振動(dòng)\"實(shí)驗(yàn)使用學(xué)生熟悉的學(xué)習(xí)用品，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，引導(dǎo)他們主動(dòng)探究該現(xiàn)象背后的物理規(guī)律。通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，學(xué)生可以逐步建立音調(diào)與鋼尺振動(dòng)頻率的關(guān)系，以及不同材質(zhì)對音色影響的概念，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng)相關(guān)知識(shí)奠定了扎實(shí)的認(rèn)知基礎(chǔ)。此外，單純用“振動(dòng)頻率越高，聲音音調(diào)越高”來描述這一現(xiàn)象，只是對其最淺層次的理解。實(shí)際上，當(dāng)鋼尺振動(dòng)時(shí)，尺子向上運(yùn)動(dòng)會(huì)壓縮其上方的空氣，使空氣密度增加；向下運(yùn)動(dòng)時(shí)則使空氣變得稀疏。這種空氣的疏密變化形成了向外傳播的聲波，而振動(dòng)頻率決定了聲波的音調(diào)。因而，該實(shí)驗(yàn)還能夠幫助學(xué)生將振動(dòng)頻率與聲音音調(diào)的關(guān)系直觀化，并進(jìn)一步理解高中物理課程中“機(jī)械振動(dòng)”“機(jī)械波\"等內(nèi)容。此外，“鋼尺振動(dòng)\"實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中可實(shí)現(xiàn)初高中物理知識(shí)的自然銜接，為學(xué)生未來學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng)、聲學(xué)等更高層次的內(nèi)容奠定基礎(chǔ)。

2 抽象假設(shè)，建立數(shù)學(xué)模型

如何定性地描述鋼尺伸出桌面的長度與振動(dòng)頻率間的關(guān)系？改變鋼尺的材質(zhì)是否會(huì)影響振動(dòng)頻率？首先，依據(jù)合理的物理抽象，構(gòu)建簡單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。選用長尺時(shí)，假設(shè)直尺的截面積均勻且尺的橫向尺寸遠(yuǎn)小于其長度，我們可以將直尺視為同一截面上各點(diǎn)均勻運(yùn)動(dòng)的細(xì)棒，如圖1所示。當(dāng)直尺受到與其中心軸垂直方向的作用力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彎曲。由于直尺本身具有一定的勁度，這種彎曲形變會(huì)試圖恢復(fù)到平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致直尺在與軸垂直方向上產(chǎn)生振動(dòng)，即棒的橫向振動(dòng)。

取長為l、橫截面積為 s 的均勻直尺，靜止時(shí)處于水平，振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生彎曲，如圖1（a）所示。設(shè)棒的沿軸方向?yàn)?x ，如圖1（b）所示。在棒上取一元段 dx ，坐標(biāo)為 （x，x+dx） 。當(dāng)這一元段彎曲時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彎矩，先分析彎矩與彎曲程度之間的關(guān)系。分析棒的縱截面，如圖1（c）所示，當(dāng)這一元段彎曲時(shí)，上半部分被拉長，下半部分被壓縮，中間存在一個(gè)既沒有被拉長也沒有被壓縮的中性面，_AB 段為該中性面在 （x，y） 上的投影，長度為 dx 。取與 _AB 距 r 處一薄層 dr ，橫截面積為dS，伸長量為 δx ，則相對伸長量為 ，由幾何關(guān)系可知，δx=rφ，dx=Rφ，R 為曲率半徑， φ 為 _AB 的張角，由此可知 δx/dx=r/R 。根據(jù)胡克定律，作用在dS面上的縱向力 （x 方向）應(yīng)為 ，其中 E 是楊氏模量。中線以上 rgt;0 時(shí)， dF_xgt;0 ，對該薄層產(chǎn)生拉力，反之在中線以下，對該薄層產(chǎn)生壓力。由于對稱，該元段上總的縱向力為0，然而彎矩不為0。

