問(wèn)題情境分明 方能思路清晰*
——基于真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)的物理模型教學(xué)

曾 晗

(桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級(jí)中學(xué)　浙江 嘉興　314500)

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問(wèn)題情境分明 方能思路清晰*
——基于真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)的物理模型教學(xué)

曾 晗

(桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級(jí)中學(xué)浙江 嘉興314500)

摘 要：認(rèn)知是學(xué)習(xí)者與問(wèn)題情境交互的產(chǎn)物，學(xué)生在熟悉的情境中習(xí)得的知識(shí)會(huì)更加牢固與深刻.本文首先闡述了問(wèn)題情境在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的重要地位，然后結(jié)合具體的教學(xué)案例，從“自制教具，還原情境”、“寓教于樂(lè)，共同參與”、“以問(wèn)誘思，以境促思”3個(gè)方面歸納總結(jié)了物理模型建立過(guò)程中情境創(chuàng)設(shè)的方法和發(fā)揮的作用.

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}情境物理模型情境創(chuàng)設(shè)

捷克教育家夸美紐斯在《大教學(xué)論》中寫(xiě)道，“一切知識(shí)都是從感官開(kāi)始的”.這種論述反映了認(rèn)識(shí)規(guī)律的一個(gè)重要方面：直觀可以讓抽象的知識(shí)形象化、具體化[1].實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家赤瑞特拉也在研究中得出結(jié)論：人類獲取信息的83%來(lái)自于視覺(jué)[1]，可見(jiàn)問(wèn)題情境對(duì)獲取認(rèn)知的重要性.通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境實(shí)施教學(xué)，一則使學(xué)生身臨其境，促使思維由形象到抽象的轉(zhuǎn)變；二則激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和熱情，讓學(xué)習(xí)活動(dòng)變得主動(dòng)、自覺(jué).

筆者在教學(xué)中經(jīng)常設(shè)法將典型的問(wèn)題情境以各種直觀的形式呈現(xiàn)出來(lái)，將枯燥的文字表述轉(zhuǎn)化成可視化的情境演示，使學(xué)生理解起來(lái)更加輕松、透徹，構(gòu)建相應(yīng)物理模型時(shí)更加自如、流暢.實(shí)踐表明，教學(xué)效果很好.以下結(jié)合3個(gè)具體案例展開(kāi)論述.

1自制教具 還原情境 培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理教學(xué)中要注重對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、觀察能力的培養(yǎng).演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)等都需要大量的儀器，如果全部依賴成品教具，顯然是不夠的，這就要求廣大教師能夠自制一定數(shù)量的教具，補(bǔ)充和完善成品教具的不足.普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》也進(jìn)一步地強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位和作用，提倡教師要善于利用日常器具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

(1)當(dāng)繩子與豎直方向夾角為45°時(shí)，該裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是多大？

(2)此時(shí)繩子的張力多大？

(3)某時(shí)刻繩子突然斷裂，HOA=40 cm，求小球的落點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的水平距離?

解析：此題是“圓周”和“平拋”兩種運(yùn)動(dòng)模型的結(jié)合問(wèn)題，涉及到的考點(diǎn)包括受力分析、向心力來(lái)源、平拋運(yùn)動(dòng)的位移公式等，有一定的綜合性，但難度不大.筆者對(duì)學(xué)生的答題情況做了大致的認(rèn)知診斷，正確率不高的原因普遍在于他們不能將小球的空間位置關(guān)系和實(shí)際運(yùn)動(dòng)情景緊密聯(lián)系，會(huì)出現(xiàn)將B點(diǎn)當(dāng)做圓心的錯(cuò)誤判斷，這反映出學(xué)生空間立體想象力的匱乏.

為了攻克學(xué)生在這一點(diǎn)上的認(rèn)知漏洞，筆者制作了圖2所示的裝置，將抽象的問(wèn)題描述轉(zhuǎn)化為直觀的教具展示.小球在細(xì)線的牽引下做圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)課堂演示小球?qū)嶋H運(yùn)動(dòng)所在的平面，學(xué)生很容易就能找出圓心.再用剪刀將細(xì)線的懸點(diǎn)位置剪斷，最終很容易地確定了小球的落點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸OA的方位關(guān)系.

案例評(píng)析：空間想象力是學(xué)生在高中階段必須掌握和具備的一種能力，在平時(shí)的教學(xué)中教師需要有意識(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行空間想象力的培養(yǎng).美國(guó)心理學(xué)家布魯姆說(shuō)過(guò)，“濃厚的興趣能彌補(bǔ)智能的不足，持久的興趣會(huì)導(dǎo)致發(fā)明創(chuàng)造”[2].通過(guò)自制教具呈現(xiàn)情境的方式，能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變.

