淺談基于認知沖突創(chuàng)設(shè)物理情境的策略

梁建 潘秀梅

合理有效地創(chuàng)設(shè)物理情境是物理教學的重要組成部分，當前的物理情境化教學要求物理教師不能只是照本宣科，而應(yīng)以教材為依據(jù)，充分利用學生的心理和智力水平，設(shè)計出符合學生認知需求的物理情境。筆者認為，要想利用認知沖突創(chuàng)設(shè)有效的物理情境，一定要抓住學生的認知需要，“投其所好”，常用的策略和方法總結(jié)如下：

一、利用生活經(jīng)驗與學習目標的矛盾創(chuàng)設(shè)物理情境

物理從生活中來，到生活中去。利用生活經(jīng)驗創(chuàng)設(shè)物理情境能夠拉近物理課堂與生活的距離，是廣大物理教師普遍采用的方法。

案例1.講授蘇科版物理九年級下冊《電能表與電功》時，用同學們生活中交電費的經(jīng)驗創(chuàng)設(shè)物理情境。

教師出示自己家的電費單。

師：同學們，請幫老師算算老師家這個月的電費。

部分同學講解回答：電費=電費單價×（本月示數(shù)-上月示數(shù)）。

教師播放電工抄電表的視頻，拉近物理課堂與學生生活的距離，引出電能表的使用。

師：請同學們觀察桌面上的電路板，看看電能表有哪些參數(shù)。

投影展示電能表的相關(guān)參數(shù)，由學生說出自己的理解。

通過交電費的生活經(jīng)驗引導學生認識電能表的相關(guān)參數(shù)，對電能表的知識學習作了牽引鋪墊，降低了學習難度，有利于學生保持長時間的學習熱情。

二、利用對實驗的認知沖突創(chuàng)設(shè)物理情境

物理離不開實驗，一堂沒有實驗的物理課不能稱之為成功的物理課。利用實驗創(chuàng)設(shè)物理情境，關(guān)鍵在于要能充分利用學生的認知水平，達到“一石激起千層浪”的效果，讓學生投入其中，樂此不返。

案例2.蘇科版八年級下冊《升力》一節(jié)中，“流體流速越大，壓強越小”這一結(jié)論，學生很容易遺忘，甚至會形成“流體流速越大，壓強越大”的錯誤認識。為了讓記憶更持久，筆者采用了如下兩個實驗：

實驗一：取一只裝礦泉水的空桶，在桶口放一個紙團，隨機抽選十位同學對著桶口吹氣，把紙團吹進空桶中。結(jié)果沒有一個學生能把紙團吹入空桶，而且用的力氣越大，越容易讓紙團從桶口射出。這與學生已有的認知發(fā)生了矛盾，學生對此現(xiàn)象一開始都很疑惑，但很快就有同學根據(jù)流體流速與壓強的關(guān)系給出了正確的解釋。

實驗二：取一只空的圓形飲料瓶，在瓶子后面點燃一支蠟燭，問學生：隔著瓶子能否吹滅蠟燭，學生表示不清楚。隨機抽取一位同學做實驗，結(jié)果蠟燭被吹滅了。學生已有的認知是空氣遇到障礙物會被阻擋，很難繼續(xù)前進。這個實驗直接讓學生來解釋很困難，需要教師引導分析原理：從嘴里吹出的空氣流速大，氣壓低，大氣壓大于從嘴里吹出來的氣體壓強，“壓迫”吹出來的氣流，使它緊貼瓶身流到瓶子的后面，吹滅蠟燭。為了增強課堂的趣味性，接下來每隔5cm點燃1支蠟燭，比賽看哪位同學能吹滅最多的蠟燭。

案例3.講授蘇科版八年級下冊《力與運動》時，學生已有的認識是：力是維持物體運動的原因，物體的運動需要力來維持。為了糾正這一錯誤認識，筆者采用了如下實驗方法：

①從斜面上某一高度自由釋放小車，當小車運動到鋪設(shè)毛巾的水平面后，不斷減速，滑行很近的距離S1后停下；

②從斜面上同一高度自由釋放小車，當小車運動到鋪設(shè)木板的水平面后，不斷減速，能滑行較遠的距離S2后停下；

③從斜面上同一高度自由釋放小車，當小車運動到鋪設(shè)玻璃的水平面后，不斷減速，能滑行更遠的距離S3后停下；

④如果水平面完全光滑，小車將做勻速直線運動。

三、運用類比沖突創(chuàng)設(shè)物理情境

類比法是中學物理常用的情境創(chuàng)設(shè)方法，如：電流與水流的類比、內(nèi)能與機械能的類比等。但有些知識點卻不能夠簡單地類比。

案例4. 蘇科版九年級上冊《歐姆定律的應(yīng)用》一課，教材詳細探究了如何測量定值電阻的阻值，同學們形成了這樣的認識：定值電阻的阻值是固定的，與兩端的電壓和流過它的電流無關(guān)。由此學生會形成這樣的錯誤認識：小燈泡的電阻也是定值的。為了糾正這一錯誤，筆者運用類比沖突創(chuàng)設(shè)物理情境，激起學生新舊知識的矛盾，引導其重新認識小燈泡的電阻。

