基于核心素養的“物理概念”教學設計

魏鵬琪 宋麗穎

【內容摘要】物理概念不僅是物理知識的重要組成部分，更是發展學生核心素養的基石。而《機械振動》是基礎概念、基本知識和基本現象的綜合體。本文以《機械振動》教學設計為例，探討了在概念教學各環節中發展學生“核心素養”的幾種教學策略，旨在有效的引導學生提升物理核心素養。

【關鍵詞】物理核心素養概念教學機械振動

2017版的《普通高中物理課程標準》以培養學生物理核心素養為宗旨，著力發展學生能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。物理核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”以及“科學態度和責任”四個要素。

物理概念不僅是物理基礎知識的重要組成部分，更是核心素養形成的基石。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，是人類智慧的結晶。所以，教師應注重物理概念在課堂中的落實。

機械振動是高中物理在勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動之后的一種較為復雜的周期性運動，既是對周期運動的進一步認識，也為以后學習機械波、電磁波、交流電等知識奠定基礎。本部分知識在高中物理中既是重點又是難點。在概念方面，《機械振動》這一節內容包含了一系列的基本概念，如“機械振動”“簡諧運動”“回復力”“振幅”“周期”“頻率”等，是概念的綜合體;在知識內容方面，“機械振動”包含運動學和動力學的相關內容，是運動學和動力學知識內容的綜合體;在現象表現方面，“機械振動”是一切振動的基礎，所有復雜的振動都是機械振動的復合，都具有機械振動的基本現象和基本特征。所以，機械振動是基礎概念、基本知識和基本現象的綜合體[1]。學生要掌握機械振動這一綜合性知識，首要的任務就是要掌握好基礎概念。

以培養學生學科核心素養為目標的概念教學，第一、應強化物理情境的創設，引導學生自我建構概念，發展學生物理觀念;第二、應引導學生明確概念的內涵與外延，注意概念間的對比，深化概念，發展學生科學思維能力;第三、應積極進行實驗探究去強化概念，發展學生科學探究能力;第四、應利用課堂小結，總結升華，幫助學生建立概念體系，發展學生的科學態度與責任。總之，在教學過程中，本節課的設計理念本著尊重學生的認知規律為主，引導學生從對概念的“感性認識”過渡到“理性認識”，從直觀的“形象思維”發展為抽象的“邏輯思維”，以概念為基石，逐步提升學生的物理學科核心素養。

一、自主思考，構建概念，發展學生物理觀念

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出來的，這類概念叫“現象描述概念”[2]。“機械振動”就是這類概念，學生需要通過自己的觀察、總結、歸納將概念表述出來，才能把概念落實，內化成自己的素養。如，學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運動，總結這一類運動的特征，歸納機械振動的概念，具體教學環節設計見表1。

引導學生分析前兩個情景產生的原因，并從兩個簡單的振動模型總結振動的共同特征根據教師的引導觀察分析并討論總結觀察、總結、歸納機械振動的概念

二、對比反思，深化概念，發展學生科學思維能力

學生在學習新概念時，往往會與相似的舊概念發生認知上的沖突。這就需要進行對比反思，深化對概念的認識，以使學生構建完整的概念知識體系。學生在第一次接觸振動物體的“位移”時，容易會跟《勻加速直線運動》中所認知的物體的“位移”概念相混淆。因為先入為主的概念與現在所學概念內容沖突，學生會在此產生疑問，不明白為什么要重新規定振動物體的位移。教師可以引導學生去對比這兩個物理量：“振動物體的位移”與“物體的位移”，具體教學環節設計見表2。通過該環節，學生體會到這兩種“位移”概念的不同：后者描述的時運動物體位置的變化;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”將回復力、加速度、速度四個運動學物理量聯系在一起，形成一個完整的描述運動的概念閉環。

三、實驗教學強化概念發展學生科學探究能力

物理概念的形成需要科學探究，所以科學探究過程在課堂上的應用也能促進概念的落實。“簡諧運動”是本節課中另一個重要的概念。學習這一概念時，學生會產生兩個疑問：為什么要定義簡諧運動？為什么回復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動？此時，教師可以設計一個DIS（數字化信息系統）探究實驗，讓學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，具體教學環節設計見表3。學生通過觀察彈簧振子的位移-時間圖像是正弦或余弦函數圖像，明白這是一種最簡單、最基本的振動形式。學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特征才能成為簡諧運動。這樣，學生在與教師互動，與同學交流合作中，在頭腦里自主構建出相應的物理概念，能有效發展學生科學探究能力。

四、總結升華，建立概念體系，發展學生的科學態度與責任

本節課是基礎概念、基本知識和基本現象的綜合體，需要使學生把各個概念在認識上形成一個完整的概念體系[3]。在總結環節，學生在教師的引導下，自我回顧、總結，逐步建立機械振動的概念體系，內化成自己的科學素養。此外，聯系實際，引導學生體會機械振動在日常生活中的現象和應用，體會生活處處有物理，發展學生的科學態度與責任。

【參考文獻】

[1]肖麗英.高中物理機械振動和機械波相關概念教學的研究[D].蘇州大學，2009：17.

[2]周偉.“物理學科核心素養”導向下的高中物理概念教學設計[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實證研究—以摩擦力教學為例[J].中學物理，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;宋麗穎（1992-），女，吉林人，一級教師，學士，研究方向：物理實驗教學。

（作者單位：上海市浦東復旦附中分校）