物理情境化教學(xué)視角下“超重和失重”教學(xué)的綜述與啟發(fā)

古啟蒙

摘? ?要：新課標(biāo)頒布以來，高考物理情境化試題明顯增多，如何在日常教學(xué)中進(jìn)行有效情境創(chuàng)設(shè)越來越受到重視。以“超重和失重”為例，對新課標(biāo)頒布后2018—2022年間的文獻(xiàn)進(jìn)行整理歸納，以情境化教學(xué)設(shè)計和情境化實驗創(chuàng)新為主要關(guān)注點，分三個部分進(jìn)行綜述，并對超重和失重的情境化教學(xué)提出一些想法與思考。

關(guān)鍵詞：超重和失重；實驗；情境化；教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）4-0018-3

1? ? 問題的提出

1.1? ? 超重和失重教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)中存在的問題

超重和失重現(xiàn)象的發(fā)生條件以及解釋涉及牛頓運動定律的相關(guān)知識，所以該內(nèi)容的教學(xué)往往安排在牛頓運動定律的后面進(jìn)行。超重和失重在生活和生產(chǎn)中有不少應(yīng)用，是體現(xiàn)物理與實際生活相聯(lián)系的絕佳例子。目前存在的問題是教師在實際教學(xué)中創(chuàng)設(shè)情境時，容易陷入情境的堆疊中，難以培養(yǎng)學(xué)生將實際情境中的問題轉(zhuǎn)化為物理模型的能力，忽視了知識、認(rèn)知與核心觀念的融合，缺乏對學(xué)生思維和科學(xué)素養(yǎng)提升的思考。

1.2? ? 不同教材中對“超重和失重”的處理方式及問題

不同版本的教材對“超重和失重”的處理方式并不一樣。超重和失重現(xiàn)象發(fā)生的條件以及解釋涉及牛頓運動定律的相關(guān)知識，人教版教材（2015年）把該教學(xué)內(nèi)容安排在牛頓運動定律的后面進(jìn)行，并作為牛頓第二定律應(yīng)用的一個例子來處理［1］。依據(jù)新課標(biāo)編寫的新粵教版、新人教版教材中則是單獨編為一節(jié)［2-3］。為了突顯該內(nèi)容在育人方面的作用和價值，這樣的安排顯然讓育人的作用地位大為提高。但是，很多老師依然沿用“情境引入—定義講解—分析歸納—練習(xí)”的教學(xué)模式，很多學(xué)生學(xué)完本節(jié)內(nèi)容后還是覺得這就是一個牛頓第二定律的應(yīng)用而已，領(lǐng)會不到這個教學(xué)內(nèi)容在落實物理核心素養(yǎng)方面的育人價值，也沒辦法很好地提升模型建構(gòu)、實驗探究等關(guān)鍵能力。

因此，在開展“超重和失重”教學(xué)時，應(yīng)注意以下問題：

（1）如何創(chuàng)設(shè)超重和失重教學(xué)中的有效情境？

（2）如何改進(jìn)超重和失重相關(guān)實驗，使實驗的教學(xué)以學(xué)生為中心，使其過程、結(jié)果更加具象化、準(zhǔn)確化，促進(jìn)學(xué)生模型建構(gòu)、實驗探究等關(guān)鍵能力的發(fā)展？

（3）如何實現(xiàn)超重和失重的實驗情境創(chuàng)設(shè)由教師演示實驗向?qū)W生實驗轉(zhuǎn)化？

2? ? 研究方法

本研究以CNKI中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫為數(shù)據(jù)來源，以“超重和失重”為篇名關(guān)鍵詞篩選新課標(biāo)頒布后2018至2022年間的文獻(xiàn)，排除不相關(guān)的文獻(xiàn)后，共得文獻(xiàn)108篇。對文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計分析（表1），發(fā)現(xiàn)超重和失重的研究主題主要分為三個方向，分別是“超重和失重的教學(xué)設(shè)計”“超重和失重的實驗改進(jìn)”“超重和失重的理論分析”，反映出超重和失重的教學(xué)難點也應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在這三個方向。

3? ? 難點問題分析與啟發(fā)

3.1? ? 難點問題1：如何創(chuàng)設(shè)“超重和失重”教學(xué)中的有效情境

在進(jìn)行超重和失重的教學(xué)設(shè)計時，研究者大都會從學(xué)生熟悉的生活場景進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，如關(guān)于體重計［4］、升降電梯、用橡皮繩和鉤碼模擬蹦極、紙帶提砝碼［5］、拋水瓶……這樣的情境創(chuàng)設(shè)，降低了學(xué)生對新知識的恐懼，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情。

