生活情境教學(xué)之“一錘定理”

葉麗萍 葉晴瑩 蘇超 陳智慧 吳志明 陳水源

摘? ?要：中學(xué)物理教學(xué)需充分挖掘生活情境，幫助學(xué)生理解抽象的物理原理、運(yùn)用物理知識(shí)解釋生活現(xiàn)象。基于物理生活情境教學(xué)，論文以生活常見(jiàn)的情境——錘子為例，研究錘子在各種情境中所涉及的物理原理，并介紹了融入物理教學(xué)的意義。通過(guò)情境教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生探究能力、模型構(gòu)建能力，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：生活情境；物理教學(xué)；錘子

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中“注重課程的時(shí)代性，關(guān)注科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展需求”的課程理念，說(shuō)明物理教育要貼近學(xué)生的真實(shí)生活，并注重與生活實(shí)際的聯(lián)系。新課標(biāo)在教學(xué)建議中指出在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施中重視情境的創(chuàng)設(shè)^{[ 1 ]}。而最直觀(guān)的情境來(lái)源于生活，所以物理教育生活化既是新課改的要求，也是教育實(shí)施的具體化。

首先，杜威在實(shí)用主義“教育即生活”中指出教育是從個(gè)人實(shí)際的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)^{[ 2 ]}，最好的教育就是在生活和經(jīng)驗(yàn)中學(xué)^{[ 3 ]}。他在五步教學(xué)法中也指出情境是教學(xué)的第一階段^{[ 4 ]}。其次，陶行知提出“生活即教育”并認(rèn)為生活含有教育的意義、教育以生活為中心、生活決定教育，教育改造生活^{[ 5 ]}。教育要解決生活中的變化，而生活瞬息萬(wàn)變，因此生活中的每個(gè)場(chǎng)景和生活方式均含有教育的意義。最后，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為教學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生從原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中生長(zhǎng)出新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程，要求學(xué)生在真實(shí)或類(lèi)似真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)^{[ 6 ]}。因此，在物理教學(xué)中要充分應(yīng)用生活情境，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、“教育即生活”“生活即教育”、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的理論依據(jù)以及相關(guān)物理知識(shí)的教育目標(biāo)，通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生把生活中模糊的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知，慢慢轉(zhuǎn)化為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺W(xué)中的概念認(rèn)知，在生活與物理學(xué)中搭建起自己的橋梁^{[ 7 ]}。本文以生活中常見(jiàn)工具——錘子為例，從錘子所涉及的不同生活情境出發(fā)，結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)生活情境在物理教學(xué)中可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、科學(xué)建模等能力。并且生活情境教學(xué)可以加強(qiáng)生活與教學(xué)之間的聯(lián)系， 縮短知識(shí)點(diǎn)與學(xué)生之間的距離，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題過(guò)程中獲得創(chuàng)新思維的發(fā)展。

1? 與錘子相關(guān)的物理情境

錘子是敲打物體使其移動(dòng)或者變形的工具，最常用來(lái)敲釘子、拔釘子、敲擊物體等等。錘子有各種各樣的類(lèi)型，例如敲擊錘、羊角錘、橡膠錘、球頭錘、鴨嘴錘等等。人們揮動(dòng)錘子時(shí)會(huì)快速帶動(dòng)手柄末端的沉重錘頭以獲得足夠的力量。教師可以合理應(yīng)用錘子的各種場(chǎng)景讓學(xué)生感悟生活中的物理，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理的能力。錘子所涉及的生活情境以及物理原理如圖1所示。

實(shí)際生活情境中使用錘子的場(chǎng)景還有很多，下面舉例說(shuō)明錘子的各種使用情境如何融入中學(xué)物理教學(xué)，突出生活情境教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。

2? 錘子情境下的案例分析

2.1? 案例一：生活情境教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力——以“動(dòng)量定理”為例

“動(dòng)量定理”是人教版選擇性必修一第一章第二節(jié)的內(nèi)容。它既是對(duì)動(dòng)量的進(jìn)一步探索又為動(dòng)量守恒定律奠定基礎(chǔ)，具有承上啟下的作用。動(dòng)量定理知識(shí)點(diǎn)本身也是牛頓第二定律的另一種表現(xiàn)形式，側(cè)重于力在時(shí)間上的累積，既可以用于恒力情況也可以用于變力情況。學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)量定理時(shí)難以厘清為何要推導(dǎo)力與動(dòng)量的關(guān)系，以及如何靈活運(yùn)用動(dòng)量定理來(lái)解釋真實(shí)生活情境。本案例將從生活情境出發(fā)，在真實(shí)情境中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究得到動(dòng)量定理的相關(guān)要素，進(jìn)一步得到相關(guān)結(jié)論，突出科學(xué)本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生探究能力，最后再次回歸到生活情境中解決生活問(wèn)題，形成“生活—物理—生活”的閉環(huán)。

