關于物理核心素養第1頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日何為核心素養？“素養”最初涵義是指基本的修養，包括由訓練和實踐而獲得的技巧或能力，具體指個體平時修養而成的知識、能力、品德、觀念、方法等。國際經濟合作與發展組織（OECD）廣邀學者自1997年至2005年進行了為期近九年的“素養的界定與選擇”專題研究。研究指出，素養是對知識、能力、態度的統整，是個體在與情境的長期互動中逐漸生成的。凸顯了情感、態度、價值觀的重要性，強調了人的反省思考及行動與學習。第2頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日高中物理核心素養物理觀念：物質觀、運動觀、能量觀、相互作用觀及應用科學思維：模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新科學探究：問題、證據、解釋、交流科學態度與責任：科學本質、科學態度、科學倫理、STSE第3頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日1、物理觀念教學片斷1：

師：關于場，已經學過了重力場、電場、磁場，現在我們一起討論帶電粒子在只有一個場中的運動情況。

如圖1所示A

、B、C都做什么運動（用帶有箭頭的力線分別表示重力場、電場、磁場）A重力場

B電場

C磁場第4頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日學生1：當帶電小球初速度為0時，重力場做自由落體運動、電場中做初速度為0勻加速直線運動、在磁場中處于靜止狀態。

師：很好！若有初速度而且速度方向與場方向同向或反向又做什么運動？

學生2：在重力場中做豎直上拋或豎直下拋、電場中做勻加速或勻減速運動、在磁場中……

讓我想一想，根據對稱性應該和電場一樣……學生3：（補充）不對，應該做勻速直線運動，因為速度方向與磁場方向平行受力為0。

師：很好！我們不能隨便遷移，做什么運動還是從受力入手，這是正常物理思維。那么如果有初速度而且方向與場方向豎直，他們又做什么運動？

學生4：（很快回答）在重力場做平拋運動，在電場做類平拋運動，在磁場中也應該做平拋運動如圖2（學生定勢思維再一次曝露出來）。第5頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日師：（用目光掃視教室一周）平拋運動的條件是什么？

學生5：有初速度且垂直于恒定的合外力。

師：對的，那我們不妨來考察一下磁場中運動軌跡（如圖根據左手定則洛倫茲力垂直紙面向里，轉化成俯視圖，請一位學生來畫軌跡圖，如圖所示畫好后），當運動到位置2畫受力圖。學生6：（畫好后頓悟）不是做類平拋，應該做勻速圓周運動。

第6頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日師：反問：做勻速圓周運動嗎？請一個同學回顧勻速圓周運動的條件是什么？

學生7：速度大小不變，且方向垂直于大小不變，方向始終指向圓心的合外力。

師：考察一下滿足條件嗎？

學生8：可能是勻速圓周運動，因為洛倫茲力方向始終垂直于速度，所以洛倫茲力始終不做功，速度大小不變，根據洛倫茲力的公式可知洛倫茲力也不變。但方向會不會始終指向圓心？

師：那怎么辦？

學生9：實驗，實驗……（也許他們已經看到我帶著實驗儀器進入教室，有點按耐不住了，而且非常希望揭開“謎底”）第7頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日

學生最容易混淆的“類平拋和勻速圓周運動”物理概念，是屬于物質運動和相互作用、能量基本認識。通過實驗證明：只有洛倫茲力下做勻速圓周運動。經過學生交流討論使物理觀念更清晰化，讓學生明白滿足什么條件做什么樣的運動。而如果教師對這部分教材處理只給結論，不關注物理觀念建立和形成過程，學生就會產生“洛倫茲力就做圓周運動，初速度與力垂直就做類平拋”的錯誤觀念。建構主義認為“教師要由知識的傳授者、灌輸者轉變為學生主動建構意義的幫助者、促進者；學生要從外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉變為信息加工的主體、知識意義的主動建構者”。第8頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日2、科學探究與科學思維教學片斷2：

