物理教學(xué)中實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)

趙生武

[摘? ?要]高中物理課堂教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生的現(xiàn)有水平和可發(fā)展區(qū)，合理創(chuàng)設(shè)物理實(shí)驗(yàn)情境，可有效幫助學(xué)生建立物理概念，形成物理規(guī)律，克服認(rèn)知困難，可以激發(fā)學(xué)生的探究熱情，幫助學(xué)生澄清模糊認(rèn)識(shí)、完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)情境;課堂教學(xué);創(chuàng)設(shè);探究

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）29-0053-02

建構(gòu)主義理論指出：學(xué)生的知識(shí)是在一定的情境下，借助他人的幫助，通過意義建構(gòu)而獲得的。物理知識(shí)源于生活，本身也具有“情境化”的特征。物理概念的建立，物理規(guī)律的形成是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，物理概念、規(guī)律的理解及應(yīng)用更離不開實(shí)驗(yàn)情境。在高中物理課堂教學(xué)中，如何創(chuàng)設(shè)符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、能夠引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，能夠讓學(xué)生獲得體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)情境，以使學(xué)生更加有效地學(xué)習(xí)物理知識(shí)，是物理教師必須思考和探究的問題。筆者結(jié)合自己的課堂教學(xué)實(shí)踐，例談實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)，以期拋磚引玉。

一、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，建立物理概念，形成物理規(guī)律

物理教師應(yīng)樹立“物理知識(shí)來源于實(shí)踐，物理知識(shí)最終回到實(shí)踐”的教育理念，在教學(xué)過程中啟發(fā)學(xué)生從物理情境中抽象出物理概念、物理規(guī)律，并引導(dǎo)學(xué)生將物理概念、物理規(guī)律應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中。實(shí)驗(yàn)情境具有直觀性、實(shí)踐性、真實(shí)性和體驗(yàn)性，能夠體現(xiàn)物理概念的本質(zhì)特征，能夠引領(lǐng)學(xué)生從經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)向科學(xué)物理概念轉(zhuǎn)變，能夠轉(zhuǎn)化模糊的前概念，從而深化對(duì)物理概念和物理規(guī)律的理解。

[教學(xué)案例1]創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境“橡皮筋做的彈弓讓子彈飛”，學(xué)習(xí)必修1第三章第二節(jié)《彈力》。步驟一，用橡皮筋做彈弓，用小紙團(tuán)做子彈，學(xué)生分組體驗(yàn)“讓子彈飛”;步驟二，啟發(fā)學(xué)生思考問題：1.子彈為什么能飛？橡皮筋有什么變化？2.每個(gè)同學(xué)的子彈飛的遠(yuǎn)近為什么不一樣？采用怎樣的措施能夠使子彈飛得更遠(yuǎn)？步驟三，引導(dǎo)學(xué)生抽象概念，探究物理規(guī)律：通過問題1的回答，抽象出彈力的概念、彈性形變的概念及彈力的方向;通過問題2的回答，探究彈簧彈力大小的決定因素：彈簧的勁度系數(shù)和彈簧的形變量，定性探究胡克定律。

[教學(xué)案例2]創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境“橡皮筋打手體驗(yàn)疼的感覺”，學(xué)習(xí)必修2第七章第五節(jié)《探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式》。步驟一，兩個(gè)同學(xué)為一組，將拉緊的橡皮筋松開打到對(duì)方的手上，感受“疼”的感覺;步驟二，啟發(fā)學(xué)生思考問題：1.一個(gè)物體能夠?qū)ν庾龉Γ覀兙驼f物體具有能量，拉緊的橡皮筋有能量嗎？如何感知能量的大小？2.橡皮筋具有的能量大小由哪些因素決定呢？步驟三，引導(dǎo)學(xué)生抽象概括，探究物理規(guī)律：通過問題1的回答，抽象出彈性勢(shì)能的概念：像橡皮筋這樣由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫作彈性勢(shì)能;彈性勢(shì)能的大小通過手疼程度不同來感知;通過問題2的回答，運(yùn)用控制變量法探究彈性勢(shì)能大小的決定因素：彈簧勁度系數(shù)和彈簧形變量。

教師引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)情境中生疑、質(zhì)疑、解疑，在體驗(yàn)中建構(gòu)了彈力、彈性勢(shì)能的概念，探究彈簧彈力大小的決定因素、探究彈性勢(shì)能大小的決定因素等物理規(guī)律。

二、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，克服認(rèn)知困難，突破教學(xué)難點(diǎn)

通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境可以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，豐富學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，打破學(xué)生的思維定式，從而克服認(rèn)知困難，突破教學(xué)難點(diǎn)。

