初三科學(xué)進(jìn)階復(fù)習(xí)的情境化教學(xué)策略研究
——以《生活中的杠桿》復(fù)習(xí)教學(xué)為例

朱紅莉|浙江省杭州市采荷實(shí)驗(yàn)學(xué)校

一、杠桿類問題引發(fā)的思考

（一）關(guān)注學(xué)生的核心素養(yǎng)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“《課程標(biāo)準(zhǔn)》”）對(duì)杠桿內(nèi)容的要求為：知道簡單機(jī)械杠桿的特點(diǎn)，并能用其解釋一些生活實(shí)例。筆者對(duì)近三年杭州中考關(guān)于杠桿知識(shí)的考查進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)每年的分值穩(wěn)定于6分，可見其重要地位。這些試題依托于具體的情境，考查學(xué)生的杠桿模型建構(gòu)能力、利用杠桿平衡條件分析推導(dǎo)和解釋應(yīng)用的能力。其中，變化的是知識(shí)所依托的情境，不變的是素養(yǎng)立意下調(diào)動(dòng)所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力要求。

（二）初三復(fù)習(xí)課的現(xiàn)狀

《課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，要“突出學(xué)生的主體地位……創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情境，設(shè)計(jì)適宜的探究問題，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，激發(fā)積極思維”，但復(fù)習(xí)課中教師很少創(chuàng)設(shè)情境。實(shí)際上，復(fù)習(xí)課是學(xué)生對(duì)碎片化知識(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)的過程，更需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)情境來激發(fā)學(xué)生的“疑”與“思”，讓學(xué)生動(dòng)手又動(dòng)腦，提高復(fù)習(xí)的效率。

例如對(duì)《生活中的杠桿》的復(fù)習(xí)，傳統(tǒng)策略是：一輪復(fù)習(xí)，回顧杠桿五要素的定義，省力、費(fèi)力、等臂三類杠桿的分類和杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)，炒冷飯式地復(fù)習(xí)已學(xué)內(nèi)容，通過大量習(xí)題訓(xùn)練加以鞏固；二輪復(fù)習(xí)，依舊采用反復(fù)練習(xí)的方式強(qiáng)化對(duì)杠桿平衡條件的動(dòng)態(tài)分析。這樣的復(fù)習(xí)盡管在內(nèi)容難度上有了遞進(jìn)，但仍會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的公式化學(xué)習(xí)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

二、復(fù)習(xí)課的進(jìn)階設(shè)計(jì)

（一）梯度設(shè)計(jì)，在進(jìn)階中促進(jìn)思維發(fā)展

掌握建模能力是學(xué)生核心素養(yǎng)中高階能力的體現(xiàn)。物理情境建模分析，即在不斷變化的情境中提煉信息，建立與之對(duì)應(yīng)的模型，并運(yùn)用模型分析解決問題，其一般步驟詳見圖1。這對(duì)思維正處于從具象向抽象轉(zhuǎn)變階段的初中生來說，具有一定的挑戰(zhàn)性。

圖1 物理情境建模分析的一般步驟

復(fù)習(xí)課的設(shè)計(jì)要基于教師對(duì)學(xué)生已有水平的了解，并根據(jù)學(xué)生的困難點(diǎn)進(jìn)行突破。通過前測，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生難以對(duì)生活情境中的杠桿進(jìn)行建模，尤其缺乏通過建模分析解釋生活現(xiàn)象并解決實(shí)際問題的能力。故在一輪和二輪復(fù)習(xí)中，筆者將教學(xué)目標(biāo)分解成兩步：一輪復(fù)習(xí)通過情境實(shí)驗(yàn)與模擬體驗(yàn)，逐步建構(gòu)生活中復(fù)雜杠桿的模型化研究；二輪復(fù)習(xí)以大情境轉(zhuǎn)換小情境，問題深入進(jìn)階，提高學(xué)生在實(shí)際問題中的理論推導(dǎo)分析能力。由此，學(xué)生在應(yīng)對(duì)新的情境時(shí)，就能夠自主形成分析、解決問題的思路和方法，促進(jìn)思維發(fā)展。

