用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)構(gòu)建物理情境化課堂

貝鴻

物理是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。物理教師經(jīng)常會(huì)有這樣的困惑：我們費(fèi)了很大的力氣，為什么學(xué)生的成績(jī)提高不明顯呢？比如學(xué)習(xí)游泳，對(duì)教練講的很多技術(shù)要求和動(dòng)作要領(lǐng)已熟記于心，但如果缺乏科學(xué)的實(shí)際訓(xùn)練和多次修正，是不可能真正學(xué)會(huì)游泳的。華東師大鐘啟泉教授指出：“核心素養(yǎng)不是直接由教師教出來(lái)的，而是在問(wèn)題情境中借助問(wèn)題解決的實(shí)踐培養(yǎng)起來(lái)的?！?/p>

以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)物理情境，能喚醒學(xué)生的回憶，激發(fā)學(xué)生的感悟，讓學(xué)生在體驗(yàn)中得到啟示，進(jìn)而產(chǎn)生情感的共鳴。學(xué)生在家庭、學(xué)校、社會(huì)等活動(dòng)中可能會(huì)遇到各種各樣的情境，在面對(duì)這些具體情境時(shí)的思維和行動(dòng)體現(xiàn)一個(gè)人的素養(yǎng)水平，因此我們?cè)诮虒W(xué)中就要注重學(xué)生情境體驗(yàn)的創(chuàng)設(shè)，以便使其積累足夠多的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑥亩w移到可能遇到的生活情境中去。本文將以真實(shí)的教學(xué)案例來(lái)呈現(xiàn)基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的物理情境化課堂建構(gòu)。

一、建立真實(shí)模型克服抽象思維的障礙

電場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種特殊形式，它看不見(jiàn)摸不著，并且在學(xué)生的日常生活中缺乏可借鑒的直接經(jīng)驗(yàn)，也是教材中一個(gè)典型的難點(diǎn)內(nèi)容。我們嘗試用以下情境化的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來(lái)突破這個(gè)難點(diǎn)。

先通過(guò)一個(gè)引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的好奇心：一個(gè)用化學(xué)纖維布料摩擦的空礦泉水瓶靠近干燥的易拉罐時(shí)，鋁制易拉罐被吸引，并向礦泉水瓶運(yùn)動(dòng)。教師引導(dǎo)學(xué)生猜想相互吸引的可能原因。有學(xué)生會(huì)想到摩擦起電。靜電看不見(jiàn)摸不著，猜想是否正確呢？除了理論分析，能否進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證呢？學(xué)生容易想到驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，用沒(méi)有經(jīng)過(guò)摩擦的礦泉水瓶靠近易拉罐，不會(huì)產(chǎn)生相互作用。這就進(jìn)一步證實(shí)和強(qiáng)化了礦泉水瓶和干燥的易拉罐之間的作用力屬于靜電作用力。

學(xué)生的思維被充分調(diào)動(dòng)起來(lái)以后，教師提出新的問(wèn)題：“我們經(jīng)常體驗(yàn)的作用力很多是接觸力，兩個(gè)不接觸的物體之間會(huì)發(fā)生相互作用力嗎？”物理學(xué)上從來(lái)都沒(méi)有超距作用，帶電的礦泉水瓶的周?chē)欢ù嬖谥环N看不見(jiàn)的物質(zhì)，它是作用的媒介物質(zhì)，從而順利地得到結(jié)論：“帶電的物體周?chē)嬖谝环N看不見(jiàn)又摸不著的物質(zhì)，它是電荷相互作用的媒介，這種物質(zhì)叫做電場(chǎng)?！睙o(wú)影無(wú)形的物質(zhì)——場(chǎng)，在我們的生活中并非罕見(jiàn)，地球的周?chē)嬖谥亓?chǎng)。今天接觸的電場(chǎng)也像重力場(chǎng)一樣，有力的作用，也有能量的性質(zhì)。

以情境引發(fā)問(wèn)題，以問(wèn)題引領(lǐng)活動(dòng)的展開(kāi)，以活動(dòng)促使獲得結(jié)論，以結(jié)論促生知識(shí)的應(yīng)用，以應(yīng)用促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。在解決實(shí)際問(wèn)題的情境中，由創(chuàng)造性思維形成的這種思維與行動(dòng)，一旦形成就可以有效且無(wú)痕地遷移到其他生活情境中。

二、創(chuàng)設(shè)生動(dòng)真實(shí)的情境，激發(fā)學(xué)生思考和分析物理問(wèn)題

物理學(xué)科單元活動(dòng)設(shè)計(jì)是要圍繞著教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過(guò)整合的物理概念和規(guī)律，以科學(xué)探究問(wèn)題為基本落腳點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐，讓學(xué)生逐步形成物理科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度。在《動(dòng)量和動(dòng)量定理》的教學(xué)中我們會(huì)創(chuàng)設(shè)以下教學(xué)情境：

