“機(jī)械振動(dòng)”單元教學(xué)設(shè)計(jì)

李 萍 李俊鵬

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)附屬中學(xué)，北京 100193；2.北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校，北京 100195）

1 單元教學(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

機(jī)械振動(dòng)是運(yùn)動(dòng)最普遍的形式之一，“機(jī)械振動(dòng)”單元是運(yùn)動(dòng)學(xué)重要組成部分，既是直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)的延續(xù)，又是學(xué)習(xí)機(jī)械波的基礎(chǔ)，起著承上啟下的重要作用.在單元教學(xué)內(nèi)容和學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，將一系列學(xué)習(xí)事件有機(jī)組織起來，不僅考慮到學(xué)生的認(rèn)識(shí)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜地逐級(jí)進(jìn)階，還考慮到學(xué)習(xí)內(nèi)容本身的知識(shí)結(jié)構(gòu)、教材編排，以及學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況等特點(diǎn).基于學(xué)習(xí)進(jìn)階系統(tǒng)規(guī)劃知識(shí)銜接及單元內(nèi)的認(rèn)知邏輯，在促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)化過程中發(fā)展學(xué)生的物理觀念；基于學(xué)習(xí)進(jìn)階系統(tǒng)規(guī)劃伴隨知識(shí)學(xué)習(xí)的思維發(fā)展，在促進(jìn)學(xué)生掌握思維程序與策略的過程中形成物理問題解決的思路；依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，讓知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系更加緊密，遵循從實(shí)踐上升到理論，再?gòu)睦碚撝笇?dǎo)實(shí)踐認(rèn)知過程，促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的“機(jī)械振動(dòng)”單元教學(xué)設(shè)計(jì).

2 單元教學(xué)內(nèi)容分析

課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)“機(jī)械振動(dòng)”的教學(xué)要求：通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征.能用公式和圖像描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).通過實(shí)驗(yàn)，探究單擺的周期與擺長(zhǎng)的定量關(guān)系.知道單擺周期與擺長(zhǎng)、重力加速度的關(guān)系.會(huì)用單擺測(cè)量重力加速度的大小.通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)受迫振動(dòng)的特點(diǎn).了解產(chǎn)生共振的條作及其應(yīng)用.

本章的核心概念是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，具體運(yùn)動(dòng)模型是彈簧振子和單擺.實(shí)質(zhì)上是能量觀念和運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念統(tǒng)領(lǐng)下的復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動(dòng)的具體綜合應(yīng)用.單元教學(xué)內(nèi)容分析將在知識(shí)結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)、隱含的核心素養(yǎng)等方面展開.

主要內(nèi)容包括：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)（描述、回復(fù)力與能量）、單擺、外力驅(qū)動(dòng)下的振動(dòng).

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的一種形式，是直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)的延續(xù).簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)知識(shí)是機(jī)械波單元知識(shí)的基礎(chǔ)，是學(xué)生運(yùn)用已有概念和規(guī)律分析常見運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象建構(gòu)理想化模型的具體體現(xiàn)，有承上啟下的作用.在觀察彈簧振子、單擺等簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定量描述問題和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的變化規(guī)律.學(xué)生通過繪制和分析位移-時(shí)間圖像或速度-時(shí)間圖像獲得物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，從數(shù)學(xué)角度進(jìn)一步認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期性等.學(xué)生通過建立理想化模型等體會(huì)科學(xué)方法在科學(xué)研究中的應(yīng)用，提高建模能力.

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力與能量是學(xué)生對(duì)物理觀念相互作用觀和能量觀的拓展.學(xué)生可以綜合應(yīng)用已有的理論對(duì)彈簧振子及單擺運(yùn)動(dòng)過程中的受力特點(diǎn)和能量特點(diǎn)進(jìn)行分析，加深對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和機(jī)械能的理解，用守恒的規(guī)律解決問題，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)守恒思想.為深入學(xué)習(xí)和研究電磁波打好基礎(chǔ).

