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【摘要】在高中物理教学中，培养学科核心素养是关键。本文以“探究弹性势能的表达式”的教学设计为例， 谈谈如何优化教学设计，促进学生物理核心素养的养成。
【关键词】 高中物理；核心素养；教学设计
学生是学习的主体，教学设计要突出学生的主体地位，落实因材施教的教学原则，注重学情分析。通过前期的学习，学生已具备初步科学探究的能力，并初步体验“重力势能从重力做功入手”“功是能量转化的量度”，这些都为弹性势能的探究提供知识储备。因此，我们在讲授新知识时，要尽可能创设情境把学生的背景知识建立起某种联系，帮助学生更快地理解新知识，培养学生应对现实情境有效解决问题的物理素养。本文以《探究弹性势能的表达式》为例，谈谈如何优化教学设计，促进高中物理核心素养的养成。
一、创设情景， 在探究过程中培养学生的物理观念
物理概念的教学需要以感知、表象为基础，经历分析、综合、再到抽象、概括，形成物理模型，并应用于实际问题的解决。因此，在教学中要遵循学生的认知特征，注重让学生经历概念的建立全过程，这是形成物理观念的基础。
1.创设情境，激发思考
问题1：大家见过用橡皮筋发射“纸弹”的吗？问题2：从能量转化的角度，分析一下纸弹的运动过程。教师演示：玩具小松鼠，给它上弦，竟然能翻跟斗，秘密在哪里？当堂拆开，发现它的核心部件是一个可以拧紧的发条，还有一根小弹簧。总结：请从能量转化的角度分析一下，小松鼠的运动过程？
2.引发猜想，培养物理观念
教师展示几根不同的弹簧实物，引导学生进行大胆猜想：弹簧弹性势能的大小可能与哪些因素有关？学生猜想：长度；伸长量；压缩量；弹力；劲度系数；形变量；质量；材料；匝数；半径；钢丝粗细；匝密度等物理量。教师引导学生讨论交流，最后形成一致意见：弹簧的弹性势能与劲度系数k和形变量（伸长量或压缩量）x有关。由此可见，本节弹性势能概念以游戏引入，创设熟悉生活情景，引扣紧主题从功能关系一步步提出问题，激发学生的探索心理。
二、实验探究，培养学生的科学态度和探究精神
“实验探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。通过探究性实验的实验观察和实验手段，使学生认识获取知识的方法和过程，从而更有效地掌握进一步学习现代生产技能和现代技术所必需的基础物理知识，培养学生的科学态度和探究精神。
1.教学片段设计
问题提出：如何探究弹簧的弹性势能与劲度系数k及形变量（伸长量或压缩量）x的关系？生：控制变量法。师：实验中弹簧的劲度系数k和形变量x比较容易测量，实验设计的中心是测量弹性势能EP，如何设计实验测量EP？问题一提出，引起了许多同学的兴趣，同学们纷纷发表意见。首先，在课堂上老师对这个实验的思想做初步分析，能量的变化可以用功来量化，研究弹性势能应从弹力做功入手分析，由于弹力是变力，不便直接求功，转换角度，用间接的方式把弹性势能反映出来。
2.探究过程
活动准备：以小组为单位，设计实验方案，写出实验原理，设计表格记录数据，课堂展示与交流 。如弹射法方案。
第一，实验设计。设O为弹簧原长处，先将小球置于弹簧上端，不固连。下压小球，使弹簧压缩到A 点（小球上端），释放弹簧，小球上升的最高点记为B，记OA为x，记AB为h，则有mgh=EP 。
第二，数据记录。设计表格如下。
学生在探究中虽遇到了困难，但通过讨论探究，找到了解决的办法。并作出改进，这些都有利于培养学生质疑求真勇于探索的科学精神，发展学生的批判性思维。
三、理论探究，发展学生的科学思维
理论探究也是科学探究的重要形式，在物理研究中有着举足轻重的地位，任何一个物理原理的确定，都是实验探究和理论探究相互印证的结果。教学片段设计如下。
第一，利用类比法从理论上研究弹性势能，培养学生的知识迁移能力。