圖1棒的橫振動(dòng)原理分析圖

設(shè) r 處截面dS上縱向力 dF_x 對中線的彎矩為 ，則整個(gè) x 截面上彎矩為積分

設(shè) η 為棒上各點(diǎn)離開平衡位置的距離，曲率半徑可以近似為 代人彎矩方程（1）可得

彎矩 M_x 是坐標(biāo) x 的函數(shù)，設(shè) dx 左鄰段作用于 x 面上彎矩為逆時(shí)針方向，記作 M_x ，右鄰段作用于 x+dx 面上彎矩為順時(shí)針方向，記作 -M_x+dx 。作用于該元段的總彎矩為

將（2）式代人（3）式可得- 由于棒的彎曲，在橫截面與 x 軸垂直的方向上也會(huì)產(chǎn)生剪切力。根據(jù)動(dòng)量守恒定律縱向力引起的彎矩同切力產(chǎn)生的力矩相平衡，則 由此可以得到

作用于該元段的總切力為

加速度n 由質(zhì)量為 （ρSdx ）的元段提供，根據(jù)牛頓第二定律可得， 2。將（5）式代人，最終整理可得棒的橫振動(dòng)方程為

這個(gè)方程的一般解為

根據(jù)棒的橫振動(dòng)原理，不考慮阻尼振動(dòng)，當(dāng)棒一端固定，一端自由振動(dòng)時(shí)，代人其邊界條件，可得頻率方程為 ，設(shè) 為簡正值代表的一系列根值。所以，其簡正頻率為

其中， E 是楊氏模量 Δ，ρΔ 是密度。我們的實(shí)驗(yàn)中探究的是鋼尺振動(dòng)頻率與長度的關(guān)系，（8）式可以改寫成

通過以上分析可知，當(dāng)一端固定、一端自由的直尺發(fā)生橫向振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率與長度的平方成反比[3]。該關(guān)系式還說明了頻率與楊氏模量和密度等物理量之間的聯(lián)系。改變直尺的材料會(huì)引起音色的變化，其原因在于楊氏模量和密度的變化。通過對（9）式所描述的反比例函數(shù)的斜率進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，對于一把給定的直尺，如果已知其密度和厚度，則可以通過測量頻率和直尺的長度，推算出直尺所用材料的楊氏模量。在初學(xué)物理時(shí)，我們了解到密度是物質(zhì)的一種固有屬性。而楊氏模量，也稱為彈性模量，是彈性材料最重要、最具特征的力學(xué)性質(zhì)之一。楊氏模量不僅是選定機(jī)械零件材料的依據(jù)之一，也是工程技術(shù)設(shè)計(jì)中常用的重要參數(shù)，在材料力學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。

3 實(shí)驗(yàn)探究，分析論證

該實(shí)驗(yàn)對背景聲音的要求較高，測量時(shí)盡量保證在安靜的環(huán)境下進(jìn)行，以便于后續(xù)分析。實(shí)驗(yàn)中使用的器材和軟件如圖2所示，實(shí)驗(yàn)過程中將直尺一端緊按在桌邊，麥克風(fēng)固定在直尺附近，通過Bamp;K控制模塊，利用電腦軟件進(jìn)行聲音的頻譜分析。實(shí)驗(yàn)中影響振動(dòng)聲音頻率的因素有兩個(gè)：直尺伸出桌面的長度，直尺的材料。為了保證實(shí)驗(yàn)過程的科學(xué)性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的完整性，設(shè)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn)，分別改變這兩個(gè)因素來探究頻率的變化，從而獲得不同實(shí)驗(yàn)條件下強(qiáng)度與頻率的關(guān)系。在眾多材質(zhì)的直尺中，選取的是制作材料明確且可以查找到其楊氏模量和密度的鋼尺、塑料尺、鋁尺來研究。