動(dòng)量概念的引入：教師拋出一個(gè)足球，請(qǐng)學(xué)生用頭把足球頂回。教師再出示一個(gè)鉛球，問(wèn)可否將鉛球也頂回，為什么？高速運(yùn)動(dòng)的子彈，雖然質(zhì)量不大，為什么也會(huì)對(duì)人有很大的作用？通過(guò)討論，總結(jié)出物體間的相互作用與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，描述物體相互作用的物理量動(dòng)量，進(jìn)而得出動(dòng)量的物理意義、定義、矢量性以及物理量單位。

沖量概念的引入：在豎直疊放的多枚象棋子下面放一張白紙，拉動(dòng)白紙，要求使象棋子獲得較大的速度，應(yīng)當(dāng)如何操作？組織分組討論后，學(xué)生嘗試急速拉動(dòng)和緩慢拉動(dòng)兩種操作。實(shí)驗(yàn)表明緩慢拉動(dòng)反而能使象棋子獲得較大的速度。巨大的思維反差，使學(xué)生對(duì)原因發(fā)生了極大的興趣。在兩種實(shí)驗(yàn)條件下滑動(dòng)摩擦力大小是相同的，在緩慢拉動(dòng)時(shí)象棋子受到摩擦力作用的時(shí)間比較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)討論得出沖量概念、定義、矢量性以及物理量單位。

概念間的聯(lián)系：教師引導(dǎo)學(xué)生觀察、比較兩個(gè)概念在物理意義、定義方式等方面有巨大差異的物理量竟然有著相同的物理單位，這說(shuō)明兩個(gè)物理量一定有某種內(nèi)在聯(lián)系。教師啟發(fā)學(xué)生用已經(jīng)學(xué)過(guò)的牛頓定律來(lái)分析問(wèn)題、解釋疑問(wèn)，揭示沖量與動(dòng)量之間的因果關(guān)系，得到動(dòng)量定理的科學(xué)結(jié)論。引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)與以往的物理實(shí)驗(yàn)定律的不同，動(dòng)量定理是用理論推導(dǎo)的方式得到的。

遷移應(yīng)用：請(qǐng)兩名學(xué)生抓住衣服四角，然后把衣服在空中水平繃緊張開(kāi)。教師捧出一個(gè)生雞蛋，把雞蛋用力摔在衣服上，蛋殼竟然毫發(fā)無(wú)損（為了防止意外，可以把生雞蛋放在透明的薄塑料袋里）。在學(xué)生的固有認(rèn)知中，生的雞蛋需要小心呵護(hù)，因?yàn)楹苋菀灼扑?。反?fù)用力摔在衣服上，而雞蛋沒(méi)有破碎的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生用今天學(xué)過(guò)的動(dòng)量定理來(lái)解釋。必要時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生聽(tīng)雞蛋摔在衣服上的聲音，并與雞蛋磕碰在碗邊上的聲音進(jìn)行比較。學(xué)生可以自然地應(yīng)用動(dòng)量定理解釋，在雞蛋動(dòng)量變化相同的條件下，摔在衣服上的作用時(shí)間比較長(zhǎng)，作用力就比較小。

這個(gè)減小作用力的方法在我們的生活中還有別的應(yīng)用嗎？快遞包裝、跳高海綿墊、跳遠(yuǎn)沙坑、塑膠跑道操場(chǎng)、氣墊運(yùn)動(dòng)鞋底、軟式排球等不勝枚舉。學(xué)生的思維是如此的生動(dòng)活潑，知識(shí)和規(guī)律與生活結(jié)合的是如此緊密，學(xué)習(xí)是這樣的輕松愉快。這樣的課堂遠(yuǎn)離了灌輸式的死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練，有了積極主動(dòng)的思維和深入的科學(xué)探究，實(shí)現(xiàn)了從解題向解決問(wèn)題的轉(zhuǎn)移。

依據(jù)科學(xué)探究的基本要求我們可以概括為以下基本思路。

三、通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)和利用，提升教師的教學(xué)智慧

我們所說(shuō)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)未必是要?jiǎng)?chuàng)作一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)儀器，也無(wú)需實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的大量投入。擁有高超教學(xué)智慧的教師，可以利用身邊的一切適用的物品作為教學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備來(lái)完成課堂實(shí)驗(yàn)。比如，用張開(kāi)的手掌靠近臉頰，臉頰立刻就可以感受到來(lái)自手掌的紅外輻射，如同靠近熊熊的火爐或者不發(fā)光的暖氣片一樣;用兩根粉筆（或者鉛筆）并攏在一起，平行于教室的日光燈管，通過(guò)中間的狹縫觀測(cè)，就可以明顯地看到明暗相間的衍射條紋等。這樣一些實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)陋而不簡(jiǎn)單，便于學(xué)生模仿并在課內(nèi)外重復(fù)實(shí)驗(yàn)，在體驗(yàn)中學(xué)習(xí)物理知識(shí)和規(guī)律。

