【摘" 要】2023年是福建省實(shí)施新課標(biāo)、新教材、新高考“三新”的第一年。2023年，各地高考試題突出真實(shí)問(wèn)題情境，選取鮮活素材，貼近學(xué)生實(shí)際，以引導(dǎo)師生重視從生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，逐步從解題走向解決問(wèn)題的能力，要求教師在課堂實(shí)踐中加強(qiáng)實(shí)際情境教學(xué)，落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。本文利用生活中常見的玩具和手機(jī)巧妙設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行真實(shí)情境教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】情境教學(xué)；演示實(shí)驗(yàn)；核心素養(yǎng)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》將物理學(xué)科核心素養(yǎng)界定為“學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成正確的價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力”，主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度和責(zé)任”四個(gè)方面。

真實(shí)情境教學(xué)是實(shí)施物理教學(xué)的有力抓手，是培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的具體呈現(xiàn)，是習(xí)得物理知識(shí)的重要途徑，是提高學(xué)生有效學(xué)習(xí)的關(guān)鍵措施。創(chuàng)設(shè)的情境越真實(shí)，越容易吸引學(xué)生的注意力，就越容易發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。演示實(shí)驗(yàn)是真實(shí)情境的有效策略之一，教師合理設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)可有效突破教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)和學(xué)生理解的障礙點(diǎn)，將學(xué)生置于情境中從而利用已學(xué)知識(shí)分析和解決真實(shí)問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與科學(xué)探究能力，以有效提升學(xué)生素養(yǎng)。本文采用學(xué)生易得的玩具和手機(jī)設(shè)計(jì)4個(gè)具體創(chuàng)新案例進(jìn)行闡述。

一、創(chuàng)新案例

（一）用手機(jī)傳感器突破理想變壓器教學(xué)

如圖1所示，此題是某地市2023屆高三質(zhì)檢真題情境，問(wèn)題情境中探究關(guān)于直鐵芯變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)規(guī)律。滿分4分而全市平均分為0.33分，絕大部分學(xué)生按照理想變壓器情況作答從而錯(cuò)選，未考慮到真實(shí)情境即不閉合情況下直鐵芯磁損嚴(yán)重，副線圈的電壓要比理想情況下小得多。本題的作答情況反映出教師在教學(xué)過(guò)程中忽略真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，而學(xué)生也欠缺在真實(shí)情境下解決實(shí)際問(wèn)題的能力。結(jié)果的巨大差異引起了全市物理教師的激烈討論，促使高三教師紛紛走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室將演示實(shí)驗(yàn)帶回課堂。無(wú)情境不命題，試題的情境已成為質(zhì)檢題和高考題的命題特點(diǎn)，因此，教師必須注意真實(shí)情境下的課堂教學(xué)，而不能直接剝離情境直接進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)教學(xué)。

創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境探究直鐵芯原副線圈電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系。將原副線圈接在直鐵芯上，如圖2（a）所示。原線圈接400匝、副線圈接200匝，原線圈接

6.29 V的輸入電壓，可以看到副線圈電壓示數(shù)為

1.72 V，遠(yuǎn)小于理想的3.15 V。利用手機(jī)Phyphox軟件磁力計(jì)測(cè)量周圍磁場(chǎng)，如圖2（b）所示，可看到周圍磁場(chǎng)為108.17 μT，大于地磁場(chǎng)強(qiáng)度（地磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量值約為40.67 μT）磁損嚴(yán)重，副線圈電壓比理想情況下電壓值小得多，不再符合理想變壓器規(guī)律。學(xué)生對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常驚訝也印象深刻，同時(shí)利用手機(jī)即可測(cè)出磁場(chǎng)情況，為學(xué)生探究物理規(guī)律提供途徑，在真實(shí)情境中培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

（二）利用彈簧讓牛頓第二定律的瞬時(shí)性得以可視化

“物理觀念”是物理概念和規(guī)律在頭腦中的凝練。在課堂教學(xué)中容易呈現(xiàn)具體的物理現(xiàn)象和物理過(guò)程，但教師需要掌握和分析大量的真實(shí)情境，才能讓學(xué)生從情境到知識(shí)再到觀念進(jìn)行轉(zhuǎn)化，才能讓學(xué)生完成知識(shí)概括及抽象出清晰的物理概念，以達(dá)到知識(shí)理解和物理觀念的形成。在牛頓第二定律瞬時(shí)性的教學(xué)過(guò)程中，教師一般先告知學(xué)生結(jié)論即“輕繩的彈力可以突變，輕彈簧的彈力不能突變”，然后根據(jù)結(jié)論分析解答相應(yīng)的題目。此教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生生硬地記住結(jié)論而非透徹地理解，因此，在處理瞬時(shí)性問(wèn)題時(shí)依然不能從“力與運(yùn)動(dòng)”觀念出發(fā)進(jìn)行思考和解答。