（二）依托情境，在建構(gòu)中促成能力進(jìn)階

學(xué)科關(guān)鍵能力指學(xué)生在學(xué)科課程的學(xué)習(xí)過程中形成的具有典型的學(xué)科特性并與特定的學(xué)科素養(yǎng)相關(guān)聯(lián)的能力。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極開展建構(gòu)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和問題解決學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。借助情境的建構(gòu)，筆者將一輪和二輪復(fù)習(xí)中的學(xué)科關(guān)鍵能力進(jìn)行分層，使學(xué)生在體驗(yàn)和創(chuàng)造中實(shí)現(xiàn)能力進(jìn)階，提升核心素養(yǎng)，詳見表1、表2。

表1 “一輪復(fù)習(xí)”中的情境與學(xué)科關(guān)鍵能力

表2 “二輪復(fù)習(xí)”中的情境與學(xué)科關(guān)鍵能力

三、情境化教學(xué)實(shí)施策略

（一）《生活中的杠桿》一輪復(fù)習(xí)策略

1.情境引入，抽象概念具象認(rèn)知

筆者準(zhǔn)備兩種不同的開瓶器（圖略），開瓶的作用力方向是不同的，讓學(xué)生在體驗(yàn)中概括總結(jié)：在杠桿（開瓶器）轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，不動(dòng)的點(diǎn)為支點(diǎn)O，使杠桿（開瓶器）轉(zhuǎn)動(dòng)的力為動(dòng)力F1，阻礙杠桿（開瓶器）轉(zhuǎn)動(dòng)的力為阻力F2。進(jìn)而概括出杠桿的定義：在力的作用下繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒。

接著，筆者以問題“為什么使用開瓶器時(shí)，動(dòng)力的作用點(diǎn)要遠(yuǎn)離支點(diǎn)”，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合開瓶過程中動(dòng)力的方向垂直于力臂，加深對(duì)力臂定義的理解，從而總結(jié)出尋找最小動(dòng)力的方法。

初中生對(duì)于物理概念的理解往往感到抽象，加之杠桿有五個(gè)要素，部分學(xué)生會(huì)產(chǎn)生排斥情緒。引入情境化實(shí)驗(yàn)，能吸引學(xué)生積極參與課堂，使其經(jīng)歷“兩種不同開瓶方式”的真實(shí)體驗(yàn)，增加對(duì)物理概念的感性認(rèn)識(shí)。這不僅能突破其對(duì)物理概念的機(jī)械記憶，更能激發(fā)其復(fù)習(xí)興趣，為后續(xù)課堂的深入研究作好鋪墊。

2.情境再現(xiàn)，建構(gòu)杠桿模型化研究

（1）轉(zhuǎn)換角度，簡化建模過程

面對(duì)生活中復(fù)雜的杠桿，筆者引導(dǎo)學(xué)生從杠桿的定義出發(fā)，先找到“硬棒”，簡化成“線杠桿”，然后從立體的文件夾實(shí)物到側(cè)面平面圖再到建立線杠桿模型，幫助學(xué)生解剖復(fù)雜的物理情境，打開杠桿建模的思路。同時(shí)，“線杠桿”模型更易分析出動(dòng)力臂和阻力臂的變化，再結(jié)合杠桿平衡條件，學(xué)生就容易分析動(dòng)力的變化規(guī)律。

對(duì)于生活情境中的簡單杠桿如“蹺蹺板”“桿秤”，學(xué)生能很快找到其中的五個(gè)要素并畫圖進(jìn)行分析，但是對(duì)于較復(fù)雜的物體，學(xué)生往往束手無策。因此，筆者展示具體實(shí)物，選擇側(cè)面角度抽離出“平面上的線杠桿”模型，為生活中各類復(fù)雜杠桿簡化建模提供思路。

（2）模擬情境，促使建模可視化

日常生活中經(jīng)?？煽吹綇V告牌被大風(fēng)吹倒，筆者讓學(xué)生思考并分析原因。在這個(gè)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜過程中，學(xué)生光靠想象難以建模，因此用小的模型（平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的器材）代替廣告牌，用吹氣代替風(fēng)，小組合作模擬吹倒的過程，再選擇側(cè)面視角作圖轉(zhuǎn)化為“線杠桿”，最后結(jié)合杠桿平衡條件，就可分析出廣告牌被吹倒的原因。