物理知識(shí)點(diǎn)本身與生活實(shí)際情境聯(lián)系緊密并且物理學(xué)科的實(shí)踐性也強(qiáng)，需要學(xué)生靈活運(yùn)用物理原理解釋生活現(xiàn)象以及解決生活實(shí)際問(wèn)題。在圖2所示的教學(xué)中，從教師教學(xué)角度看，從用不同的錘子敲瓷磚產(chǎn)生對(duì)比強(qiáng)烈的效果入手，調(diào)動(dòng)學(xué)生的原認(rèn)知并引導(dǎo)學(xué)生觀(guān)察此生活現(xiàn)象提出“為什么不同的錘子敲瓷磚卻產(chǎn)生不同的效果”問(wèn)題。再通過(guò)將瓷磚換成釘子進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生進(jìn)行經(jīng)過(guò)發(fā)現(xiàn)錘子影響釘子釘入深淺這個(gè)問(wèn)題到提出猜想、制定實(shí)驗(yàn)方案、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)論整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的整個(gè)流程，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出物理問(wèn)題、在考慮多因素時(shí)利用控制變量法制定實(shí)驗(yàn)方案以及學(xué)生的證據(jù)意識(shí)、在交流與討論中進(jìn)行科學(xué)表訴與解釋的能力。接著根據(jù)這些因素有目的地進(jìn)行理論推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理、邏輯論證的能力；最終得出動(dòng)量定理的規(guī)律以及意義，豐富學(xué)生運(yùn)動(dòng)與相互運(yùn)動(dòng)的物理觀(guān)念。最后回歸生活情境，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活情境進(jìn)行模型建構(gòu)，利用動(dòng)量定理解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生物理為生活服務(wù)的意識(shí)。

從學(xué)生學(xué)習(xí)角度看，學(xué)生從常見(jiàn)的生活情境中進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生的思維過(guò)程流暢無(wú)阻礙。并且學(xué)生可以動(dòng)手參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，逐步探究科學(xué)本質(zhì)，學(xué)生課堂參與的積極性以及物理學(xué)習(xí)興趣都能提高，同時(shí)在整個(gè)教學(xué)流程中，學(xué)生始終圍繞著真實(shí)生活情境，讓學(xué)生感悟到在生活中學(xué)習(xí)物理，物理又回歸生活。

2.2? 案例二：從真實(shí)情境中構(gòu)建物理模型——以“變力做功”為例

變力做功是人教版必修二第八章第一節(jié)“功 功率”中的一個(gè)拔高知識(shí)點(diǎn)，它是對(duì)做功的進(jìn)一步探究，也是更加貼近生活實(shí)際情境的物理原理運(yùn)用。學(xué)生在以往的學(xué)習(xí)中更多的接觸到的是恒力以及恒力做功，對(duì)于變力以及變力做功這些概念比較陌生，也無(wú)法直接套用恒力做功的計(jì)算去解決實(shí)際生活中的變力問(wèn)題。本案例將從街邊“十元三錘”挑戰(zhàn)實(shí)際情境出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理模型的構(gòu)建，幫助學(xué)生掌握變力做功問(wèn)題。

物理模型是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的重要手段和方法，物理模型的構(gòu)建應(yīng)基于實(shí)際的生活情境^{[ 8 ]}。在圖3所示的教學(xué)中，從教師教學(xué)角度看，從實(shí)際的生活情境中提出問(wèn)題，并進(jìn)行情境復(fù)現(xiàn)，給學(xué)生更加直觀(guān)的印象。逐步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)情境進(jìn)行分析，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解變力做功過(guò)程，形成能量轉(zhuǎn)化的物理觀(guān)念。再提煉關(guān)鍵信息、構(gòu)建物理模型，從數(shù)學(xué)角度對(duì)模型進(jìn)行分析論證，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)思維習(xí)慣，并且提供學(xué)生進(jìn)行批判性思考的機(jī)會(huì)。再利用不同的方法對(duì)模型進(jìn)行一致性分析以及利用模型解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型要經(jīng)歷的“情境—構(gòu)建物理模型—論證物理模型—物理模型分析應(yīng)用”的完整思維過(guò)程。

從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度看，從學(xué)生感興趣的“十元三錘”挑戰(zhàn)與變力做功的知識(shí)出發(fā)，這兩個(gè)認(rèn)知原來(lái)是相互獨(dú)立的，通過(guò)情境的層層剖析，構(gòu)建物理模型，將這兩個(gè)認(rèn)知進(jìn)行構(gòu)建重組，這一過(guò)程符合建構(gòu)主義的知識(shí)觀(guān)，在學(xué)生原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)的構(gòu)建。同時(shí)也在利用模型解決問(wèn)題的推導(dǎo)過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)推理的科學(xué)思維。

3? 總結(jié)

論文從一個(gè)簡(jiǎn)單的生活工具——錘子入手，對(duì)不同情境中的錘子及其涉及的物理原理進(jìn)行分析描述，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了“動(dòng)量定理”“變力做功”2個(gè)相關(guān)教學(xué)流程設(shè)計(jì)，對(duì)其生活情境的教學(xué)效果進(jìn)行了分析。研究說(shuō)明在物理教學(xué)過(guò)程中結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，靈活運(yùn)用情境，可激發(fā)學(xué)生原有認(rèn)知，搭建新舊知識(shí)的橋梁，逐步滲透物理觀(guān)念，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力、論據(jù)意識(shí)、科學(xué)表述能力和應(yīng)用物理原理解釋生活現(xiàn)象的能力。

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