简谐运动的高端备课
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摘 要：简谐运动是高中物理选修3-4机械振动一章的第一节，一直都是高中物理教学的重点和难点之一。本文立足于高端备课的角度，对简谐运动进行了精心的设计，彰显了力与运动的教学主线，有效培养了学生的核心素养和关键能力。
关键词：高端备课、教学主线、核心素养、关键能力
简谐运动是高中物理选修3-4机械振动一章的第一节，一直都是高中物理教学的重点和难点之一。本文立足于高端备课的角度对简谐运动进行了精心的设计，彰显了力与运动的教学主线，有效培养了学生的核心素养和关键能力，希望对本节课的教学有所启示。
一、简谐运动的高端备课
（一）创设情境，突出力与运动的教学主线，引入课题。在本节设计中引入环节开始时教师手中拿着一个小球，引导学生设计可以使小球做哪些运动？开放性的设问使不同层次的学生都有话说，既复习了前面所学习过的典型的运动，又开启了学生的思维。紧接着老师使小球做竖直面内的圆周运动，问小球的受力满足什么特点？学生回答“小球受到的合外力为向心力。”教师进一步追问“向心力是根据效果命名的还是根据性质命名的？并请同学举例说明。”这样的设问为本节课与回复力的类比埋下了伏笔，然后再进一步的追问“向心力的作用效果是什么？”引导学生深入回忆理解效果力的意义，最后教师利用电脑动画创设情境，设问“竖直平面内的小球它在竖直方向和水平方向的投影点做什么运动”，类比平抛运动的分解，把小球圆周运动也分解成两个垂直的方向，再让学生从生活中找类似的运动，衔接自然流畅，符合学生认知，自然引出机械振动的定义。而不是像教材那样直接给出生活实例和机械运动的概念。教师创设情境从学生的已有知识入手，这样的设计既复习了以前典型运动，又突出了力与运动的教学主线，促进了学生物理观念的形成。
（二）从实际生活经验出发，建立简谐运理想模型。本环节从学生的生活经验入手，创设情境，教师首先引导学生观察双弹簧振子，设问“振子在运动过程中我们研究它运动情况能否看成质点？”学生回答“可以。”接着教师追问“实际的运动是振子振动一会儿会停下来，是什么使振子的运动慢慢停下来？”生回答“忽略振子所受的空气阻力”师进一步引导学生建模“非常棒！你们把伽利略的理想實验方法引入进来了。要使振子一直振动下去还需要弹簧质量足够小，质量忽略不计。”然后教师通过ppt动画展示理想弹簧振子的运动情况。在师生一问一答的过程中，学生知道建模过程抓住主要因素忽略次要因素，教师引导学生从实际弹簧振子模型到构建理想弹簧振子模型，从实际到抽象后形成理想弹簧振子模型，能够有效地提高学生的建模能力。
（三）分析运动找规律。本环节表格参考了选修3-4科学教育出版社教材第5页，但又不同于教材，教材中的表格相比繁琐，本表格中去掉了平衡位置O点，O点特征明确，无需再重复，从而简化了表格，并且细化了矢量的大小和方向的判断，有利于分析表格，观察物理量的规律。在教学过程中教师利用多媒体很好地展示了这种理想模型的运动情境，并把振子的运动过程引导学生分析的细致有条理;在小组讨论的过程中教师使用电脑和手机同屏的技术把学生的填写情况展示在屏幕上，启发学生质疑、反思、纠错的思维。学生在展示过程中锻炼了学生的表达能力、合作沟通的能力，提升了学生的关键能力;学生在师生问题对话、讨论交流、黑板展示的过程中学生 获取了物理知识，探究出理想弹簧振子的物理规律，解决了物理量的定性分析，学生获得了成功的体验，从而激发了学生学习物理的热情，提升了学生的物理核心素养。同时表格设计全面，细致有利于学生的长远发展。