采用一種名為“彩虹圈”的玩具彈簧，“彩虹圈”勁度系數(shù)很小，受力時(shí)伸長(zhǎng)量較大，彈簧恢復(fù)的時(shí)間較長(zhǎng)，便于觀察。用一根細(xì)線懸掛鉤碼，并排用彈簧懸掛鉤碼，用長(zhǎng)尾夾夾在鐵架臺(tái)橫桿上，同時(shí)釋放，學(xué)生可親眼觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：釋放瞬間，細(xì)繩懸掛的鉤碼立即開始做自由落體運(yùn)動(dòng)，下落速度較快，而懸掛鉤碼的彈簧依舊保持原有的形變量，鉤碼暫時(shí)保持靜止，且之后鉤碼下落明顯遲于左邊鉤碼。通過(guò)慢鏡頭回放，可清晰觀察到鉤碼在彈簧形變恢復(fù)到撞擊它時(shí)才開始下落。學(xué)生通過(guò)真實(shí)情境的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，透徹地理解并總結(jié)出細(xì)繩和彈簧突變力的規(guī)律。

借助智能手機(jī)Phyphox軟件測(cè)量加速度進(jìn)一步研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。彈簧彈力不能突變并利用智能手機(jī)Phyphox軟件測(cè)量加速度可進(jìn)一步研究牛頓第二定律的瞬時(shí)效應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生物理觀念。具體實(shí)驗(yàn)情境如圖3左圖所示，將手機(jī)放在手機(jī)手機(jī)殼中，利用電子天平測(cè)量手機(jī)及殼的總質(zhì)量為214.4 g，手機(jī)殼上端與彈簧連接，下端通過(guò)細(xì)繩懸掛質(zhì)量為50 g鉤碼（鉤碼重力為4.9 N），靜止時(shí)手機(jī)受力平衡即F彈=mg+m0g。打開手機(jī)Phyphox軟件測(cè)加速度（不含g）功能測(cè)量手機(jī)加速度的變化，迅速抬起鉤碼，繩松弛而拉力消失，由于彈簧彈力不能突變，鉤碼的重力即為手機(jī)及手機(jī)殼的合外力，通過(guò)Phyphox軟件讀取第一個(gè)峰值即為突變后手機(jī)的加速度，如圖3右圖所示，可讀取a=2.27 m/s2，通過(guò)計(jì)算可得合外力F=0.49 N與Ma=0.486近似相等。創(chuàng)建以上真實(shí)情境對(duì)牛頓第二定律的瞬時(shí)性進(jìn)行有效教學(xué)，有助于學(xué)生從“力與運(yùn)動(dòng)”的觀念出發(fā)，對(duì)彈簧類、板塊類問(wèn)題等進(jìn)行分析思考。

（三）構(gòu)建圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例突破圓周運(yùn)動(dòng)受力分析

圓周運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)是教學(xué)重點(diǎn)，學(xué)生從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向曲線運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)存在思維上的困難，需要學(xué)生經(jīng)歷模型抽象的過(guò)程，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，讓學(xué)生從直觀的現(xiàn)象中進(jìn)行思考和分析。

在向心力概念的學(xué)習(xí)時(shí)，利用電動(dòng)玩具小豬（通過(guò)電機(jī)可勻速行走的玩具），如圖4（a）所示。接通電源讓玩具小豬做勻速直線行走，提出問(wèn)題：如何讓小豬做圓周運(yùn)動(dòng)？學(xué)生演示并通過(guò)投屏直播學(xué)生做法：細(xì)繩一端系在小豬身上，另一端固定牽引著小豬即做圓周運(yùn)動(dòng)。學(xué)生對(duì)小豬受力分析，繩的拉力即小豬所受合外力。拉力始終指向圓心進(jìn)而得出做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體需要指向圓心的力的作用，這個(gè)力稱為向心力。

