摘 要：物理学科核心素养由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成.本文以测量匀变速运动物体速度与加速度的实验教学为例，探索如何在物理课堂教学中体现物理学科核心素养.
　　关键词：物理学科素养;光电门;测速;实验设计

1 课堂引入

　　以超速行驶危害的安全宣传片引入，为同学们普及树立正确的法治观念的重要性，遵守交通规则，保障生命安全，为了让超速行驶的驾驶员接受相应的处罚，测量汽车行驶的瞬时速度是必要的.

2 实验原理

　　做直线运动的物体在Δt时间间隔内通过的位移为Δx，则物体在Δt间隔内的平均速度v=Δx / Δt：当Δt趋近于零时，平均速度就趋近于该时刻（或该位置）的瞬时速度.这是物理中重要的科学思想——极限思想在高中阶段的第一次应用.
　　一般情况下，选取物体在某一段很短的时间间隔内通过的一段很短的位移，计算得平均速度可近似代替物体瞬时速度.若所选取的时间间隔或者位移越短，求得的平均速度就越接近这段位移中间时刻的瞬时速度.

3 演示实验

　　3.1 演示实验器材
　　朗威数字传感器、光电门、玩具手枪、自制子弹.实验装置如图1～图3所示.
　　塑料子弹前端安装上一根细钉，并用塑料软管加以固定，特制的细钉子弹经过光电门的宽度很短，细钉直径约0.002m.
　　3.2 演示实验内容
　　使用光电门与传感器测量子弹的发射速度.将光电门放置在枪口前，发射子弹时，子弹的细钉通过光电门的时间被记录下来，经过传感器计算，在屏幕上实时显示子弹经过光电门时的速度，使同学们直观体验物体运动的瞬时速度大小.直观演示光电门测速，让学生通过观察体会，比纯理论讲解更容易让学生理解与掌握.多次发射子弹，我们得到了子弹的发射速度范围.

4 学生探究

　　探究问题1：如图4所示，如何利用一个光电门、气垫导轨、数字计时器测量滑块的瞬时速度.

　　同学们通过热烈的讨论，得到了各种实验方案.在学生讨论后，允许学生利用实验器材设计实验尝试解决问题.有了利用细钉测子弹速度的示范，很快有学生想到在滑块上固定细钉或铁条，令其通过光电门，求得滑块通过光电门时的瞬时速度.在实验过程中，学生发现滑块在水平气垫导轨上的运动几乎是不减速的，意识到滑块与气垫导轨间的气流太大，减小了摩擦.
　　最初的实验方案往往不够严谨，实验操作过程有各种困难，但学生在讨论与尝试中逐步完善并最终解决了问题，最初的体验使学生明白了如何思考讨论、合作解决问题，实验氛围如图5所示.

　　探究问题2：如何利用两个光电门、气垫导轨、数字计时器测量滑块运动的加速度.
　　同学们很快有了设计：在气轨上的滑块受恒力作用时，滑块做匀加速运动，分别测量滑块通过两个光电门时的初速度v1和末速度v2，并测出两个光电门的间距s，则滑块的加速度提高气轨的一端，以重力沿气轨的分力为滑块受的恒力，改变光电门的位置，经过多次实验测量获取多个加速度的数值，取平均值即为滑块在倾斜气轨上运动时的加速度.
　　学生讨论设计实验方案并尝试实验操作、分享展示实验成果，大大提高了学生的参与度，同时也为学生们增强了自信心.通过同学之间的讨论，更容易得到正确的结果，正确的思路.

　　利用现有实验装置测量速度与加速度，可以有多种不同的实验方案：
　　方法1：测量滑块通过两个光电门的速度与光电门之间的距离计算加速度，即上述学生自主讨论设计的实验方法.
　　方法2：测量速度变化所用时间，直接利用加速度的定义式进行计算，测量滑块通过两个光电门的时间间隔可以用数字计时器同时测量.

　　教师指导学生尝试方法2，记录通过第一个光电门的时间、通过第二个光电门的时间，通过两个光电门的时间间隔这三个数据，锻炼学生使用光电门、数字计时器的能力.

5 实验与生活

　　完成探究实验后，针对滑块与气垫导轨之间并没有接触这一发现，启发学生思考生活中是否有原理相似的物体或者装置.
　　展示磁悬浮地球仪，轻小物体可以利用磁体之间的相互吸引与排斥的作用力实现悬浮.学生们动手摆放磁悬浮地球仪，最终成功，關灯之后旋转的磁悬浮地球仪散发着五颜六色的光，极其绚丽.借助这一实物展示，学生们在得到极大满足感的同时，也对磁悬浮相关问题引起了很大的兴趣，对相应的问题印象深刻，如图6所示.
　　教师趁热打铁，课堂上又继续普及了磁悬浮列车的知识，给同学们播放了上海浦东磁悬浮列车的视频（如图7）.看着飞驰的磁悬浮列车竟然可以达到如此高的速度，同学们惊叹不已，留下了深刻的印象.