以模擬實(shí)驗(yàn)將生活中的情境再現(xiàn)，可化抽象為具體，化復(fù)雜為簡單，使學(xué)習(xí)內(nèi)容直觀化。這一過程中，學(xué)生能夠迅速從復(fù)雜杠桿中找出對(duì)應(yīng)的支點(diǎn)、力和力臂，并作圖將其可視化。

3.模型運(yùn)用，促進(jìn)實(shí)際問題的解決

學(xué)習(xí)杠桿時(shí)，學(xué)生不僅需要判斷和識(shí)別出杠桿模型，更需要運(yùn)用杠桿模型解決實(shí)際問題。在此過程中，學(xué)生需要將題目中的信息提取出來，轉(zhuǎn)化成與之對(duì)應(yīng)的物理量，運(yùn)用杠桿平衡條件求解相關(guān)物理量之間的變化，從而建立邏輯關(guān)系。

如何改進(jìn)使廣告牌不容易被吹倒？學(xué)生根據(jù)建立的杠桿模型，給出了三種解決方案：一是增加廣告牌的自身質(zhì)量；二是增大廣告牌底盤的半徑；三是降低廣告牌的高度。從平衡條件分析實(shí)際問題，學(xué)生的思維更加嚴(yán)謹(jǐn)，解決問題的策略也更加多元。

此外，筆者將“如何改進(jìn)宜家衣柜使其不傾倒”，留給學(xué)生課后遷移建模研究，激發(fā)學(xué)生解決實(shí)際問題的興趣。這種“情境模擬+建模推導(dǎo)”的方式，提供了分析實(shí)際問題的一般方法，可降低學(xué)生解決實(shí)際問題的思維難度，有利于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

（二）《生活中的杠桿》二輪復(fù)習(xí)策略

復(fù)習(xí)不是簡單意義上的知識(shí)重復(fù)，而是以基礎(chǔ)知識(shí)為前提的更深層次的理解和應(yīng)用。因此，二輪復(fù)習(xí)更應(yīng)在一輪復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入建構(gòu)——情境設(shè)計(jì)由易到難、問題設(shè)置步步深入，激發(fā)學(xué)生的積極思維。

1.轉(zhuǎn)換情境，引發(fā)探究

主情境：一袋物體重50N，一根扁擔(dān)長1.2m。

［情境一：挑扁擔(dān)］

小組合作探究如何操作能讓我們挑扁擔(dān)時(shí)肩部所受到的壓力更??？

要求：在體驗(yàn)過程中，不可以減少儀器，忽略扁擔(dān)重力。盡可能多地尋找可行方法，并將可行的方案記錄在任務(wù)單上。

［情境二：平地抬扁擔(dān)］

當(dāng)重物在兩個(gè)人之間移動(dòng)時(shí)，對(duì)兩個(gè)人的壓力是否會(huì)發(fā)生變化？如何移動(dòng)能夠幫助一方省力？一方省力時(shí)，對(duì)方省力了嗎？

要求：在體驗(yàn)過程中，不可以減少儀器，忽略扁擔(dān)重力。每個(gè)學(xué)生都進(jìn)行抬扁擔(dān)嘗試，并把分析推導(dǎo)的過程寫在任務(wù)單上。

［情境三：爬樓梯抬扁擔(dān)］

當(dāng)兩個(gè)人抬著扁擔(dān)爬樓梯，若重物處于杠桿中間時(shí)，分?jǐn)傇趦扇思缟系牧σ粯訂?？（假設(shè)肩對(duì)桿的力始終豎直向上）

要求：每個(gè)學(xué)生都進(jìn)行抬扁擔(dān)嘗試，并把證明的過程寫在任務(wù)單上。

在一輪復(fù)習(xí)對(duì)生活中的杠桿進(jìn)行建模指導(dǎo)后，二輪復(fù)習(xí)再對(duì)生活情境中的“扁擔(dān)”深入研究，通過大情境“扁擔(dān)”串聯(lián)三個(gè)小情境，從一人挑扁擔(dān)到平地抬扁擔(dān)再到爬樓梯抬扁擔(dān)，受力的對(duì)象從一個(gè)人到兩個(gè)人，場景從平地到有坡度的樓梯，復(fù)習(xí)深度逐步推進(jìn)。