繼續(xù)討論向心力問(wèn)題，提問(wèn)如何讓倒扣在玻璃杯中的乒乓球闖過(guò)書本構(gòu)成的障礙物，如圖4（b）所示。學(xué)生在小豬圓周運(yùn)動(dòng)的啟發(fā)下，可得只要使乒乓球旋轉(zhuǎn)起來(lái)做圓周運(yùn)動(dòng)即可穿越障礙物，并找出乒乓球做圓周運(yùn)動(dòng)的來(lái)源，通過(guò)所學(xué)知識(shí)得出乒乓球所受重力和支持力的合力提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，得到向心力與物體質(zhì)量、半徑和角速度關(guān)系之后，將玻璃杯換成細(xì)口玻璃，學(xué)生思考如何使乒乓球在杯中不落地，之前的方法已不奏效，小球不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)并會(huì)下落。這時(shí)需要學(xué)生先進(jìn)行理論分析，即重力大于摩擦力乒乓球才會(huì)在豎直方向下落，可以改變支持力來(lái)增大摩擦力，支持力提供做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力，增大半徑、轉(zhuǎn)速可以增加所需向心力。這樣學(xué)生置于真實(shí)情境中學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生情境與知識(shí)的關(guān)聯(lián)水平，提升了學(xué)生解決真實(shí)問(wèn)題的能力。

（四）借助玩具小車、水槍巧破曲線運(yùn)動(dòng)教學(xué)

運(yùn)動(dòng)的合成與分解是曲線運(yùn)動(dòng)的第一節(jié)內(nèi)容，討論了曲線運(yùn)動(dòng)的成因及復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的處理辦法，對(duì)之后學(xué)習(xí)平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等曲線運(yùn)動(dòng)奠定了重要的知識(shí)基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)也起到了重要作用。教材利用“鋼珠在磁體吸引下的運(yùn)動(dòng)”討論了曲線運(yùn)動(dòng)的成因，但鋼珠軌跡不能直觀顯現(xiàn)，對(duì)學(xué)生抽象能力要求較高；利用“竹筏過(guò)河”討論分運(yùn)動(dòng)和合運(yùn)動(dòng)，缺乏真實(shí)體驗(yàn)，理解困難較大。

利用玩具水槍噴水突破曲線運(yùn)動(dòng)的成因教學(xué)，方便學(xué)生觀察事先將水調(diào)制成紅色或藍(lán)色，邀請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)演示玩具水槍噴水，調(diào)整玩具水槍噴射方向，分別朝著豎直向上方向、斜向上方向、水平方向、斜向下方向、豎直向下方向噴出，觀察噴出水的軌跡。教師將四種不同噴射方向的軌跡畫在黑板上并對(duì)其受力分析，學(xué)生通過(guò)力與初速的關(guān)系即可總結(jié)得出物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件，知識(shí)在情境探究中悄然構(gòu)建。

進(jìn)一步討論運(yùn)動(dòng)的合成與分解。磁吸式玩具小車如圖5（a）所示，小車能吸附在黑板上，輕推小車，由于慣性作用小車在初始階段可近似看成豎直方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)。教室黑板為2塊推拉式或4塊推拉式，黑板在人為控制移動(dòng)，借助以上器材可以直觀研究運(yùn)動(dòng)的合成與分解。請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)協(xié)助演示，玩具小車吸附在可移動(dòng)的黑板上并在豎直方向上勻速直線運(yùn)動(dòng)。黑板在學(xué)生拉力作用下向左勻速移動(dòng)，因此對(duì)小車同時(shí)具有豎直方向和水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)，教師用粉筆描出多個(gè)時(shí)刻小車的位置，將這些點(diǎn)連接在一起就構(gòu)成了小車運(yùn)動(dòng)的實(shí)際軌跡，如圖5（b）所示。改變小車運(yùn)動(dòng)方向例如斜向下、黑板勻速運(yùn)動(dòng)變成加速運(yùn)動(dòng)等，繼續(xù)討論運(yùn)動(dòng)的合成與分解。學(xué)生在這樣的情境下學(xué)習(xí)，不需要教師過(guò)多講解物理規(guī)律，學(xué)生就能體會(huì)到運(yùn)動(dòng)的合成與分解是處理復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的基本方法。

二、結(jié)束語(yǔ)

利用身邊的玩具和器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，便于將學(xué)生置于情境進(jìn)行學(xué)習(xí)，有效突破教學(xué)重、難點(diǎn)，令學(xué)生體會(huì)教師的用心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激活學(xué)生求知欲?！敖虒W(xué)評(píng)”一體化是需要教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境下的教學(xué)。在真實(shí)情境中培育學(xué)生物理觀念、培養(yǎng)科學(xué)探究能力、發(fā)展科學(xué)思維、激發(fā)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，增強(qiáng)學(xué)生情境與知識(shí)的關(guān)聯(lián)水平，提升學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題的能力，更深刻理解科學(xué)本質(zhì)地。

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