現(xiàn)代教育技術(shù)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(tài)度價值觀三維目標，是目前一線教師亟待學(xué)習(xí)和研究的。以“簡諧運動的描述”教學(xué)為例，具體論述現(xiàn)代教育技術(shù)在物理教學(xué)中的應(yīng)用，以期為一線教學(xué)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞 高中物理；物理課程標準；現(xiàn)代教育技術(shù)；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(guī)定了六個方面的內(nèi)容：課程性質(zhì)與基本理念、學(xué)科核心素養(yǎng)與課程目標、課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、學(xué)業(yè)質(zhì)量和實施建議。很多一線教師要求深度學(xué)習(xí)課程標準，青島市普通高中物理學(xué)科負責(zé)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(xùn)。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(xué)科素養(yǎng)的方法上有了心得。

學(xué)校備課組從教學(xué)實際出發(fā)，從學(xué)生的需要出發(fā)，深度學(xué)習(xí)落實課程標準。筆者基于積累的20余年一線教學(xué)經(jīng)驗，結(jié)合“簡諧運動的描述”教學(xué)，將對物理課程標準的認識、理解和實踐整理出來，主要體現(xiàn)在怎樣在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生達成正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。筆者認為怎樣整合知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度價值觀三維目標等是目前一線教師亟待學(xué)習(xí)和研究的。現(xiàn)代教育技術(shù)在課堂中應(yīng)用已經(jīng)很普遍，應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)可以顯著提高課堂效率，而如何結(jié)合現(xiàn)代教育技術(shù)體現(xiàn)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(nèi)容在教育技術(shù)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(zhì)點運動的一種形式，是自然界普遍存在的一種復(fù)雜的運動形式，表現(xiàn)為物體在空間一定位置附近隨時間的往復(fù)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(xiàn)象，如交流電路中的電流和電壓、交變磁場中的磁感應(yīng)器強度和電場強度，因此，這一部分的學(xué)習(xí)也會為學(xué)生后續(xù)選修課程的進一步學(xué)習(xí)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(jié)的內(nèi)容，上一節(jié)中借助實驗，學(xué)生已經(jīng)得到結(jié)論：做簡諧運動的彈簧振子其x--t圖像是正弦函數(shù)圖像。本節(jié)需要學(xué)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(xué)生基礎(chǔ)薄弱，在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)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(xué)生理解接受，對課堂環(huán)節(jié)進行精心設(shè)計，在現(xiàn)代教育技術(shù)的強大助力下，學(xué)生學(xué)習(xí)效果非常不錯。筆者把這節(jié)課的集體備課成果總結(jié)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(xué)、動力學(xué)、能量等不同角度把握，是學(xué)生綜合運用已有知識和能力素養(yǎng)解決新的更復(fù)雜問題的過程。先進行相關(guān)回憶，再通過觀察現(xiàn)象、分析運動過程特點，逐漸建立平衡位置、振動位移、恢復(fù)力等一系列基本概念。對本節(jié)課的復(fù)習(xí)部分，備課組設(shè)計以下內(nèi)容：

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

2）復(fù)習(xí)單位圓的相關(guān)知識，畫出正弦函數(shù)y=sinx，x∈（0，2π）。

筆者在授課中將0、π/2、π、3π/2對應(yīng)的圖像正弦曲線呈現(xiàn)在一個x-t圖像中，PPT設(shè)計成分次進入，用不同顏色區(qū)分，效率高，區(qū)分度明顯，即使數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不好的學(xué)生也能夠理解，很容易喚起其重新學(xué)習(xí)的欲望。

2" 課堂部分

有了以上知識儲備，再學(xué)習(xí)“簡諧運動的描述”，學(xué)生的認知坡度就降下來了，通過第一節(jié)學(xué)習(xí)得到一個結(jié)論：簡諧運動的位移與時間成正弦函數(shù)關(guān)系。學(xué)生在數(shù)學(xué)課中已經(jīng)學(xué)習(xí)了表達式x=Asin（ωt+φ0）相關(guān)的三角函數(shù)，少數(shù)掌握得不錯的學(xué)生能畫出其圖像，并能解決A、ω、φ0對函數(shù)圖像變化的影響等數(shù)學(xué)問題。因此，對這部分學(xué)生來說，物理教學(xué)的任務(wù)是把物理現(xiàn)象和學(xué)生學(xué)到的數(shù)學(xué)知識緊密地聯(lián)系起來，從物理學(xué)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(xué)生基礎(chǔ)薄弱，多數(shù)學(xué)生對表達式x=Asin（ωt+φ0）還比較陌生，需要進一步學(xué)習(xí)。教師在課堂教學(xué)中可以進行如下設(shè)置，幫助基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生學(xué)習(xí)。