问题：怎样研究弹性势能？教师：重力做功，重力势能发生变化，重力做功在数值上等于重力势能的变化量。WG=EP1-EP2，那么，弹力做功与弹性势能的变化之间关系是怎样的？学生：弹力做功的数值等于弹性势能的变化量。W弹= EP1-EP2。教师：重力势能的零参考面选取是任意的，通常以地面为零参考面。同理弹簧弹性势能的零参考面选取也是任意的，通常以弹簧的原长为零参考面，即EP1=0，则W弹=-EP2。教师：在把弹簧缓慢拉开的过程中，弹簧弹力做负功，弹性势能增加，拉力始终等于弹力，所以克服弹力做的功等于拉力做的功。W拉=-W弹=EP2。总结：弹性势能→克服弹力做功→拉力做功。
第二，解决问题：怎样计算拉力做的功？
教师：拉力是变力，拉力做功该怎样计算？教师：类比匀变速直线运动中研究位移时，利用微元法，用v—t图象下梯形的面积来代表位移。学生：我们可以把变力做功问题转化为恒力做功问题，具体的做法是这样的：我们把拉伸的过程分为很多小段，拉伸的长度是x1 ，x2 ，x3 ……在各个小段上，拉力可以近似是不变的，它们分别是Fl，F2，F3……所以在各个小段上，拉力做的功分别是F1x1，F2x2 ，F3x3 ，……拉力在整个过程中做的功可以用它在各个小段做功之和来代表，F1x1 F2x2 F3x3……最后得出结论：EP=1/2kx2。由此可见，通过类比法，引导学生通过探究重力势能的方法类比得到探究弹性势能，培养学生运用旧知识处理新问题的能力，形成知识迁移。本环节又运用数学函数图像解决物理问题，训练了学生数形合一的思维方式，促进学生科学思维的养成。
物理学科是与现实生活联系最紧密的学科之一。教师在知识夯实的前提下找准实际问题，找到“核心素养”的培养点很重要。教师在课堂上要以学生为主体，让学生体验学习的过程和乐趣，放飞思绪，真正产生创新的问题。课堂通过师生交流，生生交流，擦出了思维的火花，促进学生科学探究能力的发展，同时通过小组合作锻炼了团队合作精神，通过展示锻炼了学生的胆量和语言能力，促进学生的成长和全面发展。以“核心素养”培养为目标的教学设计使课堂教学和培养理念发生了很大的变化，如何促进物理学科“核心素养”的养成，使“核心素养”的培养真正落到实处，是值得一线老师深入探讨的问题，实践仍在继续。
参考文献：
[1]王运淼.通过科学探究建立“电动势”概念的教学案例研究[J].中学物理教学参考，2018（442）.
[2]彭前程.谈对“学生发展核心素养及物理学科核心素养”的理解[J].中学物理教学參考，2017（19）.
【关键词】 高中物理；核心素养；教学设计
学生是学习的主体，教学设计要突出学生的主体地位，落实因材施教的教学原则，注重学情分析。通过前期的学习，学生已具备初步科学探究的能力，并初步体验“重力势能从重力做功入手”“功是能量转化的量度”，这些都为弹性势能的探究提供知识储备。因此，我们在讲授新知识时，要尽可能创设情境把学生的背景知识建立起某种联系，帮助学生更快地理解新知识，培养学生应对现实情境有效解决问题的物理素养。本文以《探究弹性势能的表达式》为例，谈谈如何优化教学设计，促进高中物理核心素养的养成。
一、创设情景， 在探究过程中培养学生的物理观念
物理概念的教学需要以感知、表象为基础，经历分析、综合、再到抽象、概括，形成物理模型，并应用于实际问题的解决。因此，在教学中要遵循学生的认知特征，注重让学生经历概念的建立全过程，这是形成物理观念的基础。
1.创设情境，激发思考
问题1：大家见过用橡皮筋发射“纸弹”的吗？问题2：从能量转化的角度，分析一下纸弹的运动过程。教师演示：玩具小松鼠，给它上弦，竟然能翻跟斗，秘密在哪里？当堂拆开，发现它的核心部件是一个可以拧紧的发条，还有一根小弹簧。总结：请从能量转化的角度分析一下，小松鼠的运动过程？
2.引发猜想，培养物理观念
教师展示几根不同的弹簧实物，引导学生进行大胆猜想：弹簧弹性势能的大小可能与哪些因素有关？学生猜想：长度；伸长量；压缩量；弹力；劲度系数；形变量；质量；材料；匝数；半径；钢丝粗细；匝密度等物理量。教师引导学生讨论交流，最后形成一致意见：弹簧的弹性势能与劲度系数k和形变量（伸长量或压缩量）x有关。由此可见，本节弹性势能概念以游戏引入，创设熟悉生活情景，引扣紧主题从功能关系一步步提出问题，激发学生的探索心理。
二、实验探究，培养学生的科学态度和探究精神