單擺是典型模型之一，也是豐富學(xué)生運(yùn)動(dòng)與相互作用觀的重要知識(shí)載體.通過學(xué)習(xí)受力和運(yùn)動(dòng)情況均較為復(fù)雜的單擺，促進(jìn)學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律的進(jìn)一步理解和應(yīng)用，豐富學(xué)生的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念.通過對(duì)單擺回復(fù)力的分析和推導(dǎo)，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和知識(shí)形成過程，對(duì)小角度的近似處理，滲透極限思想，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展.能夠用單擺測(cè)量重力加速度，

外力驅(qū)動(dòng)下的振動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用，共振是受迫振動(dòng)的一種特殊情況，由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理想情況到振幅發(fā)生變化的實(shí)際情況，由固有振動(dòng)到有外力作用下的振動(dòng)，漸漸深入，逐步拓展.從力和運(yùn)動(dòng)角度對(duì)阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步豐富了學(xué)生的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀，從做功的角度進(jìn)一步理解能量轉(zhuǎn)化與守恒，體會(huì)守恒的思想.

本章遵循從特殊到一般、再?gòu)囊话愕教厥獾恼J(rèn)知規(guī)律，從實(shí)際問題中建構(gòu)理想化模型、再?gòu)睦硐牖Ｐ突貧w到解決實(shí)際問題的思維過程.

單元設(shè)計(jì)圍繞能量觀念和運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的具體應(yīng)用為形式，圍繞簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為研究?jī)?nèi)容，單元教學(xué)內(nèi)容隱含的核心素養(yǎng)培養(yǎng)點(diǎn)及科學(xué)方法見表1.

表1 機(jī)械振動(dòng)單元的核心素養(yǎng)與科學(xué)方法舉例

3 學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析

學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)、概念和方法：（1）生活經(jīng)驗(yàn).生活中蕩秋千、來回?cái)[動(dòng)的鐘擺、蹦蹦床、浮沉子等，由于之前學(xué)生一直學(xué)習(xí)的是單向運(yùn)動(dòng)的描述，對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)缺乏系統(tǒng)認(rèn)知；（2）概念儲(chǔ)備.學(xué)生知道了位移、速度、加速度、向心力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功和能等概念和規(guī)律，形成了基本的運(yùn)動(dòng)和相互作用觀、能量觀，但是對(duì)于平衡位置、回復(fù)力等缺乏準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)；（3）物理方法.了解物理學(xué)習(xí)中極限的思想、運(yùn)動(dòng)描述的基本方法（畫圖像）、數(shù)學(xué)推導(dǎo)、圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，但是對(duì)于小量近似很陌生、缺乏認(rèn)識(shí).

問題診斷分析：在“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)”的教學(xué)中，學(xué)生可能遇到的問題主要是位移與平衡位置的關(guān)系，對(duì)回復(fù)力的理解.措施：解決“位移與平衡位置的關(guān)系”關(guān)鍵是獲得位移-時(shí)間圖像，通過對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移-時(shí)間圖像的探究，加深對(duì)往復(fù)性的理解，建立平衡位置概念；通過對(duì)稱性的深入挖掘，建立位移的概念；通過運(yùn)動(dòng)和相互作用觀，類比圓周運(yùn)動(dòng)的“向心力”，逐步認(rèn)識(shí)回復(fù)力是一個(gè)效果力，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，深刻理解回復(fù)力與位移的定量關(guān)系.

在“單擺”學(xué)習(xí)中，學(xué)生可能遇到的問題主要是如何證明單擺是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).措施：從簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移-時(shí)間定量關(guān)系及回復(fù)力與位移的定量關(guān)系兩個(gè)角度進(jìn)行推導(dǎo)證明，關(guān)鍵是理解小量近似與極限思想的應(yīng)用，使問題容易理解.

在“受迫振動(dòng)”教學(xué)中，學(xué)生可能遇到的問題是對(duì)共振條件的認(rèn)識(shí).解決這一問題的關(guān)鍵是認(rèn)真觀察共振實(shí)驗(yàn)，體會(huì)能量轉(zhuǎn)化的過程.通過數(shù)據(jù)的對(duì)比，獨(dú)立思考，分析得出共振的條件.

4 單元教學(xué)目標(biāo)課標(biāo)要求

（1）通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征.能用公式和圖像描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).（2）通過實(shí)驗(yàn)，探究單擺的周期與擺長(zhǎng)的定量關(guān)系.知道單擺周期與擺長(zhǎng)、重力加速度的關(guān)系.會(huì)用單擺測(cè)量重力加速度的大小.（3）通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)受迫振動(dòng)的特點(diǎn).了解產(chǎn)生共振的條件及其應(yīng)用.

以核心知識(shí)為抓手，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的單元教學(xué)目標(biāo)，除了落實(shí)課標(biāo)和教學(xué)指導(dǎo)意見上的教學(xué)目標(biāo)之外，還要落腳在“學(xué)習(xí)進(jìn)階”和“單元整合”的目標(biāo)上.