圖2實(shí)驗(yàn)器材與測試頁面

3.1 振動(dòng)頻率與直尺長度和材料的關(guān)系

在正式實(shí)驗(yàn)之前，保證環(huán)境安靜，用麥克風(fēng)測量環(huán)境音的頻率范圍在 0～40Hz ，聲壓較小。實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制撥動(dòng)鋼尺的力度和撥動(dòng)的高度不變，以 1cm 為單位，改變鋼尺伸出桌面的長度。利用麥克風(fēng)依次對鋼尺振動(dòng)產(chǎn)生的聲音進(jìn)行采樣，用聲學(xué)軟件Bamp;K對樣本進(jìn)行頻譜分析，獲得這段聲音聲壓與頻率關(guān)系的原始數(shù)據(jù)和經(jīng)過快速傅里葉變換的FFT數(shù)據(jù)。圖3展示了周期性的數(shù)據(jù)變換為FFT數(shù)據(jù)的基本原理示意圖。圖4為鋼尺伸出桌面 12cm 時(shí)的振動(dòng)強(qiáng)度與頻率和時(shí)間關(guān)系的原始數(shù)據(jù)。從圖中可以看出，利用FFT變換之后的數(shù)據(jù)可以很明顯地找出直尺振動(dòng)的共振頻率，而無需對其周期性進(jìn)行擬合分析。通過改變直尺伸出桌面的長度，從而可以獲得不同振動(dòng)長度與特征頻率的相互關(guān)系，我們進(jìn)而可以定性和定量地探究該材料的楊氏模量。

圖3FFT變換示意圖

圖4鋼尺伸出桌面12cm時(shí)，F(xiàn)FT圖像與單次振動(dòng)衰減圖像

忽略與背景頻率相近的數(shù)據(jù)，通過改變直尺伸出桌面的長度，探測直尺振動(dòng)聲強(qiáng)與其頻率的關(guān)系，采集其FFT變換后的最高峰所對應(yīng)的特征頻率為直尺的振動(dòng)頻率，繪制出特征頻率與直尺振動(dòng)長度平方 （f-l²） 的關(guān)系圖，如圖5所示。從圖中可以看出，隨著振動(dòng)長度的增長，所測得的特征頻率與長度的平方成反比關(guān)系。此外，從采集得到的數(shù)據(jù)（未展示）來看， 8cm～14 cm鋼尺單次振動(dòng)時(shí)長約為 0.5s～1.5s，14cm～20cm 鋼尺單次振動(dòng)時(shí)長約為 1.5s～3.0s 。隨著長度增加，聲音的振動(dòng)頻率降低，時(shí)間增加。

市面上的長尺材料眾多，本實(shí)驗(yàn)采用了鋼質(zhì)直尺（不銹鋼2Cr13）、塑料直尺（聚苯乙烯）、鋁質(zhì)直尺（鋁合金），設(shè)置了三組對比實(shí)驗(yàn)。重復(fù)探究長度與頻率關(guān)系時(shí)的實(shí)驗(yàn)步驟，利用麥克風(fēng)分別采樣三種直尺伸出桌面不同長度時(shí)對應(yīng)的聲音，多次測量選取穩(wěn)定的振動(dòng)頻率，頻譜分析后對FFT圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，得到了三種直尺分別對應(yīng)的頻率一長度平方 （f-l²） 數(shù)據(jù)和圖像（圖5）。可以看出，三種直尺的 f-l² 圖像都滿足反比關(guān)系。

圖5f-p圖

3.2 數(shù)據(jù)處理與分析

我們利用Origin軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后，可以得到 f-l² 圖的反比例函數(shù)，即知道了其斜率的數(shù)值 a_?0 利用（9）式，則楊氏模量 E 可以通過如下公式來計(jì)算

通過查詢資料，可以得到不銹鋼2Cr13、聚苯乙烯和鋁合金的密度。厚度為 h ，橫截面為矩形棒，截面回轉(zhuǎn)半徑K2=h2 ，選取固定的 μ_n ，利用上述公式即可計(jì)算出不銹鋼2Cr13、聚苯乙烯和鋁合金的楊氏模量，如表1所示。計(jì)算所得的楊氏模量值恰好在查詢到的范圍內(nèi)，證明了理論和實(shí)驗(yàn)的可行性。