師：我們知道定值電阻的阻值是固定的，那么小燈泡的電阻是怎樣的呢？

生：也是固定不變的，與兩端的電壓、流過的電流無關(guān)。

師：真的是這樣的嗎？有不同意見嗎？

有的同學根據(jù)前面學習的小燈泡電阻與溫度有關(guān)的結(jié)論，提出可能是變化的。

師：我們現(xiàn)在通過實驗來測量小燈泡的電阻。

通過測量不同亮度時的小燈泡的阻值，學生們最后得出結(jié)論：小燈泡的電阻變化與溫度有關(guān)。

四、利用問題矛盾創(chuàng)設(shè)物理情境

利用矛盾沖突解決問題古已有之，如古希臘蘇格拉底的問答法，通過問答找出學生認識的缺陷，以子之矛攻子之盾，取得了良好的教學效果。

案例5. 在學習蘇科版八年級下冊《力與運動關(guān)系》一課前，同學們頭腦中會有這樣的認識：從相同高度自由釋放兩個物體，重的物體會先落地。對此，筆者采用了如下方法：

師：同學們，從相同高度自由釋放兩個質(zhì)量不同的物體，哪個會先落地呢？

生：重的物體會先落地。

師：假如我們把兩個質(zhì)量不同的物體綁在一起，落地情況又會怎樣呢？

生A：因為更重了，所以比剛才兩種情況落地花的時間更少。

生B：不同意A的看法，綁在一起，下落的時間應(yīng)該介于單獨自由釋放重的物體和單獨自由釋放輕的物體之間。

通過充滿矛盾的問答對話，啟發(fā)學生的思維，通過思辨發(fā)現(xiàn)問題，最終得出正確結(jié)論。

五、利用函數(shù)圖像的異同創(chuàng)設(shè)情境

運用函數(shù)圖像解決物理問題是中學物理常用的方法之一，如正比函數(shù)、反比函數(shù)等。初中生對直觀的、可見的事物更感興趣，如果能利用函數(shù)圖像的異同點創(chuàng)設(shè)物理情境，激發(fā)認知沖突，必將起到事半功倍的作用。

案例6. 講授蘇科版八年級下冊《密度》時，密度的概念比較抽象，學生不易理解，現(xiàn)行教材改為比值法教學，降低了難度，對密度的學習起到了一定的促進作用，但卻忽視了密度與物質(zhì)的質(zhì)量、體積之間的相互關(guān)系。為了解決這個難點，筆者采用了利用函數(shù)圖像的異同研究密度與質(zhì)量、體積的關(guān)系的方法。

師：請同學們根據(jù)自己的實驗數(shù)據(jù)繪制密度與質(zhì)量、密度與體積的關(guān)系圖像。

教師將學生的繪圖用實物展示臺展示給大家。如圖1所示：

師：通過這兩幅圖我們能得出什么結(jié)論呢？

生：同種物質(zhì)密度相同，與質(zhì)量多少、體積大小無關(guān)。

師：請同學們根據(jù)自己的實驗數(shù)據(jù)再繪制同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系圖像。

教師將學生的作圖用實物展示臺展示給大家，如圖2所示：

師：請同學們思考，這三幅圖像有什么不同？你們得出了什么結(jié)論？

生：最后一幅圖是過原點的直線，同種物質(zhì)質(zhì)量與體積成正比。

利用函數(shù)圖像的異同創(chuàng)設(shè)物理情境，除了可以驅(qū)動概念教學，還可以透過異同實現(xiàn)物理規(guī)律教學的突破。

案例7. 以蘇科版九年級上冊《歐姆定律》的教學為例，歐姆定律是歐姆用了十余年時間多次試驗得出的定律，而學生只用了二十分鐘就完成了實驗，學生會對實驗結(jié)果持懷疑態(tài)度，并且很快便將定律遺忘。教師在教學中可以要求學生繪制電流與電壓、電阻的函數(shù)圖像，如圖3所示：

學生根據(jù)自己畫的這兩幅圖，能夠準確得出“電流與電壓成正比，與電阻成反比”的結(jié)論，從而強化了記憶效果。

六、比較物理模型的異同點創(chuàng)設(shè)物理情境

物理學研究常用建立模型的方法來減少次要因素的影響，突出本源問題。如在研究杠桿時，經(jīng)常使用“輕的杠桿、輕的細繩”這樣的說法，為學生研究杠桿的主要特征及杠桿的平衡條件減少了障礙，能突出本源問題的學習。

案例8.在講授蘇科版九年級下冊《磁場》時，學生已經(jīng)在八年級上學期學習過光，并且會建立光的模型。磁場的學習比光的學習更加困難，看不見，摸不著。建立磁場模型可以改變同學們頭腦中固有的物質(zhì)觀，磁場也是一種物質(zhì)。把磁場想象成是由一根根的磁感線組成的，如圖4所示：

磁感線是假想出來的曲線，將磁感線和電流類比，它們都是閉合的曲線，串聯(lián)電路電流處處相等，但磁感線在磁體兩級最密集，疏密程度反映了磁場的強弱。磁場模型的建立，很好地解決了接下來要學習的電動機原理和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

總之，在物理教學中，教師要善于利用學生的認知沖突創(chuàng)設(shè)情境，甚至要有意“刁難”學生，激發(fā)認知矛盾，為學生的思維訓練設(shè)置有梯度的障礙，抓住學生的心智發(fā)展特點，激趣設(shè)疑，這樣才能調(diào)動學生的學習積極性，幫助學生快速建構(gòu)新的知識，將舊知識甚至是錯誤的認識轉(zhuǎn)化為新的、正確的科學知識。在整個課堂教學中，要通過物理情境的創(chuàng)設(shè)讓學生的心理認知始終處于不滿足——滿足——不滿足的動態(tài)發(fā)展中，這樣才能打造出高效課堂，實現(xiàn)《義務(wù)教育物理課程標準》提出的培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的要求。