物理学科素养在中学物理课堂教学中的体现

物理学科素养在中学物理课堂教学中的体现

作者：董超

来源：《中学物理·高中》2019年第08期

摘 要：物理学科核心素养由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成.本文以测量匀变速运动物体速度与加速度的实验教学为例，探索如何在物理课堂教学中体现物理学科核心素养.

关键词：物理学科素养;光电门;测速;实验设计

以超速行驶危害的安全宣传片引入，为同学们普及树立正确的法治观念的重要性，遵守交通规则，保障生命安全，为了让超速行驶的驾驶员接受相应的处罚，测量汽车行驶的瞬时速度是必要的.

做直线运动的物体在Δt时间间隔内通过的位移为Δx，则物体在Δt间隔内的平均速度v=Δx / Δt：当Δt趋近于零时，平均速度就趋近于该时刻（或该位置）的瞬时速度.这是物理中重要的科学思想——极限思想在高中阶段的第一次应用.

一般情况下，选取物体在某一段很短的时间间隔内通过的一段很短的位移，计算得平均速度可近似代替物体瞬时速度.若所选取的时间间隔或者位移越短，求得的平均速度就越接近这段位移中间时刻的瞬时速度. 3.1 演示实验器材

朗威数字传感器、光电门、玩具手、自制子弹.实验装置如图1～图3所示.

塑料子弹前端安装上一根细钉，并用塑料软管加以固定，特制的细钉子弹经过光电门的宽度很短，细钉直径约0.002m. 3.2 演示实验内容

使用光电门与传感器测量子弹的发射速度.将光电门放置在口前，发射子弹时，子弹的细钉通过光电门的时间被记录下来，经过传感器计算，在屏幕上实时显示子弹经过光电门时的速度，使同学们直观体验物体运动的瞬时速度大小.直观演示光电门测速，让学生通过观察体会，比纯理论讲解更容易让学生理解与掌握.多次发射子弹，我们得到了子弹的发射速度范围. 探究问题1：如图4所示，如何利用一个光电门、气垫导轨、数字计时器测量滑块的瞬时速度.

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同学们通过热烈的讨论，得到了各种实验方案.在学生讨论后，允许学生利用实验器材设计实验尝试解决问题.有了利用细钉测子弹速度的示范，很快有学生想到在滑块上固定细钉或铁条，令其通过光电门，求得滑块通过光电门时的瞬时速度.在实验过程中，学生发现滑块在水平气垫导轨上的运动几乎是不减速的，意识到滑块与气垫导轨间的气流太大，减小了摩擦. 最初的实验方案往往不够严谨，实验操作过程有各种困难，但学生在讨论与尝试中逐步完善并最终解决了问题，最初的体验使学生明白了如何思考讨论、合作解决问题，实验氛围如图5所示.

探究问题2：如何利用两个光电门、气垫导轨、数字计时器测量滑块运动的加速度. 同学们很快有了设计：在气轨上的滑块受恒力作用时，滑块做匀加速运动，分别测量滑块通过两个光电门时的初速度v1和末速度v2，并测出两个光电门的间距s，则滑块的加速度提高气轨的一端，以重力沿气轨的分力为滑块受的恒力，改变光电门的位置，经过多次实验测量获取多个加速度的数值，取平均值即为滑块在倾斜气轨上运动时的加速度.

学生讨论设计实验方案并尝试实验操作、分享展示实验成果，大大提高了学生的参与度，同时也为学生们增强了自信心.通过同学之间的讨论，更容易得到正确的结果，正确的思路.

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利用现有实验装置测量速度与加速度，可以有多种不同的实验方案：

方法1：测量滑块通过两个光电门的速度与光电门之间的距离计算加速度，即上述学生自主讨论设计的实验方法.

方法2：测量速度变化所用时间，直接利用加速度的定义式进行计算，测量滑块通过两个光电门的时间间隔可以用数字计时器同时测量.

教师指导学生尝试方法2，记录通过第一个光电门的时间、通过第二个光电门的时间，通过两个光电门的时间间隔这三个数据，锻炼学生使用光电门、数字计时器的能力.