研究者們在真實情境的組織上有三種不同的形式：（1）僅引入課堂時創(chuàng)設(shè)情境；（2）在每一環(huán)節(jié)都創(chuàng)設(shè)與超重和失重相關(guān)的不同情境；（3）創(chuàng)設(shè)一個真實情境并貫穿一節(jié)課，在各個教學(xué)環(huán)節(jié)中解決對應(yīng)的問題，最后綜合本節(jié)課的所有知識，總結(jié)整理該真實情境的發(fā)生原理。在創(chuàng)設(shè)情境中要思考是不是有效情境，如果只是多個情境進(jìn)行堆疊，為了情境而創(chuàng)設(shè)情境，這樣容易分散學(xué)生的思維發(fā)展，反而忽視了知識和認(rèn)知的結(jié)構(gòu)化，缺乏對學(xué)生思維和科學(xué)素養(yǎng)的提升。如《創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境 激活課堂思維 發(fā)展核心素養(yǎng)——以高中物理“超重與失重”教學(xué)為例》［6］一文，通過創(chuàng)設(shè)表演展現(xiàn)情境、實驗演示情境、實例演繹情境、媒體重現(xiàn)情境、語言營造情境、實踐體驗情境六種方式把認(rèn)識活動和情感活動結(jié)合在一起，學(xué)生不自覺地以運營者、問題解決者的定位要求自己，綜合運用所學(xué)知識解決問題，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的課堂要求，實現(xiàn)課堂“知識為本”向“素養(yǎng)為本”的轉(zhuǎn)化，很好地進(jìn)行了有效情境的創(chuàng)設(shè)，達(dá)到培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。

3.2? ? 難點問題2：如何改進(jìn)“超重和失重”相關(guān)實驗

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》［7］對超重和失重現(xiàn)象的內(nèi)容要求為“通過實驗認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象”，非常明確地強(qiáng)調(diào)要通過實驗來認(rèn)識該知識。實驗是人類獲得知識、檢驗知識的一種實踐形式。本節(jié)課最重要的實驗就是超重和失重產(chǎn)生條件的探究實驗，人教版教材的實驗是在體重計上做下蹲、起立動作，同時觀察體重計示數(shù)的變化，儀器簡單。但在實際教學(xué)操作中發(fā)現(xiàn)，體重計的指針處于運動狀態(tài)，示數(shù)變化太快，讀數(shù)非常困難，往往僅能定性觀測，無法進(jìn)行定量研究。

已有不少研究者對實驗裝置進(jìn)行了改進(jìn)，相比于傳統(tǒng)的實驗裝置，大多數(shù)改進(jìn)實驗裝置結(jié)合了現(xiàn)代信息技術(shù)，讓學(xué)生實時、動態(tài)、直觀地觀察到力的變化過程［8-13］。利用數(shù)字化實驗的改進(jìn)儀器可以讓學(xué)生直觀認(rèn)識到下蹲過程是先失重再超重，起立過程是先超重再失重，打破了學(xué)生最初“下蹲過程只有超重”的錯誤認(rèn)知和思維定式。

綜上所述，大多數(shù)改進(jìn)的裝置操作簡單、現(xiàn)象明顯，是適應(yīng)該階段學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平、適合相應(yīng)新課標(biāo)要求開展學(xué)生實驗的較好選擇。

3.3? ? 難點問題3：如何實現(xiàn)“超重和失重”的實驗情境創(chuàng)設(shè)由教師演示實驗向?qū)W生實驗轉(zhuǎn)化

物理規(guī)律的探究需要創(chuàng)設(shè)情境，“觸景生情”。在物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)一個好的實驗情境，能使學(xué)生通過被帶入、參與、提出疑問、解決疑問的過程更好地提升學(xué)科核心素養(yǎng)。實驗情境創(chuàng)設(shè)由教師演示實驗向?qū)W生實驗轉(zhuǎn)化，可以很好地解決教師演示實驗課堂中學(xué)生參與度不高、課堂氣氛不夠活躍等問題，培養(yǎng)學(xué)生核心價值，提升關(guān)鍵能力。

在“超重和失重”實驗中，裴超［11］、徐曉飛［14］等老師在實驗室現(xiàn)有器材基礎(chǔ)上加入DISLAB系統(tǒng)的改進(jìn)實驗，裝置取材于實驗室，組裝簡單，現(xiàn)象明顯。可以利用這些實驗裝置以小組合作的方式進(jìn)行學(xué)生實驗，是實現(xiàn)教師演示實驗向?qū)W生實驗轉(zhuǎn)化的一種方法。實現(xiàn)“超重和失重”的實驗情境創(chuàng)設(shè)由教師演示實驗向?qū)W生實驗轉(zhuǎn)化的實踐研究還比較欠缺，具備深入研究的價值。

4? ? 總結(jié)與啟發(fā)