2.1" 問題引入

通過上一節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)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(jié)提出問題：“做簡諧運動的物體在一個位置附近不斷地重復(fù)同樣的運動，如何描述簡諧運動的這種特征？”其實就是讓學(xué)生進一步探究正弦曲線與簡諧運動之間的關(guān)聯(lián)。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(guān)系的函數(shù)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(guān)聯(lián)？

2.2" 振幅的理解

在引入振幅概念時，既要讓學(xué)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(yīng)為多少，y=Asinφ的最大值又應(yīng)是多少，從函數(shù)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(chǔ)，也是難點，在此處可以設(shè)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(xué)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(jīng)過一次往復(fù)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(guān)系是什么？

5）如何探究小球振動周期與振幅的關(guān)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(xué)生學(xué)習(xí)的難點，通過集體備課，備課組將相位的學(xué)習(xí)給學(xué)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(zhì)點在一個周期轉(zhuǎn)過2π弧度，1/2周期轉(zhuǎn)過π弧度，1/4周期轉(zhuǎn)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(zhì)點在一個周期中的狀態(tài)，這個角度稱為相位。相位是用來描述質(zhì)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(tài)。φ0表示t=0時的相位，叫作初相。

以上每一步依次用PPT呈現(xiàn)，此處可稍慢進行，讓每個小組中已經(jīng)理解掌握的部分優(yōu)生帶領(lǐng)同組同學(xué)一起再理解學(xué)習(xí)一遍，力爭不讓一個學(xué)生掉隊。讓學(xué)生在“講”中學(xué)，很好地發(fā)揮學(xué)生的主動性，培養(yǎng)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)更深層次的知識，還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究精神、科學(xué)態(tài)度與責(zé)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(tài)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(tài)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(diào)一致，稱為同相；步調(diào)完全相反，稱為反相。

2.6" 相差的理解

步調(diào)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(xué)生思考振動中的相差意味著什么，與哪個物理量相關(guān)。此處教學(xué)中可以創(chuàng)設(shè)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(yǎng)學(xué)生建構(gòu)模型的意識，又能逐步幫助學(xué)生形成科學(xué)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(jié)課的重要任務(wù)，讓學(xué)生根據(jù)表達式畫出圖像，也要根據(jù)圖像寫出表達式，需要通過例題及練習(xí)題來實現(xiàn)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(xué)生自主學(xué)習(xí)總結(jié)，如振動周期T=1.6 s，振幅A=12 cm，當(dāng)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(xué)生可以順利寫出表達式：x=Asin（ωt+φ0）。接下來鼓勵學(xué)生自己改變初相，畫出對應(yīng)的圖像。學(xué)生此時學(xué)習(xí)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(shù)學(xué)課學(xué)過正弦函數(shù)，但學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，作圖素質(zhì)一般，畫出的圖像丟三落四。筆者要求學(xué)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(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。借助本例題還可以適時強調(diào)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(xué)生用3π/2表示，也有學(xué)生用（-π/2）表示，這樣就導(dǎo)致a、b振動對應(yīng)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(xué)生厘清相差的表達，應(yīng)像課前復(fù)習(xí)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(xué)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(jié)束語

學(xué)生理解吃力的概念要多鋪墊，盡量利用現(xiàn)代教育技術(shù)，適當(dāng)添加PPT及Flash，創(chuàng)造條件縮小學(xué)生的認知跨度，用學(xué)生能聽懂的表述或方法幫助學(xué)生突破。本節(jié)集體備課時有教師提出用旋轉(zhuǎn)矢量講相位，考慮到學(xué)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(xué)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(jié)教學(xué)：本節(jié)課在學(xué)生原有知識結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過運用多種教學(xué)方法，注重探究式教學(xué)過程，讓學(xué)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(xué)生發(fā)現(xiàn)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(xué)，高級教師，研究方向為物理教育（266112）。