表1數(shù)據(jù)分析

4 應(yīng)用拓展，提升思維

在上述探究實(shí)驗(yàn)中，以物理中常見的“鋼尺振動(dòng)\"演示實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步提出了兩個(gè)關(guān)鍵猜想：“直尺伸出桌面的長度與振動(dòng)頻率有關(guān)”以及“不同材料影響振動(dòng)的音色和音調(diào)”。通過控制變量法，分別改變了直尺伸出桌面的長度和直尺的材料，觀察其振動(dòng)頻率的變化，并通過擬合的曲線計(jì)算直尺材料的楊氏模量，與查詢值進(jìn)行對比，從而驗(yàn)證了這些猜想。在這一過程中，學(xué)生不僅鍛煉了邏輯思維能力，還經(jīng)歷了從感性到理性、從定性到定量的認(rèn)知進(jìn)階。這一探究實(shí)驗(yàn)不僅深化了學(xué)生對振動(dòng)與聲學(xué)基本原理的理解，還展示了振動(dòng)學(xué)在技術(shù)應(yīng)用中的實(shí)際意義，拓展了楊氏模量在材料力學(xué)中的廣泛應(yīng)用。

鋼尺振動(dòng)發(fā)聲的現(xiàn)象源于日常生活中常見的文具，雖然過程看似簡單，卻蘊(yùn)含著豐富的物理知識(shí)。聲音由物體的振動(dòng)產(chǎn)生，而振動(dòng)學(xué)正是聲學(xué)研究的基礎(chǔ)。通過簡單的物理現(xiàn)象引入復(fù)雜的學(xué)術(shù)與工程知識(shí)，為學(xué)生提供了從實(shí)驗(yàn)到應(yīng)用的完整認(rèn)知路徑。此外，棒的振動(dòng)是一個(gè)理想化的物理模型，在聲學(xué)技術(shù)中有著廣泛應(yīng)用。例如，船艦中使用聲吶設(shè)備探測水下目標(biāo)，其工作原理基于聲波在水中的傳播與反射。聲吶通過水聲換能器實(shí)現(xiàn)聲能與電能的相互轉(zhuǎn)換，經(jīng)信息處理后可用于航行導(dǎo)航和目標(biāo)探測。水聲換能器的核心是利用特殊材質(zhì)的晶體薄片，當(dāng)對晶體薄片施加壓力或拉伸力，或施加交變電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械形變。在聲吶發(fā)射超聲波時(shí)，交變電壓被施加到晶體薄片上，產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，從而推動(dòng)周圍水介質(zhì)產(chǎn)生超聲波輻射。

5 “鋼尺振動(dòng)\"實(shí)驗(yàn)運(yùn)用于原始問題教學(xué)

溫故而知新，利用觀察到的簡單物理現(xiàn)象揭示其背后的原始物理問題，再運(yùn)用原始物理問題的教學(xué)流程，讓學(xué)生在掌握機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波的概念后，解決這些現(xiàn)象背后的物理機(jī)制，從而掌握“發(fā)現(xiàn)—探究一量化計(jì)算—?dú)w納總結(jié)\"的問題探究手段，對于學(xué)生的閉環(huán)學(xué)習(xí)、提升其核心素養(yǎng)具有重要意義。圖6展示了原始問題教學(xué)的一般流程：認(rèn)識(shí)問題，發(fā)掘信息；找準(zhǔn)重點(diǎn)，簡化抽象；建構(gòu)模型，實(shí)驗(yàn)論證；運(yùn)用規(guī)律，演算結(jié)果；知識(shí)拓展，思維進(jìn)階。在教學(xué)過程中，應(yīng)明確課標(biāo)要求和學(xué)習(xí)目標(biāo)，合理設(shè)置逐層進(jìn)階的探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生觀察生活化物理現(xiàn)象的興趣，學(xué)會(huì)從原始物理現(xiàn)象中認(rèn)識(shí)問題、提煉問題、分析問題和解決問題[5]。

具體而言，教師首先以“鋼尺振動(dòng)\"演示實(shí)驗(yàn)引入，讓學(xué)生仔細(xì)分辨聲音的變化，并思考其與鋼尺振動(dòng)之間的關(guān)系；引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)聲音的產(chǎn)生與機(jī)械振動(dòng)知識(shí)，猜想“直尺伸出桌面長度變化影響振動(dòng)速度快慢，使音調(diào)變化”“不同材質(zhì)的直