“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”是選擇性必修1“機(jī)械振動(dòng)”模塊中的主題內(nèi)容，總體目標(biāo)要求是：通過觀察實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)彈簧振子，建構(gòu)理想化模型；了解描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理概念和物理方法，能用公式和圖像描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；知道位移瞬時(shí)值表達(dá)式，理解峰值振幅的意義；理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期、頻率含義，掌握它們相互間關(guān)系；知道回復(fù)力來源與作用效果，理解回復(fù)力與位移的定量關(guān)系；知道單擺是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，構(gòu)建理想化模型，通過小量近似、極限的思想推導(dǎo)證明回復(fù)力與位移的定量關(guān)系；通過實(shí)驗(yàn)探究，控制變量的方法，了解單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系；利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)定量得出單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系，能夠利用單擺周期測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹担涣私馐芷日駝?dòng)的特點(diǎn)，區(qū)分固有頻率和驅(qū)動(dòng)頻率，了解共振的條件及其應(yīng)用.

5 單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)是單元教學(xué)的整體規(guī)劃，主要討論本單元學(xué)習(xí)有幾個(gè)部分，每一個(gè)部分包括哪些學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和發(fā)展，相應(yīng)的學(xué)習(xí)方式等內(nèi)容.這一部分是以前面的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生學(xué)情、教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)，從整體上把握本單元的教學(xué)方式、教學(xué)策略、活動(dòng)設(shè)計(jì)和重難點(diǎn)突破等，也是后續(xù)具體教學(xué)活動(dòng)的指導(dǎo).

“機(jī)械振動(dòng)”的單元教學(xué)設(shè)計(jì)主要分成3大部分（4個(gè)層級(jí)）：（1）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)，預(yù)計(jì)3-4課時(shí)；（2）單擺，預(yù)計(jì)2-3課時(shí)；（3）受迫振動(dòng)，預(yù)計(jì)1課時(shí).表2是這幾部分教學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)、重點(diǎn)和各部分之間的關(guān)聯(lián).

表2 機(jī)械振動(dòng)單元學(xué)習(xí)過程

續(xù)表

6 主要教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

線上教學(xué)期間，不能讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是最大的遺憾.物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，讓孩子們關(guān)注生活、能夠利用身邊的物體隨手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該是核心素養(yǎng)的基本表現(xiàn).生活即物理，物理即生活.為此，我做了以“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)為核心概念、以單擺為典型模型”的學(xué)生主題實(shí)踐活動(dòng)，線上線下相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì).

伽利略發(fā)現(xiàn)單擺的等時(shí)性就是利用脈搏對(duì)教堂里吊燈的擺動(dòng)周期進(jìn)行了測(cè)量，回到家里立刻利用“繩子和鐵塊”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就應(yīng)該像科學(xué)家一樣，能夠利用身邊的物體隨手做實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)意識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

單元主題活動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，單元主題學(xué)習(xí)進(jìn)階圖如圖2所示.

圖1 機(jī)械振動(dòng)單元主題活動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 機(jī)械振動(dòng)單元主題學(xué)習(xí)進(jìn)階圖

6.1 以核心問題引領(lǐng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)概念教學(xué)

核心問題：（1）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)遵循怎樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？（2）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的所受到的力有什么特點(diǎn)？（3）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中能量是如何轉(zhuǎn)化的？圍繞目標(biāo)設(shè)計(jì)一系列具有邏輯關(guān)系的序列化問題，由表象到本質(zhì)，層層遞進(jìn)，不僅能將教學(xué)形成一個(gè)整體，而且對(duì)于發(fā)展學(xué)生的思維品質(zhì)有重要的作用.

問題1：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)遵循怎樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過已有的知識(shí)技能認(rèn)識(shí)較復(fù)雜的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.

（1）猜想：彈簧振子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，位置隨時(shí)間變化的規(guī)律是怎樣的？為了直觀表達(dá)，我們用xt圖像描述.

（2）驗(yàn)證猜想：如何得到彈簧振子的x-t圖像？你能想到哪些方法？學(xué)生獲得的彈簧振子頻閃照片如圖3所示.

圖3 學(xué)生頻閃照片

（3）這個(gè)x-t圖像所表達(dá)的運(yùn)動(dòng)和我們?cè)瓉韺W(xué)過的運(yùn)動(dòng)有哪些不同？

（4）為了直觀，如何定義彈簧振子的位移？

問題2：彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中，力是如何變化的？

設(shè)計(jì)意圖：通過理論探究，加深理解運(yùn)動(dòng)和相互作用觀.

