基于高中物理核心素養的自制教具實驗探究

羅朝宇

摘 要：高中物理是自然科學領域的一門基礎課程，旨在落實立德樹人的任務和提升學生的物理學科核心素養。科學探究是物理核心素養的一個內容，它是物理教學的一個重要環節，在講解物理題的過程中，引導學生動手自制一些教具建立物理模型進行科學探究，讓學生體會科學研究方法、養成科學思維習慣、增強創新意識和實踐能力。

關鍵詞：核心素養;自制教具;科學探究;物理模型

《普通高中物理課程標準（2017年版）》的基本理念提到，“科學探究”是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗與制定方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究的過程和結果進行交流、評估、反思的能力[1]。根據新課改理念的要求，本文主要從解難題出發，引導學生自制教具進行實驗探究，建立必要的物理模型，并用于解決物理難題。

案例一：動態平衡問題的“掛衣服模型”

例1 如圖所示，一根不可伸長的輕繩兩端連接兩輕環A、B，兩環分別套在相互垂直的水平桿和豎直桿上。輕繩繞過光滑的輕小滑輪，重物懸掛于滑輪下，始終處于靜止狀態。下列說法正確的是（ ? ）

A.只將環A向下移動少許，繩上拉力變大，環B所受摩擦力變小

B.只將環A向下移動少許，繩上拉力不變，環B所受摩擦力不變

C.只將環B向右移動少許，繩上拉力變大，環A所受桿的彈力不變

D.只將環B向右移動少許，繩上拉力不變，環A所受桿的彈力變小

【分析】此類題型對學生來說難度較大，難 是對于環A上下移動過程中繩子與豎直方向的夾角如何變化，學生難以構建相應的物理模型，導致在考試中得分率很低。在各類輔導書里面介紹的解題方法都是利用解析法，通過數學運算與幾何證明得出結論，但對于學生來說，依然沒有建立起相應的物理模型。實踐證明，學生在數月以后再接觸同類題目依然得分率很低，所以，引導學生進行科學實驗探究才是解決問題的最佳方法。

【分析】本題難度較大，學生很難理解圖像形成的過程，主要原因是沒有建立相對應的物理模型。通過例2的科學實驗探究，學生自己建立了物理模型，體驗到了物理現象形成的過程，甚至可以在腦海里展現動態圓的旋轉過程。這種情況下，學生才真正擁有了解決問題的能力。

【解析】由左手定則可知帶電粒子的偏轉方向，以R=mvBq為半徑作圓a和圓b，如圖所示，將圓a以O 為軸順時針轉動，直到與b圓重合，可以判斷出圖D正確。

以上兩個案例充分表明，采取實驗探究法能激發學生的學習興趣，能培養學生的物理科學思維，提高學生的歸納總結能力，幫助學生建立必要的物理模型。趙凱華教授曾經針對物理模型有一段非常精彩的闡述，他說：“當我們在教學時，同一個問題，既可以把原始的物理問題交給學生;也可以由教師把物理問題分解或抽象成某種數學模型后再交給學生，習慣于解后一類問題的學生，在碰到前一類問題時，經常會束手無策。”[2]這句話告訴我們，目前教師在物理教學中，通常把現成的物理模型交給學生去做，而很少讓學生自己來構建。所以，筆者認為引導學生通過自制教具來建立物理模型，并運用構建好的模型解決相關問題，才是高中物理核心素養的具體體現。

參考文獻

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

[2]殷正徐.對高中物理教學模型的有關分析[J].中學生數理化（學研版），2003（3）.