其實(shí)，瓷畫(huà)大多是移植了國(guó)畫(huà)，但瓷畫(huà)卻沒(méi)有照搬國(guó)畫(huà)，因?yàn)榇僧?huà)與國(guó)畫(huà)的載體不同，一個(gè)是平面的紙絹，一個(gè)是千變?nèi)f化的立體器，因此，瓷畫(huà)只是將國(guó)畫(huà)的內(nèi)涵移到了瓷上，而其構(gòu)圖方式和藝術(shù)表現(xiàn)形式是不同的。亦因此，這些寓意“連生貴子”、“五子登科”、“百子千孫”的瓷上嬰戲圖也是引用了國(guó)畫(huà)的內(nèi)涵。我之所以分別引用國(guó)畫(huà)和瓷畫(huà)來(lái)闡述我的觀點(diǎn)，并不是因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)涵是分離的，而是因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)涵太豐富，我只能分別取其中一粟分而述之，然后綜合說(shuō)明我的觀點(diǎn)。膚淺之見(jiàn)，不知正確與否，敬請(qǐng)先輩和同仁批評(píng)指正。

2寓教于樂(lè) 共同參與 強(qiáng)化學(xué)生對(duì)“左手定則”的應(yīng)用

物理學(xué)中有許多概念、定理、定律，學(xué)生在接受時(shí)會(huì)感到抽象.教師要善于將抽象的問(wèn)題變得直觀，學(xué)生在自己熟悉的情境中實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知構(gòu)建才更具意義，相較于單純的“板演”，印象也更加深刻.

【例2】在宇宙射線中含有大量的高能帶電粒子.這些高能帶電粒子到達(dá)地球會(huì)對(duì)地球上的生命帶來(lái)危害，但由于地球周圍存在地磁場(chǎng)，地磁場(chǎng)能改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，如圖3所示，對(duì)地球上的生命起到保護(hù)作用.假設(shè)所有的宇宙射線從各個(gè)方向垂直射向地球表面，那么以下說(shuō)法正確的是

A．地磁場(chǎng)對(duì)宇宙射線的阻擋作用各處都相同

B．由于南北極磁場(chǎng)最強(qiáng)，因此阻擋作用最強(qiáng)

C．沿地球赤道平面射來(lái)的高能正電荷向東偏轉(zhuǎn)

D．沿地球赤道平面射來(lái)的高能負(fù)電荷向南偏轉(zhuǎn)

解析：本題考查洛倫茲力方向的判定方法，很多學(xué)生知道考點(diǎn)，但經(jīng)筆者統(tǒng)計(jì)，正答率只有35%，這絕不是偶然.錯(cuò)誤原因大致可歸為兩類：(1)忽略粒子運(yùn)動(dòng)的方向特點(diǎn)，認(rèn)為磁場(chǎng)強(qiáng)則阻擋強(qiáng)；(2)對(duì)“左手定則”不能熟練應(yīng)用.

案例評(píng)析： 教學(xué)追求“寓教于樂(lè)”，單調(diào)、乏味的物理課堂必然效率低下，學(xué)生情緒低迷，久而久之，思維便會(huì)僵化，自信便會(huì)缺失.教師在課堂中要善于維持學(xué)生心態(tài)上的“飽滿”和思維上的“靈活”，積極創(chuàng)設(shè)一些能夠抓住學(xué)生注意力的充滿趣味性的情境，在參與中掌握物理方法，領(lǐng)悟物理思想.

3以問(wèn)誘思 以境促思 加深學(xué)生對(duì)“桿球模型”的理解內(nèi)化

豎直平面內(nèi)的“桿球模型”是圓周運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，它對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生如何分析向心力來(lái)源起到了很好的示范作用.但學(xué)生初次接觸該模型時(shí)，在理解上普遍存在困難，特別是在最高點(diǎn)時(shí)對(duì)桿球之間作用力(支持力或拉力)的分析.筆者采用的做法是就地取材還原情境，以問(wèn)題串的形式對(duì)學(xué)生思維進(jìn)行徐徐善誘，逐步完成該模型的自主構(gòu)建.

【例3】圖6為豎直平面內(nèi)“桿球模型”的示意圖，當(dāng)小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)桿球之間作用力的分析可以通過(guò)設(shè)置以下探究問(wèn)題逐步實(shí)現(xiàn).

探究1：小球能過(guò)最高點(diǎn)的最小速度是多少？

筆者在教學(xué)時(shí)，讓學(xué)生在課堂上現(xiàn)場(chǎng)自制了圖7所示的教具：在鉛筆的一端插上一塊橡皮，使橡皮隨桿在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)(要求學(xué)生跟著教師一起演示此情境).