2.運(yùn)用模型，深入推理

［情境一：挑扁擔(dān)］

學(xué)生經(jīng)過嘗試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)貨物放在肩膀的后面，不論肩膀離支點(diǎn)O多遠(yuǎn)，此時(shí)動(dòng)力臂都小于阻力臂，是一個(gè)費(fèi)力杠桿。他們最終經(jīng)討論畫出了最省力的方式，詳見圖2（見下頁），并提供了證明（略）。

圖2 挑扁擔(dān)省力杠桿模型

［情境二：平地抬扁擔(dān)］

此時(shí)情境一中的二力平衡分析方法已經(jīng)無法計(jì)算出一方肩膀杠桿的支持力，因?yàn)榱硪环郊绨驅(qū)Ω軛U的力是未知的。學(xué)生總結(jié)后發(fā)現(xiàn)若將過支點(diǎn)的力舍去（此時(shí)力臂為0），問題就迎刃而解。

［情境三：爬樓梯抬扁擔(dān)］

在樓梯上抬扁擔(dān)時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)杠桿分析的方法與情境二是一樣的，難點(diǎn)在于力臂長度要結(jié)合數(shù)學(xué)三角函數(shù)的公式進(jìn)行表達(dá)，可假設(shè)傾角為θ，再進(jìn)行受力分析和證明。

在對(duì)實(shí)際的杠桿模型進(jìn)行分析時(shí)，往往會(huì)涉及很多知識(shí)，例如浮力、密度、電學(xué)、電磁等，信息量大、思維跨度高，需要學(xué)生學(xué)會(huì)使用數(shù)學(xué)語言進(jìn)行問題求解，從定量的角度寫出表達(dá)式，從函數(shù)關(guān)系的角度分析物理量的變化，且具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砟芰驮鷮?shí)的數(shù)學(xué)功底，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)進(jìn)行有效整合。教師要借助情境中具體問題的分析，不斷提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

3.提煉方法，自我遷移

在情境問題深入探究的過程中，學(xué)生的分析推導(dǎo)能力也在螺旋式上升。在教師的引導(dǎo)下，面對(duì)同一個(gè)情境中需要變化支點(diǎn)分析不同受力時(shí)，學(xué)生能夠歸納總結(jié)出建立“雙支點(diǎn)”杠桿的一般分析方法，詳見圖3，并能在復(fù)雜的斜坡情境中加以遷移應(yīng)用。

圖3 “雙支點(diǎn)”杠桿的一般分析方法

二輪復(fù)習(xí)的重要目的是培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，即知識(shí)運(yùn)用從單點(diǎn)到多點(diǎn)再到關(guān)聯(lián)，分析推導(dǎo)從定性到定量再到數(shù)理結(jié)合，思維要求從分析到推導(dǎo)再到歸納遷移。隨著問題鏈的推進(jìn)，學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性充分發(fā)揮，用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力得到提升。

四、實(shí)踐反思

情境化復(fù)習(xí)教學(xué)模式詳見圖4，其在初中科學(xué)課堂上的應(yīng)用，能夠更好地體現(xiàn)“學(xué)為中心”的教育理念，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用，進(jìn)而有效提高課堂復(fù)習(xí)效率。

圖4 情境化復(fù)習(xí)教學(xué)模式

在實(shí)際教學(xué)中，情境素材的選擇是教師面臨的痛點(diǎn)，尤其是復(fù)習(xí)課。教師要根據(jù)復(fù)習(xí)課的教學(xué)目標(biāo)，基于學(xué)情組織素材，篩選出學(xué)生有經(jīng)歷、能體驗(yàn)的情境。在創(chuàng)設(shè)情境的過程中，教師要選擇真實(shí)且有意義的情境，挖掘能啟發(fā)學(xué)生思維的問題，設(shè)置具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，在探究學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生解決真實(shí)問題的能力。

德國教育家第斯多惠說：“教育藝術(shù)的本質(zhì)不在于傳授知識(shí)，而在于激勵(lì)、喚醒和鼓舞?！痹诔跞茖W(xué)進(jìn)階復(fù)習(xí)課中，利用情境將零散且復(fù)雜的知識(shí)結(jié)構(gòu)化，促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，是一線教師的奮斗目標(biāo)。