4.1? ? 創(chuàng)設(shè)有效的情境并設(shè)置層層遞進(jìn)的問題鏈

有效情境創(chuàng)設(shè)應(yīng)來源于生活、生產(chǎn)或真實的物理實驗過程，并在每一步情境中都蘊(yùn)含相應(yīng)的物理問題，讓學(xué)生在問題解決過程中推理論證、建構(gòu)知識、形成物理學(xué)科素養(yǎng)。這就要求教師在備課過程中對教材中的每一個知識進(jìn)行深入研究，了解教情、學(xué)情，從學(xué)生角度出發(fā)，將知識問題化，將問題層次化，形成真實情境中層層遞進(jìn)的問題鏈，培養(yǎng)學(xué)生思考、分析和建構(gòu)模型的關(guān)鍵能力和科學(xué)探究的學(xué)科素養(yǎng)。

4.2? ? 充分發(fā)揮實驗情境教學(xué)的作用

實驗情境的觀察、實驗方案的設(shè)計、實驗裝置的搭建、實驗過程的探究、實驗數(shù)據(jù)的記錄、實驗結(jié)論的分析、評估和反思，這都是物理實驗培育學(xué)生核心素養(yǎng)的地方。在教學(xué)中，教師可以根據(jù)現(xiàn)有實驗存在的不足，大膽進(jìn)行實驗改進(jìn)、創(chuàng)新，使之更有效地利用實驗情境教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的物理關(guān)鍵能力，促進(jìn)學(xué)生“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

4.3? ? 以創(chuàng)設(shè)探究性情境為核心進(jìn)行實驗改進(jìn)

創(chuàng)設(shè)探究性情境，讓學(xué)生體驗未知到新知的探索過程，形成對探究對象的判斷以生成新的知識，反思探究過程以發(fā)展學(xué)習(xí)能力。

新課標(biāo)重視學(xué)生實驗，提倡根據(jù)實驗內(nèi)容和各學(xué)校的不同環(huán)境，盡量讓學(xué)生自主探究、自己動手做實驗，創(chuàng)設(shè)探究性情境，讓學(xué)生體驗未知到新知的探索過程，提倡減少演示實驗，變演示實驗為邊講邊實驗或?qū)W生小組探究性實驗。因此，教師在對實驗進(jìn)行改進(jìn)時，除考慮實驗現(xiàn)象是否明顯之外，還需考慮裝置是否簡易，操作是否簡便，器材是否容易獲得，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究性實驗情境提供可能，充分發(fā)揮實驗的育人功能。

參考文獻(xiàn)：

［1］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理必修1［M］．北京：人民教育出版社，2015.

［2］熊建文.普通高中教科書物理必修第一冊［M］．廣州：廣東教育出版社，2020.

［3］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

［4］周東平.例談核心素養(yǎng)背景下的物理課堂教學(xué)設(shè)計——以《超重與失重》為例［J］.湖南中學(xué)物理，2018，33（9）：94-96，88.

［5］金晨，馬昌芳.核心素養(yǎng)視角下的“超重和失重”教學(xué)設(shè)計［J］.中學(xué)物理，2019，37（11）：53-56.

［6］應(yīng)俊.創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境 激活課堂思維 發(fā)展核心素養(yǎng)——以高中物理“超重與失重”教學(xué)為例［J］.物理教學(xué)，2020，42（4）：12-14.

［7］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［8］羅緒凱.“超重、失重”演示儀的創(chuàng)新設(shè)計與使用［J］.物理教學(xué)探討，2022，40（3）：47-49.

［9］邱文婷，張軍朋，黃威龍.基于滑輪組的超重失重演示儀的改進(jìn)［J］.實驗教學(xué)與儀器，2020，37（3）：28-29.

［10］黃文珍.關(guān)于“超重與失重”實驗的改進(jìn)［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（15）：55-56.

［11］裴超.利用DIS改進(jìn)超重與失重實驗［J］.物理之友，2021，37（10）：40-41，46.

［12］張晴.“超重和失重”演示實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（8）：46-48.

［13］劉書云，易庭豐，彭朝陽.跟隨時代發(fā)展自制教具助力物理教學(xué)——以超重與失重為例［J］.中學(xué)物理，2022，40（9）：52-54.

［14］徐曉飛，錢長炎.基于DISLAB系統(tǒng)的“超重與失重”演示實驗改進(jìn)［J］.物理教師，2018，39（4）：50，54.

［15］李清.以“超重和失重”為例談物理問題情境的創(chuàng)設(shè)［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（8）：29-30.

［16］趙洪英，張小琳.基于核心素養(yǎng)的真實情境教學(xué)策略——以“超重和失重”為例［J］.中學(xué)物理，2020，38（5）：22-24.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）