（四）分析表格，总结规律，深化知识。在这一环节中教师首先设问“从表格中你能发现什么规律？他们存在怎样的定量关系，请论证说明。”学生会发现有些物理量像位移和回复力大小变化始终相同，方向变化始终相反，二者始终相随，坚贞不变，然而速度大小变化和回复力的大小变化始终相反，但方向变化不定。从而进一步猜想回复力和位移的定量表达式。学生逐渐领略到弹簧振子运动中的物理量是这样和谐、对称、完美又不是绝对完美（速度方向善变）。这时教师加以引导像弹簧振子的物理量具有这样简单、和谐特征的运动叫做简谐运动。教师在整个分析运动的过程中始终没有出现简谐运动的概念，当学生对弹簧振子的运动认识深刻到位了，才水到渠成的引出了简谐运动的概念，不把任何一个陌生的概念强加给学生，让学生在理解得出。本环节最后教师设问“弹簧振子为什么会做这样的运动？”再次紧扣力与运动的主题。本环节由开放性的问题引发学生的思考讨论，学生在展示过程中利用公式和图像描述力与位移的规律，还深刻挖掘了图像下面积的意义，同时学生展示践行了物理核心素养，培养了学生的有效沟通能力、批判性思维能力，提升了学生的核心素养。在学生上台展示的同时老师使用同屏技术投影其他小组的画图情况，及时反馈学生的探究情况。
二、教学启示
（一）重视教学主线的构建，教学知识的整合。教材的编写受传统观念的影响，存在明显的教学主线的缺陷。本节教学设计的教学的核心思想是从学生学过的典型运动为起点构建“力与运动”的主线，从学生设计小球的运动小球的匀速圆周运动的受力分析理想弹簧振子的运动特点分析，受力特点分析;最后通过小结落脚于简谐运动的动力学特征。同时设问匀速圆周运动也是完美和谐的运动平抛运动可以看成水平的匀速直线运动方向和竖直方向自由落体的合成，你觉得竖直面内匀速圆周运动可以看成哪些分运动的合成呢？留下知识让学生课下探究，启迪学生的思维。从力与运动的教学起点到力与运动的教学终点，这样的教学设计主线清晰，有利于学生物理观念的形成;而且板书设计也简单突出逻辑主线和教学主线。实现以创设情境为切入点，以观察实验为基础，以培养学生关键能力为核心，以提升学生探究能力为重点的教学理论。教学主线的构建关键是如何基于学生的基础设计合理的问题串，有效整合学生的知识体系。教学主线就像一根线，串起物理观念、科学方法、科学思维、科学探究、科学态度与责任、关键能力等粒粒珍珠。
（二）教学要引导，不是告知。“建构主义”理论：认为学生的大脑不是一张白纸，任何人学习新知识都不是从一张白纸开始的。不同的人对相同的教育所接受的程度是不一样的。学习者知识的获取不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。也就是说，学习者是信息加工的主体，是意义的主动建构者。每个人通过“情境”、“协作”、“会话”、“意义建构”学习环境中的四大要素，在自己的头脑里完成新的理解，才会建立起自己的知识结构。教材的本节课的编写有些概念是直接告知的，比方说平衡位置、回复力、简谐运动等。本节教学设计从学生已有知识出发构建新的物理概念，使用类比的科学方法使学生易于理解。本节教学设计没有一个物理概念是直接告知的，而是在不断地引导学生建构，引导学生如何命名和为什么这么命名中构建新的概念，使学生深刻理解其物理意义。教学内容的难以理解和厘清众多的概念是客观的，但是合理的教学设计可以使学生积极的思考，主动地构建，难点就会突破！
参考文献：
[1]中国人民教育部，普通高中物理课程标准2017版[S]人民教育出版社，2018，25.
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[4]《普通高中物理课程标准》（2017年版）中华人民共和国教育部制定，39-41.
[5]王建玲，李建云，孙德花.《建构主义学习理论对教学的启示》来自知网.
[6]刑红军.《高中物理教育论文写作》.中国科学技术出版社 28-33.
[7]《中学物理教学参考》陕西大学出版社，2018（8），10-12.
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