“实验探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。通过探究性实验的实验观察和实验手段，使学生认识获取知识的方法和过程，从而更有效地掌握进一步学习现代生产技能和现代技术所必需的基础物理知识，培养学生的科学态度和探究精神。
1.教学片段设计
问题提出：如何探究弹簧的弹性势能与劲度系数k及形变量（伸长量或压缩量）x的关系？生：控制变量法。师：实验中弹簧的劲度系数k和形变量x比较容易测量，实验设计的中心是测量弹性势能EP，如何设计实验测量EP？问题一提出，引起了许多同学的兴趣，同学们纷纷发表意见。首先，在课堂上老师对这个实验的思想做初步分析，能量的变化可以用功来量化，研究弹性势能应从弹力做功入手分析，由于弹力是变力，不便直接求功，转换角度，用间接的方式把弹性势能反映出来。
2.探究过程
活动准备：以小组为单位，设计实验方案，写出实验原理，设计表格记录数据，课堂展示与交流 。如弹射法方案。
第一，实验设计。设O为弹簧原长处，先将小球置于弹簧上端，不固连。下压小球，使弹簧压缩到A 点（小球上端），释放弹簧，小球上升的最高点记为B，记OA为x，记AB为h，则有mgh=EP 。
第二，数据记录。设计表格如下。
学生在探究中虽遇到了困难，但通过讨论探究，找到了解决的办法。并作出改进，这些都有利于培养学生质疑求真勇于探索的科学精神，发展学生的批判性思维。
三、理论探究，发展学生的科学思维
理论探究也是科学探究的重要形式，在物理研究中有着举足轻重的地位，任何一个物理原理的确定，都是实验探究和理论探究相互印证的结果。教学片段设计如下。
第一，利用类比法从理论上研究弹性势能，培养学生的知识迁移能力。
问题：怎样研究弹性势能？教师：重力做功，重力势能发生变化，重力做功在数值上等于重力势能的变化量。WG=EP1-EP2，那么，弹力做功与弹性势能的变化之间关系是怎样的？学生：弹力做功的数值等于弹性势能的变化量。W弹= EP1-EP2。教师：重力势能的零参考面选取是任意的，通常以地面为零参考面。同理弹簧弹性势能的零参考面选取也是任意的，通常以弹簧的原长为零参考面，即EP1=0，则W弹=-EP2。教师：在把弹簧缓慢拉开的过程中，弹簧弹力做负功，弹性势能增加，拉力始终等于弹力，所以克服弹力做的功等于拉力做的功。W拉=-W弹=EP2。总结：弹性势能→克服弹力做功→拉力做功。
第二，解决问题：怎样计算拉力做的功？
教师：拉力是变力，拉力做功该怎样计算？教师：类比匀变速直线运动中研究位移时，利用微元法，用v—t图象下梯形的面积来代表位移。学生：我们可以把变力做功问题转化为恒力做功问题，具体的做法是这样的：我们把拉伸的过程分为很多小段，拉伸的长度是x1 ，x2 ，x3 ……在各个小段上，拉力可以近似是不变的，它们分别是Fl，F2，F3……所以在各个小段上，拉力做的功分别是F1x1，F2x2 ，F3x3 ，……拉力在整个过程中做的功可以用它在各个小段做功之和来代表，F1x1 F2x2 F3x3……最后得出结论：EP=1/2kx2。由此可见，通过类比法，引导学生通过探究重力势能的方法类比得到探究弹性势能，培养学生运用旧知识处理新问题的能力，形成知识迁移。本环节又运用数学函数图像解决物理问题，训练了学生数形合一的思维方式，促进学生科学思维的养成。
物理学科是与现实生活联系最紧密的学科之一。教师在知识夯实的前提下找准实际问题，找到“核心素养”的培养点很重要。教师在课堂上要以学生为主体，让学生体验学习的过程和乐趣，放飞思绪，真正产生创新的问题。课堂通过师生交流，生生交流，擦出了思维的火花，促进学生科学探究能力的发展，同时通过小组合作锻炼了团队合作精神，通过展示锻炼了学生的胆量和语言能力，促进学生的成长和全面发展。以“核心素养”培养为目标的教学设计使课堂教学和培养理念发生了很大的变化，如何促进物理学科“核心素养”的养成，使“核心素养”的培养真正落到实处，是值得一线老师深入探讨的问题，实践仍在继续。
参考文献：
[1]王运淼.通过科学探究建立“电动势”概念的教学案例研究[J].中学物理教学参考，2018（442）.
[2]彭前程.谈对“学生发展核心素养及物理学科核心素养”的理解[J].中学物理教学參考，2017（19）.