·觀察：直尺振動(dòng)時(shí)聲音隨鋼尺伸出桌面長度的變化。活動(dòng)一：認(rèn)識(shí)問題，產(chǎn)生 思考：振動(dòng)產(chǎn)生的聲音變化由哪些因素引起？ 發(fā)掘信息并描述，產(chǎn)生原疑問，大膽猜想 ：猜想：直尺伸出桌面長度變化影響振動(dòng)速 始物理問題：度快慢，使音調(diào)變化；不同材質(zhì)的直尺產(chǎn)生：的音色不同。：假設(shè)：查閱資料，運(yùn)用棒的橫振動(dòng)原理分析動(dòng)二：簡化抽象，建立 的的現(xiàn) 物理：設(shè)計(jì)：根據(jù)理想模型，選取研究的物理量，并：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)1：運(yùn)用控制變量法，測定改變直尺伸出桌面長度時(shí)對應(yīng)的振動(dòng)頻率。活動(dòng)三：實(shí)驗(yàn)探究，分析 實(shí)驗(yàn)2：改變直尺的材質(zhì)，繼續(xù)測量。 綜合運(yùn)用規(guī)律，解決真實(shí)論證 分析總結(jié)：對數(shù)據(jù)分析匯總并進(jìn)行擬合，得 情境中的問題出反比例函數(shù)的斜率，代入公式計(jì)算不同：材料的楊氏模量，與查詢值進(jìn)行比較。升華原始物理問題，鼓勵(lì)活動(dòng)四：應(yīng)用拓展，提升 拓展：楊氏模量在材料力學(xué)中的應(yīng)用，棒 學(xué)生思考生活中的物理思維 的振動(dòng)模型在技術(shù)生產(chǎn)中的應(yīng)用。 問題

尺產(chǎn)生的音色不同”。在這個(gè)過程中，對真實(shí)情境中的物理問題進(jìn)行簡化，讓學(xué)生思考：直尺伸出桌面的長度、材料、頻率之間有怎樣的關(guān)系，如何定性描述。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用微元法，將直尺分解為棒的集合，選用長尺建構(gòu)棒的理想化模型。這個(gè)過程中，進(jìn)行問題的表征、建構(gòu)模型，設(shè)定物理量，將原始問題細(xì)化為加工的物理問題。接下來，查閱資料和文獻(xiàn)，根據(jù)棒的橫振動(dòng)原理規(guī)律，設(shè)計(jì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究方案。學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)，在老師的引導(dǎo)下對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理處理，對數(shù)據(jù)分析匯總并進(jìn)行擬合，得出反比例函數(shù)的斜率，代人公式計(jì)算楊氏模量，與查詢值進(jìn)行比較，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證猜想。得出“振動(dòng)頻率與伸出桌面長度的平方成反比”“材料的楊氏模量和密度影響直尺的振動(dòng)頻率\"等結(jié)論。充分運(yùn)用科學(xué)的技術(shù)與方法，綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題。最后，學(xué)生對整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，查閱并拓展這一物理規(guī)律在生產(chǎn)生活中的技術(shù)運(yùn)用，認(rèn)識(shí)科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境之間的關(guān)系。

6結(jié)語

通過對真實(shí)情境中“鋼尺振動(dòng)\"這一原始物理問題的探究，利用原始物理問題的解決策略進(jìn)行教學(xué)，體驗(yàn)習(xí)題與生活中物理問題的不同，緊扣核心素養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生對真實(shí)情境中物理問題的解決能力，構(gòu)建學(xué)生的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)探究，體現(xiàn)了新課標(biāo)對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王精國.基于素養(yǎng)解構(gòu)的原始物理問題運(yùn)用研究[J].物理教師，2021，42（5）：7-11.

[2]張恩德，王淼森，陳祖賜.一個(gè)“音調(diào)和頻率關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的深入研究[J].物理教師，2015，36（10）：58-60.

[3]杜功煥，朱哲民，龔秀芬.聲學(xué)基礎(chǔ)[M].南京：南京大學(xué)出版社，2012.

[4]辛春亮.有限元分析常用材料參數(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022.

[5]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

（欄目編輯 劉榮）