渗透优秀传统文化的高中物理教学设计*——以粤教版《物理·必修1》“重力”的教学为例

李学智

(海丰县彭湃中学 广东 汕尾 516400)

从2014年《完善中华优秀传统文化教育指导纲要》的出台到2017年《关于实施中华优秀传统文化传承发展工程的意见》的印发，足见传统文化的重要.无论是新版《普通高中物理课程标准》还是《中国高考评价体系》都对传统文化提出了具体的要求.但在实际教学中，受制于课时等因素的限制，物理教师对传统文化的渗透不够重视.笔者以2020年粤教版必修1第三章第1节“重力”的教学为例，阐述传统文化在物理教学中的渗透.

1 课前分析 准备

1.1 教材分析

本节课是2020年粤教版《物理·必修1》第三章第1节的内容，与之前的粤教版教材相比较，新版教材引入重力并将其置于第1节，有利于初高中知识的衔接，以降低学生学习的难度.

1.2 学情分析

通过初中的学习学生已经知道什么是力，力的三要素，力的作用效果以及重力的概念等内容，并且能用力的示意图表示力.但学生理性思维没有达到一定的层次，对重心等内容的理解不够准确.因此，本节课应该在引导学生复习初中所学内容的基础上，将学生对重心的理解作为重点开展教学[1].

1.3 核心素养目标的确定

(1)物理观念：知道重力产生的原因、大小、方向，知道重心的概念，能用力的图示和力的示意图表示力.

(2)科学思维：体会等效替代的思想，体会引入重心的意义，提高科学推理能力.

(3)科学探究：通过悬挂法确定薄板重心，并理解其物理原理，提高科学探究能力.

(4)科学态度与责任：了解重力在生产生活中的应用，体会物理学与生产生活的紧密联系；通过对欹器的原理分析，体会我国古代劳动人民的聪明智慧；通过孔子与欹器的小故事，领悟“谦受益，满招损”的道理.

1.4 教学重难点的确定

重心的理解及应用.

1.5 教学用具的准备

制作教学课件，下载相关视频，制作欹器如图1所示，悬挂法确定薄板重心的实验器材，准备平衡玩具.

图1 自制欹器

2 教学过程

2.1 观看视频 引入新课

播放视频《中华瑰宝——欹器》(视频来源：土豆网https://video.tudou.com/v/XNDIzODgyNTgwMA==.html?spm=a2h0k.8191414.0.0& from=s1.8-1-1.2)，截取视频中欹器形态变化的几个特殊位置(如图2)，向学生提问：欹器为什么会有“虚则欹、中则正、满则覆”的形态变化？从而引出本节课的课题.

图2 欹器形态变化

设计意图：通过观看视频激发学生的好奇心和求知欲，为本节课的教学做好铺垫.

2.2 课内翻转 自主学习

通过PPT展示问题：(1)回忆初中所学内容，思考：什么是力？力能产生什么作用效果？力的三要素是什么？如何表示力？(2)阅读课本62～64页内容，思考：重力是怎样产生的？如何计算重力的大小？重力的方向指向何方？什么是重心？重力在生活中有哪些应用？通过这些问题引导学生自主学习.

设计意图：本节课涉及内容比较简单，且基本上都是学生在初中学习过的，通过设置问题让学生自主学习，既能提高教学效率，也能体现学生学习的主体地位.

2.3 教师讲解 突出重点

在学生自主学习的基础上教师对相关内容进行讲解：

(1)重力的施力物体是地球，但一般重力并不等于地球对物体的引力；重力是一种非接触力(场力)，只要处在重力场中的物体，不管有没有与地球接触都会受到重力作用.

(2)g在初中时由重力和质量的比值得到，其单位是N/kg，进入高中后通过自由落体运动的学习我们知道g是重力加速度，其单位是m/s2，1 N/kg=1 m/s2，两个单位本质上是相同的.

(3)物体各部分都会受到重力，但在解决具体物理问题时为了使问题简化，我们认为重力集中作用于一点，即重心位置(以教室中常见的一盒粉笔为例)，这是一种等效替代的思维方法.

(4)力的图示和力的示意图都可以表示力，但与示意图相比，力的图示可以更加准确地表示力的大小，用力的图示表示力时一定要选取标度.

设计意图：通过教师讲解，使学生在初中学习的基础上对重力等内容的理解更加准确.同时在引入重心的过程中让学生体会等效替代的思维方法，为后续力的合成与分解等内容的教学奠定思维基础.