提出問(wèn)題(師)：要使橡皮能夠到達(dá)最高點(diǎn)，速度至少為多少？

學(xué)生從自己的演示中很容易就會(huì)發(fā)現(xiàn)，小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的速度可以為零.

通過(guò)課堂演示，形象直觀地呈現(xiàn)問(wèn)題情境，促使學(xué)生思考，最終得出結(jié)論.

探究2：當(dāng)v=0時(shí)，桿對(duì)球作用力的大小和方向如何？(如圖8)

此問(wèn)用向心力的知識(shí)，很容易得出答案：

Fn=0FN=mg(桿對(duì)球的力為支持力)

探究3：現(xiàn)使v從零開(kāi)始逐漸增大，則桿對(duì)球的支持力怎么變？

探究4：隨著v的增大，F(xiàn)N減小，總有一刻會(huì)減到零，當(dāng)FN=0時(shí)，小球的速度v是多少？

探究5：繼續(xù)增大v，則桿對(duì)球的力還是支持力嗎？

此問(wèn)中，筆者又創(chuàng)設(shè)了一個(gè)情境：將橡皮迅速擺到最高點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)它飛離鉛筆.

提出問(wèn)題(師)：飛出去的原因是什么呢？

生：因?yàn)殂U筆沒(méi)拉住橡皮，所以橡皮才會(huì)飛出去.

針對(duì)探究問(wèn)題2～5，筆者還設(shè)計(jì)了如圖9的學(xué)生體驗(yàn)環(huán)節(jié)，力求讓學(xué)生親身融入到所創(chuàng)設(shè)的情境當(dāng)中，加深對(duì)“桿球模型”的理解：用手水平握住一重物，將手臂擺到最高點(diǎn)，使到達(dá)最高點(diǎn)的速度逐漸增大，感受手與重物間作用力的效果.

案例評(píng)析：情境教學(xué)的核心是讓學(xué)生主動(dòng)參與、自主研究，要求學(xué)生用科學(xué)的思維方式去解決情境中的任務(wù)，在研究過(guò)程中掌握物理學(xué)習(xí)的基本方法，主動(dòng)獲取物理知識(shí)[3].在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)設(shè)置問(wèn)題串，通過(guò)互動(dòng)問(wèn)答實(shí)現(xiàn)師生間的情感交流不失為一種很好的模式.在創(chuàng)設(shè)情境和設(shè)置疑問(wèn)的過(guò)程中，要循序漸進(jìn)，層層深入，步步拓展，同時(shí)給學(xué)生提供充足的主動(dòng)參與和自主思考的空間，強(qiáng)烈的好奇心會(huì)“逼”著學(xué)生去探尋這些問(wèn)題的答案，學(xué)生在付出一定的腦力勞動(dòng)并獲得成功之后，學(xué)習(xí)物理的興趣和信心也會(huì)大大增強(qiáng).

4總結(jié)

認(rèn)知學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識(shí)存在于我們所生存的環(huán)境及我們所從事的活動(dòng)中，學(xué)習(xí)者要學(xué)習(xí)某種知識(shí)，必須要進(jìn)入相應(yīng)的情境中[3].也就是說(shuō)，認(rèn)知是人與情境互動(dòng)的產(chǎn)物，學(xué)習(xí)者只有融入實(shí)際情境中，才能建構(gòu)出有意義的知識(shí).而我們的學(xué)生普遍缺乏的就是諸如這一類的生活體驗(yàn)，這就需要我們廣大教師積極地去創(chuàng)設(shè)各種有助于學(xué)生理解的問(wèn)題情境，努力嘗試讓物理問(wèn)題從文字描述回歸真實(shí)，課堂上應(yīng)盡量多地增加學(xué)生的體驗(yàn)，在創(chuàng)設(shè)的情境中逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)物理模型的構(gòu)建.

參 考 文 獻(xiàn)

1張振新，吳慶麟.情境學(xué)習(xí)理論研究綜述.心理科學(xué)，2005,28(1)：125～127

2張丹彤.從理想回歸真實(shí)——高考物理題背景真實(shí)化傾向?qū)Ω咧形锢砹?xí)題設(shè)計(jì)的啟示.物理教師，2013(6)：77～79

3夏焰.物理課堂教學(xué)中的情景教學(xué).中學(xué)物理教學(xué)參考，2013(4)：21～22

*作者簡(jiǎn)介：曾晗(1991-),男，中教二級(jí)，主要從事高中物理教學(xué)和教學(xué)研究.

(收稿日期：2015-11-20)

*嘉興市桐鄉(xiāng)市微型課題“基于真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)的物理解題能力培養(yǎng)研究”，課題編號(hào)：Tc15029