（1）猜想：彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中，力是如何變化的？

（2）驗(yàn)證猜想：結(jié)合牛頓力學(xué)知識(shí)，對(duì)水平彈簧振子進(jìn)行受力分析，推導(dǎo)力和位移的關(guān)系.

（3）推導(dǎo)豎直彈簧振子合力與位移的關(guān)系.

（4）推導(dǎo)浮沉子所受合力與位移的關(guān)系.

問題3：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中能量是如何轉(zhuǎn)化的？

（1）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期可以分成幾個(gè)階段？

（2）列圖表分析說明平衡位置、正負(fù)位移最大位置及運(yùn)動(dòng)過程中的位移、速度、加速度、回復(fù)力、動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況.

（3）從牛頓運(yùn)動(dòng)定律角度、做功和能量角度對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中物理量的變化進(jìn)行分析說明.

6.2 以核心任務(wù)引領(lǐng)單擺的理論探究

在單擺的教學(xué)中，核心任務(wù)是能夠利用單擺測(cè)量重力加速度.

任務(wù)1：推導(dǎo)論證單擺是否是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生明確簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志，通過構(gòu)建理想化模型培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維；通過對(duì)單擺運(yùn)動(dòng)的分解，豐富學(xué)生運(yùn)動(dòng)與相互作用觀.

（1）通過哪些途徑可以證明？

（2）如何從回復(fù)力角度進(jìn)行推導(dǎo)論證？

（3）觀察數(shù)學(xué)正弦函數(shù)表，得出什么結(jié)論（小量近似）.

任務(wù)2：?jiǎn)螖[周期與哪些因素有關(guān).

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)探究，提高學(xué)生科學(xué)探究能力.

（1）猜想：?jiǎn)螖[周期與哪些因素有關(guān)？

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：運(yùn)用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量并記錄.

（3）進(jìn)行驗(yàn)證：通過數(shù)據(jù)得出定性結(jié)論，如何處理數(shù)據(jù)得出定量關(guān)系？

（4）理論推導(dǎo)：是否可以借助極限的思想，理論推導(dǎo)得出周期與擺長(zhǎng)的定量關(guān)系？

任務(wù)3：學(xué)生實(shí)驗(yàn)：利用單擺測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣?

設(shè)計(jì)意圖：應(yīng)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的形成，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感.

（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：利用單擺測(cè)量重力加速度.

（2）實(shí)驗(yàn)操作：親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力.

（3）數(shù)據(jù)處理：學(xué)習(xí)圖像法處理數(shù)據(jù)的科學(xué)思維.

（4）誤差分析：提升學(xué)生科學(xué)探究的能力.

6.3 以解決實(shí)際問題為核心的外力作用下振動(dòng)教學(xué)

生活中外力作用下的振動(dòng)普遍存在，人們對(duì)自然界的認(rèn)知是“實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—實(shí)踐”的過程.

設(shè)計(jì)意圖：生活中普遍存在的是真實(shí)情景的受迫振動(dòng)，聯(lián)系生活實(shí)際，用物理規(guī)律解決實(shí)際問題，在解決實(shí)際問題中發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng).

（1）播放視頻：塔科馬懸索橋共振視頻，引發(fā)思考“是什么威力如此巨大？”

（2）觀察演示實(shí)驗(yàn)：受迫振動(dòng)與共振.

（3）阻尼振動(dòng)、共振在生產(chǎn)生活中有哪些危害？有哪些應(yīng)用？

7 單元學(xué)習(xí)效果反饋行評(píng)價(jià)

針對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的4個(gè)方面，高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)劃分了5個(gè)水平層級(jí).教師在進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，要針對(duì)學(xué)生的情況和發(fā)展需求，選擇適合的水平層級(jí)的問題命制或進(jìn)行學(xué)習(xí)效果反饋性評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)，結(jié)合隨堂提問，本單元內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以學(xué)業(yè)水平2-3的要求為主，可以選擇或編制水平4、5的問題作為進(jìn)階內(nèi)容.反饋性問題應(yīng)圍繞單元目標(biāo)突出核心知識(shí)和關(guān)鍵能力，注重問題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性和問題解決的進(jìn)階性.