在物理學(xué)習(xí)中，經(jīng)常有某些物理問(wèn)題由于學(xué)生缺乏生活經(jīng)驗(yàn)而難以理解。例如，考查牛頓運(yùn)動(dòng)定律的瞬時(shí)性問(wèn)題，常常會(huì)用豎直靜止的彈簧兩端各連接一個(gè)質(zhì)量相等（或者不同）的小球。當(dāng)放開(kāi)上端小球的時(shí)刻，下端小球的加速度為零。我們就設(shè)計(jì)采用玩具彩虹圈（彩虹圈是一種螺旋彈簧玩具，也是一個(gè)物理玩具，可以用來(lái)做許多物理實(shí)驗(yàn)）來(lái)模擬。當(dāng)豎直的彩虹圈上端由靜止釋放逐漸下落時(shí)，彩虹圈的下端竟然紋絲不動(dòng)。我們可以讓學(xué)生親眼看到彈簧的形變的延緩性。在學(xué)生驚嘆之余，教師進(jìn)一步用微元的方法從上向下逐段分析，引發(fā)學(xué)生的更加高階思維。

學(xué)生是課堂的主體。課堂上學(xué)生的觀察點(diǎn)、思維的起點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)都需要教師積極有效的引導(dǎo)。在摩擦力的教學(xué)過(guò)程中，我們?cè)O(shè)計(jì)教師用黑板擦在黑板上反復(fù)做擦黑板的動(dòng)作，然后再把板擦從黑板的上沿處由靜止釋放，緊接著瀟灑地向下?lián)]手摁住快速下落的黑板擦。在創(chuàng)設(shè)了這樣有比較的物理情境以后，提出物理問(wèn)題：你看到了什么？你聽(tīng)到了什么？你想到了什么？你有什么問(wèn)題？你有什么思考？你得到了什么樣的判斷？學(xué)生可以看到兩種情況下，黑板擦和黑板之間都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也可以看到兩種情況下手對(duì)黑板擦的按壓作用力不同，可以聽(tīng)到前者有摩擦的聲音，而下落沒(méi)有摩擦聲音。通過(guò)師生之間的交流和學(xué)生之間的討論之后得到滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生不僅需要直接接觸的物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互擠壓的彈力也是必不可少的條件。

用身邊的器材做創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，需要教師有一雙智慧的眼睛。教師發(fā)現(xiàn)身邊器材的教學(xué)價(jià)值，并在課堂上靈活應(yīng)用，學(xué)生就會(huì)模仿，會(huì)覺(jué)得物理就在我們的身邊。教師的垂范更為學(xué)生的課外實(shí)驗(yàn)提供了榜樣作用。這樣的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成本低，但教學(xué)效果不低、教學(xué)智慧不低。用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)建構(gòu)情境化的課堂，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的重要途徑，也是考查物理教師學(xué)科教學(xué)技能的側(cè)重方面。

用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)構(gòu)建物理情境化課堂的要素是要聯(lián)系生活創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引發(fā)沖突，基于實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)探究情境，激活知識(shí)創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情境，引導(dǎo)學(xué)生參與，創(chuàng)設(shè)生成情境。與以灌輸知識(shí)為目標(biāo)的課堂教學(xué)不同，用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的物理情境化課堂在課堂組織形式上不只是教師講解、傳授知識(shí)，而是師生互動(dòng)，激活思維。課堂教學(xué)過(guò)程不再是平鋪直敘、索然無(wú)味，而是曲徑通幽、引人入勝;教學(xué)的目標(biāo)不只是學(xué)科的結(jié)論，學(xué)生學(xué)到的也不僅僅是解題技能。教師教的是學(xué)科思維，學(xué)生收獲的是科學(xué)智慧。在培養(yǎng)目標(biāo)上不再是培養(yǎng)對(duì)科學(xué)和生活毫無(wú)興趣只會(huì)解題的考生，而是處處留心皆學(xué)問(wèn)，從解題走向解決問(wèn)題，能適應(yīng)創(chuàng)新型社會(huì)發(fā)展所需要的新型人才。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的情境化課堂中，學(xué)生活動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)基于課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和學(xué)生的學(xué)科認(rèn)知特點(diǎn)以及心智養(yǎng)成需求，依托真實(shí)的物理情境，指向?qū)W生科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。通過(guò)單元學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生能夠體會(huì)到物理知識(shí)間的邏輯性，并在提出物理問(wèn)題，建構(gòu)物理模型，解釋物理現(xiàn)象等學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)過(guò)程中，習(xí)得科學(xué)思維、科學(xué)方法，逐步發(fā)展為進(jìn)行科學(xué)探究解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，單元學(xué)習(xí)活動(dòng)可以包括這些環(huán)節(jié)和路徑，以情境引發(fā)問(wèn)題，以問(wèn)題引領(lǐng)活動(dòng)的展開(kāi)，以活動(dòng)促使獲得結(jié)論，以結(jié)論促進(jìn)知識(shí)的應(yīng)用，以應(yīng)用促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

作者單位 ?陜西省西安市西電中學(xué)