[教學(xué)案例3]創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境“在刻度尺輔助下探究曲線運(yùn)動(dòng)軌跡”，學(xué)習(xí)必修2第五章第一節(jié)《曲線運(yùn)動(dòng)》。步驟一，兩個(gè)同學(xué)為一組做實(shí)驗(yàn)：將刻度尺平放在白紙上，甲同學(xué)用手推尺子沿白紙向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，乙同學(xué)將鉛筆尖置于尺子的上邊緣左端，手握鉛筆沿尺子上邊緣向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，白紙上呈現(xiàn)鉛筆尖做曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡;步驟二，啟發(fā)學(xué)生思考問題：鉛筆尖的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是什么？同時(shí)參與哪兩個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng)？分運(yùn)動(dòng)有什么性質(zhì)？步驟三，引導(dǎo)學(xué)生澄清概念，總結(jié)規(guī)律：1.鉛筆尖實(shí)際的曲線運(yùn)動(dòng)是合運(yùn)動(dòng)，向上隨尺子的勻速直線運(yùn)動(dòng)和水平向右的勻加速直線運(yùn)動(dòng)是兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，并且兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)和合運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性。2.互成角度的勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)。

通過實(shí)驗(yàn)情境，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過程的體驗(yàn)和探究，克服認(rèn)知困難，跨越了“從直線運(yùn)動(dòng)到曲線運(yùn)動(dòng)”的思維障礙，實(shí)現(xiàn)了原有認(rèn)知的自我改造和完善。

三、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)探究熱情

結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)通過創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)情境，能夠有效引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)探究熱情。

[教學(xué)案例4]創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境“手握水杯做水流星”，學(xué)習(xí)高中物理必修2第五章《曲線運(yùn)動(dòng)》第七節(jié)《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)》。

步驟一，教師隨手拿起學(xué)生課桌上的盛有半杯水的水杯，手握緊水杯，伸直手臂并在豎直平面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)水杯上到某一高度時(shí)，水從杯口流出，澆灑在教師的身上。

步驟二，教師重新裝上半杯水，快速旋轉(zhuǎn)，即使水杯通過豎直圓周的最高點(diǎn)，也看不到水從杯口流出。

在教師演示實(shí)驗(yàn)的過程中，全體學(xué)生聚精會(huì)神、全神貫注，都深深地被實(shí)驗(yàn)情境感染。當(dāng)完成步驟二時(shí)，學(xué)生將響亮的掌聲送給了教師。學(xué)生對(duì)“快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，水為什么沒有流出？”這一問題充滿好奇，渴望教師引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的物理知識(shí)，期盼及早解開謎底。

四、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，澄清模糊認(rèn)識(shí)，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)

受傳統(tǒng)教學(xué)理念的束縛，高中物理課堂教學(xué)依然存在“注重知識(shí)傳遞，忽略知識(shí)建構(gòu)”的現(xiàn)象，學(xué)生的學(xué)習(xí)缺少在實(shí)際情境中建構(gòu)模型、科學(xué)推理等過程體驗(yàn)，機(jī)械地記憶物理概念和規(guī)律，導(dǎo)致對(duì)一些物理結(jié)論的模糊認(rèn)識(shí)、片面理解[1]。

[教學(xué)案例5]創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境“兩物體同軸轉(zhuǎn)動(dòng)”，辨析勻速圓周運(yùn)動(dòng)中角速度是否相等的問題。

如圖所示，質(zhì)量相等的a、b兩小球在光滑的漏斗內(nèi)側(cè)的不同高度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試比較兩小球的角速度、線速度以及漏斗對(duì)小球的支持力大小關(guān)系。很多學(xué)生的解釋如下：由于兩小球繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所以角速度大小相等……教師不必急于否定學(xué)生，應(yīng)該呈現(xiàn)物理情境，在具體的情境下讓學(xué)生經(jīng)歷思考和體驗(yàn)過程。具體策略如下：

首先，引導(dǎo)學(xué)生分析生活情境：自行車行駛過程中，后輪邊緣上一點(diǎn)與小飛輪邊緣的另一點(diǎn)角速度有何關(guān)系？啟發(fā)學(xué)生注意兩個(gè)要點(diǎn)：一是兩點(diǎn)繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng);二是兩點(diǎn)被固定。

其次，指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)：將鋼筆底端放在水平桌面，手握鋼筆頂端使其繞過底端的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程中，讓學(xué)生在鋼筆上不同位置選取兩質(zhì)點(diǎn)，分析轉(zhuǎn)動(dòng)過程中兩質(zhì)點(diǎn)的共同特征：1.兩質(zhì)點(diǎn)被固定在同一物體上;2.兩質(zhì)點(diǎn)繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng);3.兩質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相等。

最后，學(xué)生對(duì)比具體實(shí)驗(yàn)情境，發(fā)現(xiàn)圖中a、b兩小球并未固定，角速度一定相等的結(jié)論不成立。

通過實(shí)驗(yàn)情境的體驗(yàn)和對(duì)比分析，學(xué)生明確了角速度一定相等的條件：固定在一起繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

教師基于學(xué)生的元認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)設(shè)合理的實(shí)驗(yàn)情境，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)情境中親身體驗(yàn)、獨(dú)立思考、分析概括、反思評(píng)價(jià)，解決認(rèn)知困難，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了物理概念和物理規(guī)律在頭腦中的有效提煉和升華。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 任虎虎.基于核心素養(yǎng)的物理深度教學(xué)策略探討[J].物理之友，2019（1）：23-25.

[2]? 張?jiān)绿m，申潔.關(guān)注情感體驗(yàn) 提升常態(tài)化教學(xué)境界：“光的色彩顏色”一課教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施評(píng)析[J].物理教師，2019（2）：48-50.

（責(zé)任編輯 易志毅）