思考題：

（1）如圖4所示，這位同學(xué)的操作是否恰當(dāng)？為什么？怎樣正確測(cè)量擺長(zhǎng)？

圖4 某學(xué)生在地板上測(cè)量長(zhǎng)度的情境

（2）如圖5所示，這位同學(xué)對(duì)周期進(jìn)行了多次測(cè)量，能否達(dá)到減小誤差的目的？為什么？應(yīng)該如何操作？

圖5 某學(xué)生測(cè)量的周期

（3）上述同學(xué)改進(jìn)后，對(duì)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行怎樣的處理？說說你的想法，并說明你的依據(jù)及這樣做的好處是什么.

（4）如圖6所示，（忽略測(cè)量錯(cuò)誤）如果刻度尺不夠長(zhǎng)，我們能否完成測(cè)量任務(wù)？說說你的想法.

圖6 某學(xué)生刻度尺較短

（5）如圖7所示，我們能否通過測(cè)量確定擺錘的重心位置？說說你是怎么做的.

圖7 某學(xué)生擺長(zhǎng)測(cè)量不確定

反饋性問題通過進(jìn)階方式考查學(xué)生對(duì)本單元核心任務(wù)“利用單擺測(cè)量重力加速度”的實(shí)驗(yàn)探究過程，第1問比較基礎(chǔ)，是對(duì)理想化模型中擺長(zhǎng)的理解；第2問略有提升，是利用了常見的累計(jì)法減少周期的測(cè)量誤差.這兩問恰好是本次測(cè)量的兩個(gè)要素：擺長(zhǎng)和周期.第2問可以繼續(xù)引申：?jiǎn)渭儨p少周期測(cè)量誤差，1組數(shù)據(jù)就夠了.如何讓測(cè)量的多組周期數(shù)據(jù)更加有意義？學(xué)生可以理解到：改變擺長(zhǎng)再次進(jìn)行測(cè)量.每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)重力加速度，這樣從重力加速度角度而言減小誤差才更加有意義.第3問是在前一問基礎(chǔ)上，程度繼續(xù)加深：可以利用圖像法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，是利用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的重要途徑，更有利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng).第4問、第5問，難度繼續(xù)增大：利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，深入理解單擺周期規(guī)律的本質(zhì)問題，對(duì)核心素養(yǎng)的發(fā)展有更加深刻的影響.

8 單元教學(xué)設(shè)計(jì)反思

我們是培養(yǎng)學(xué)生用表現(xiàn)展示理解能力的指導(dǎo)者，而不是將自己的理解告知學(xué)生的講述者.

從整體上看，機(jī)械振動(dòng)單元教學(xué)設(shè)計(jì)注重單元課時(shí)之間的進(jìn)階與聯(lián)系，有助于知識(shí)的結(jié)構(gòu)化.注重用真實(shí)情景引入，有助于學(xué)生核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的發(fā)展.通過實(shí)踐活動(dòng)，旨在讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理研究是建立在觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一項(xiàng)創(chuàng)造性工作，在研究中必須堅(jiān)持實(shí)事求是的態(tài)度.在制作單擺過程中的實(shí)際操作、改進(jìn)、觀察、研究、到最后利用單擺進(jìn)行測(cè)量，學(xué)生在試錯(cuò)過程中真正理解核心概念，在探究過程中真正提升科學(xué)探究能力.實(shí)際上測(cè)量重力加速度不是主要目的，在經(jīng)歷過程中進(jìn)行的思考尤為重要.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，經(jīng)歷由理論變成實(shí)踐的過程，經(jīng)歷面對(duì)諸多問題如何解決的過程，經(jīng)歷如何具體操作才能獲得正確真實(shí)有效的數(shù)據(jù)，經(jīng)歷后期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理的過程，實(shí)驗(yàn)中有哪些注意事項(xiàng)要跟小伙伴分享等等.在經(jīng)歷的過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，構(gòu)建模型的能力，在交流中提高語言表達(dá)能力、總結(jié)與反思能力，在數(shù)據(jù)獲得過程中培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、提升其責(zé)任感與使命感.

因?yàn)榻?jīng)歷過，印象才深刻，才能理解由理論到實(shí)踐有很長(zhǎng)一段路要走，在這條路上要解決的問題依靠物理思想和物理方法.科學(xué)與技術(shù)同等重要，相輔相成.

在學(xué)生已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)的情況下，進(jìn)行有針對(duì)性的反饋，言之有物，容易引起共鳴，并能夠深刻體會(huì)“標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作”背后的科學(xué)道理，更加充分體現(xiàn)出我們教育的根本目的是解決實(shí)際問題，解決真問題.物理核心素養(yǎng)自然浸潤(rùn)而生發(fā).