2.4 实验探究 培养意识

对于质量分布均匀且有规则几何形状的物体，重心在物体的几何中心，那么如果物体形状不规则或质量分布不均匀，又该如何确定其重心的位置呢？介绍悬挂法确定薄板重心位置的实验方法，并请学生上讲台具体操作(如图3).在学生实验的过程中引导学生理解实验原理.

图3 学生演示实验

师：悬挂的地图受到哪些力？

生：重力和绳的拉力.

师：初中时学习的二力平衡的内容是什么？

生：两个力大小相等，方向相反，作用线在同一条直线上.

师：这两个力就构成了二力平衡的关系，即一对平衡力.要使两个力的作用线在同一条直线上，重力的方向一定沿重垂线方向，即重心位于重垂线上(标记出重垂线的方向).换一个位置悬挂地图，同样的方法又可以得到一条重垂线的方向，两条线的交点即为地图重心位置.

设计意图：(1)通过二力平衡的思想理解悬挂法确定薄板重心位置的方法，培养学生科学探究的意识，既是对初中所学二力平衡知识的复习，也为后续共点力平衡的学习奠定基础.(2)在教学中发现，学生都知道物理是以实验为基础的学科，但学生对实验又存在一些误解，认为只有去实验室才能做实验，而该实验所用物品：纸板，细线，螺丝钉等，都是生活中常见之物，通过该教学环节的设计，引导学生认识到物理实验可以生活化，从而促进实验探究常态化的进行，最终提高学生的科学探究能力[2].

2.5 实物展示 知识应用

展示平衡玩具，引导学生分析其原理(如图4).

图4 教师引导

师：平衡玩具受到哪些力？

生：重力和支持力.

师：这两个力是什么关系？

生：一对平衡力.

师：支持力的作用点在玩具的嘴尖，两个力的作用线要在同一条直线上，重力的作用点也应在玩具的嘴尖(如图5)，这就是平衡玩具的奥秘，它通过特殊的构造，使得其重心位于嘴尖，以达到平衡的目的.

图5 平衡玩具原理分析

设计意图：运用所学物理知识解释生活现象，引导学生由解题向解决物理问题转变，提高学生科学推理能力.平衡玩具的展示能够调动课堂氛围，激发学生学习的兴趣.

2.6 自制教具 解答问题

利用自制欹器，演示欹器装水过程中形态变化(如图6).利用PPT展示实验过程中截取的图片(如图7)，引导学生分析其的物理原理.

图6 教师演示实验

图7 欹器原理分析

师：在装入水的过程中，饮料瓶形态为什么会发生变化？

生：重心位置变了.

师：重心位置具体发生了怎样的变化？

生：(各抒己见)

师：饮料瓶虽然没有规则的几何形状，但其具有轴对称性，其重心位于中轴线上某一位置.没有装水时，重心在中轴线上，转轴下，为了使重力作用线穿过转轴以达到平衡，瓶身发生倾斜；装入适量水瓶身“直立”，重心位置沿中轴线下降，系统处于稳定平衡；随着水量的增多，重心位置逐渐上升，当重心位于转轴上方时，系统处于不稳定平衡，在装入水的过程中，系统受到扰动发生倾斜，在重力力矩的作用下，倾斜程度越来越大，最终形成了“满则覆”的奇妙现象[3].

设计意图：对新课导入时所提问题运用所学物理知识进行解释，引导学生体会我国古代劳动人民的聪明智慧.

2.7 观看视频 渗透德育

播放视频《欹器的启示》(视频来源：土豆网https://video.tudou.com/v/XMTI3Njg1MTU5Mg==.

html?spm=a2h0k.8191414.0.0&from=s1.8-1-1.2).欹器又称“宥坐之器”，是最早的座右铭，孔子虽然不知道欹器所蕴含的物理原理，但他却从中得到了“谦受益，满招损”的道理，引导学生形成谦虚谨慎，戒骄戒躁，永不自满的学习态度.

设计意图：对学生进行德育教育，运用传统文化提高人格修养和道德境界.

3 教学流程

教学流程如图8所示.

图8 教学流程图

4 教学反思

传统文化中蕴含的物理知识很多，但在教学中对传统文化的渗透应像春雨润物般无声无息，这就需要教师充分的准备，选取最适合教学需求的传统文化素材为教学服务.本节课的教学虽以欹器贯穿始终，但又由表及里层层深入：新课导入时通过欹器的奇妙现象点燃学生的求知欲，而后又通过自制教具演示欹器形态变化过程，引导学生运用所学知识解释其物理原理，再次激发学生的学习兴趣，最后通过观看视频，了解孔子与欹器的故事，感悟“谦受益，满招损”的道理.整节课的教学，既使学生感悟了传统文化的魅力，又领略到了知识的力量.