師：通過實驗證明軌跡是圓形，可以說明：只有在磁場中速度方向與磁場方向垂直時帶電粒子做勻速圓周運動。那么勻速圓周運動我們最關注是什么？

學生1：圓的半徑和運動的時間（即周期）。師：很好，先猜想一下圓的半徑跟什么有關？學生2：可能與質量有關，因為質量越大慣性也越大，運動方向不容易改變所以半徑越大。

學生3：可能與粒子速度有關，因為速度越大，運動方向不容易改變所以半徑越大（和車轉彎的道理一樣）。學生4：可能與磁場強度有關，因為磁感應強度越大，洛倫茲力也越大，運動方向很容易被改變，所以半徑越小

學生5：可能與帶電粒子電量有關，因為電量越大，洛倫茲力也越大，運動方向很容易被改變，所以半徑越小。

師：同學講非常好，我們通過實驗一一驗證，半徑可能和四個量有關，用控制變量法，但由于電子槍只能發射電子，所以電量和質量都沒辦法改變，實驗只能控制速度和磁感應強度。第9頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日實驗3：保持速度（加速電壓為120V），改變磁感應強度（改變螺旋管電流），觀察到現象：磁感應強度（電流越大）半徑越小，相反半徑越大；如圖.怎么測量半徑呢？

學生6：用手機在同一位置依次拍下不同電壓或不同磁感應強度時的圖片，測量半徑時從軌跡寬度中點測量開始。

老師：很好，請兩位同學進行操作。第10頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日實驗4：保持磁感應強度不變（改變螺旋管電流1.0A不變），改變速度大?。ǜ淖兗铀匐妷海^察到現象：速度越大半徑越大，相反半徑越小；如圖。第11頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日螺旋管內部磁場近似勻強磁場、發射粒子速度近似相等，測量半徑時從軌跡寬度中點測量開始（化帶狀為線狀），這反映理想化思維，是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程；通過學生對勻速圓周運動的半徑決定因素條件交流討論，培養學生科學推理思維，即演繹推理、歸納推理、類比推理。

通過對圓周運動的半徑決定因素條件討論交流，提出猜測和假設，用控制變量法方法獲取數據，列表和作圖方法處理數據，最后形成結論。特別是學生對誤差分析和實驗不足的分析交流討論，可養成對實驗過程和結果進行交流、評估、反思的能力，既體現教學開放性理念，又體現科學探究的核心素養。第12頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日3、科學態度與社會責任片斷3：老師：自從湯姆生發現電子，微觀從此被打門，人們要用能量很高的帶電粒子去轟擊原子核，來觀察它們的變化情況，怎樣才能在實驗室里產生高能量的帶電粒子呢?怎樣才能獲得更大能量？學生1：由一個電容器加速獲得高能量的帶電粒子如圖7甲，要獲得更大能量用多個電容器連續加速圖7乙。老師：實驗表明：直線加速器能量只能被加速到4×104eV的能量，能量是有限的，而且需要很大空間，怎么解決？學生2：可以將圖7乙首尾連起來做成圓形，在外加一個垂直紙面的勻強磁場，讓帶電粒子處于加速和偏轉交替進行的狀態，原理如圖7丙所示，從而減小了加速器的占有空間長度，節約空間，能量得到有效提高。學生3：加速電場不用那么多，一個就夠如圖7丁所示，粒子每轉一周就得到一次加速。第13頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日學生4：同學3設計方式很簡潔，節約材料，但問題是：每轉一圈電場方向改變一次，如何解決？能否人為控制？況且隨著速度增加半徑也在增大，加速電場工藝怎么做？

老師：說的很好，這個問題美國物理學家勞倫斯制作回旋加速器如圖戊，因為周期與速度無關，通過同步方式解決改變電場方向。由于勞倫斯制作回旋加速器貢獻獲得諾貝爾獎。但是隨加速能量運動粒子速度接近光速時，同步被打破，怎么辦呢？這時人類開始思考直線型優越性。第14頁，共16頁，星期日，2025年，2月5日不管從直線加速器演變到回旋加速器最后又重新思考直線加速器價值，還是從簡單到復雜再到簡單加速器演變過程，無不體現人類探索自然經歷艱辛、曲折的漫長過程，這需要勇于探索自然內在動力和熱情，更體現人類敢于質疑、和善于反思的創新精神。學生只有參與感受、理解知識產生和發展的過程，才能更好地形成科學態度與責任。教師在物理課堂教學過程中應該多創