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完成探究实验后，针对滑块与气垫导轨之间并没有接触这一发现，启发学生思考生活中是否有原理相似的物体或者装置.

展示磁悬浮地球仪，轻小物体可以利用磁体之间的相互吸引与排斥的作用力实现悬浮.学生们动手摆放磁悬浮地球仪，最终成功，關灯之后旋转的磁悬浮地球仪散发着五颜六色的光，极其绚丽.借助这一实物展示，学生们在得到极大满足感的同时，也对磁悬浮相关问题引起了很大的兴趣，对相应的问题印象深刻，如图6所示.

教师趁热打铁，课堂上又继续普及了磁悬浮列车的知识，给同学们播放了上海浦东磁悬浮列车的视频（如图7）.看着飞驰的磁悬浮列车竟然可以达到如此高的速度，同学们惊叹不已，留下了深刻的印象.

播放视频旨在告诉同学们，社会在飞速发展，科学日益创新，科技就是第一生产力，科技改变生活，我们正在学习的和即将要学习的东西正在改善我们的生活，提高我们的生活品质，让我们的生活更加方便.科技兴国，人才强国，同学们就是未来国家的主人，让我们为了实现现代化建设，实现伟大的一起努力奋斗. 6.1 科学思维

学生在生活中仅凭感知判断物体快慢，而没有将其与我们所学的物理知识进行连接，本节课由生活中的物体运动有快有慢出发，根据获得物体准确速度的需要对问题进行深入剖析，与同学们一同构建出一个直线运动的物理模型.锻炼学生科学思维与思考问题的能力，让学生体会将问题模型化处理，通过现象看到其本质.在后续的学习中再逐渐将模型化处理的结果与实际相结合，物理来源于生活，应用于生活. 6.2 科学探究

学生根据现有实验器材设计实验，制定方案，分享实验方案，在小组讨论中完善与改进.学生以教师演示实验为基础进行设计，利用气垫导轨上的滑块上方的遮光片通过光电门的时间来测量滑块通过光电门的平均速度，由于匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于平均速度的平均值，利用物理学关系进行替换，从而用平均速度得到了物块的瞬时速度.

在经过小组讨论与交流之后，同学们以实验一为基础，在气垫导轨上放置两个光电门，物块由一端释放，在导轨上做匀变速直线运动，通过位移与速度得到加速度实验方案，匀变速物体速度位移公式是位移时间和速度时间公式推导得到的，学生在交流的时候既复习了所学知识，又对课堂上讲的导出公式的用处有了更深刻的理解，做到知行合一.

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探究结束后，学生们对本次实验进行的总结认为，通过实验探究更加深刻地体会到了物理是基于实验的一门学科，提高了对物理学习的兴趣，愿意加入到实验探究中去. 6.3 科学态度与责任

我们要学习观察生活，从生活中发现物理问题，形成自己的猜想与假设，尝试着以现有知识解决问题.利用实验来进行验证，基于实验数据得出结论并再次回到生活中，对我们发现的问题进行解释.我们在做实验的时候不仅仅是为了得到一个结论，一个结果，还要深入思考其中的原理，并联系生活实际，看相应的物理思想与物理原理是否真正地应用到了生活，改变了生活.学生们认识到了科学改变技术，技术改变社会，社会进步使得我们的生活环境越来越美好.在学生实验结束后，要求学生将实验台上的实验器材摆放复原，更体现了遵守规则、文明礼貌，培养孩子们保护周围环境卫生的好习惯.

这是本节课的一点心得和体会，本节课很好地对学生们渗透了学科核心素养指向的课程目标，培养了学生主动思考、敢于探索的学习态度.当然，学生的学科素养培养不是一朝一夕之功，需要在学科教学中不断地探索与体现. 参考文献：

[1]邓华，仲扣庄.用DIS探究瞬时速度和平均速度的关系[J].物理教师，2007（05）：37-38. [2]董英伟，杜军.在气垫导轨上测速度和加速度的新方法[J].天津职业技术师范学院学报，2000（04）：34-36.

[3]高峰.速度與加速度的实验研究[J].物理通报，2018（03）：25-29.

[4]方武增.利用光电门测瞬时速度的改进方法[J].实验教学与仪器，2016，33（03）：25-26.

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