梁建 潘秀梅
合理有效地創(chuàng)設(shè)物理情境是物理教學(xué)的重要組成部分,當(dāng)前的物理情境化教學(xué)要求物理教師不能只是照本宣科,而應(yīng)以教材為依據(jù),充分利用學(xué)生的心理和智力水平,設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知需求的物理情境。筆者認(rèn)為,要想利用認(rèn)知沖突創(chuàng)設(shè)有效的物理情境,一定要抓住學(xué)生的認(rèn)知需要,“投其所好”,常用的策略和方法總結(jié)如下:
一、利用生活經(jīng)驗(yàn)與學(xué)習(xí)目標(biāo)的矛盾創(chuàng)設(shè)物理情境
物理從生活中來(lái),到生活中去。利用生活經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)物理情境能夠拉近物理課堂與生活的距離,是廣大物理教師普遍采用的方法。
案例1.講授蘇科版物理九年級(jí)下冊(cè)《電能表與電功》時(shí),用同學(xué)們生活中交電費(fèi)的經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)物理情境。
教師出示自己家的電費(fèi)單。
師:同學(xué)們,請(qǐng)幫老師算算老師家這個(gè)月的電費(fèi)。
部分同學(xué)講解回答:電費(fèi)=電費(fèi)單價(jià)×(本月示數(shù)-上月示數(shù))。
教師播放電工抄電表的視頻,拉近物理課堂與學(xué)生生活的距離,引出電能表的使用。
師:請(qǐng)同學(xué)們觀察桌面上的電路板,看看電能表有哪些參數(shù)。
投影展示電能表的相關(guān)參數(shù),由學(xué)生說(shuō)出自己的理解。
通過(guò)交電費(fèi)的生活經(jīng)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)電能表的相關(guān)參數(shù),對(duì)電能表的知識(shí)學(xué)習(xí)作了牽引鋪墊,降低了學(xué)習(xí)難度,有利于學(xué)生保持長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)熱情。
二、利用對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知沖突創(chuàng)設(shè)物理情境
物理離不開(kāi)實(shí)驗(yàn),一堂沒(méi)有實(shí)驗(yàn)的物理課不能稱(chēng)之為成功的物理課。利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)物理情境,關(guān)鍵在于要能充分利用學(xué)生的認(rèn)知水平,達(dá)到“一石激起千層浪”的效果,讓學(xué)生投入其中,樂(lè)此不返。
案例2.蘇科版八年級(jí)下冊(cè)《升力》一節(jié)中,“流體流速越大,壓強(qiáng)越小”這一結(jié)論,學(xué)生很容易遺忘,甚至?xí)纬伞傲黧w流速越大,壓強(qiáng)越大”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。為了讓記憶更持久,筆者采用了如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn):
實(shí)驗(yàn)一:取一只裝礦泉水的空桶,在桶口放一個(gè)紙團(tuán),隨機(jī)抽選十位同學(xué)對(duì)著桶口吹氣,把紙團(tuán)吹進(jìn)空桶中。結(jié)果沒(méi)有一個(gè)學(xué)生能把紙團(tuán)吹入空桶,而且用的力氣越大,越容易讓紙團(tuán)從桶口射出。這與學(xué)生已有的認(rèn)知發(fā)生了矛盾,學(xué)生對(duì)此現(xiàn)象一開(kāi)始都很疑惑,但很快就有同學(xué)根據(jù)流體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系給出了正確的解釋。
實(shí)驗(yàn)二:取一只空的圓形飲料瓶,在瓶子后面點(diǎn)燃一支蠟燭,問(wèn)學(xué)生:隔著瓶子能否吹滅蠟燭,學(xué)生表示不清楚。隨機(jī)抽取一位同學(xué)做實(shí)驗(yàn),結(jié)果蠟燭被吹滅了。學(xué)生已有的認(rèn)知是空氣遇到障礙物會(huì)被阻擋,很難繼續(xù)前進(jìn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)直接讓學(xué)生來(lái)解釋很困難,需要教師引導(dǎo)分析原理:從嘴里吹出的空氣流速大,氣壓低,大氣壓大于從嘴里吹出來(lái)的氣體壓強(qiáng),“壓迫”吹出來(lái)的氣流,使它緊貼瓶身流到瓶子的后面,吹滅蠟燭。為了增強(qiáng)課堂的趣味性,接下來(lái)每隔5cm點(diǎn)燃1支蠟燭,比賽看哪位同學(xué)能吹滅最多的蠟燭。
案例3.講授蘇科版八年級(jí)下冊(cè)《力與運(yùn)動(dòng)》時(shí),學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)是:力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,物體的運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持。為了糾正這一錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),筆者采用了如下實(shí)驗(yàn)方法:
①?gòu)男泵嫔夏骋桓叨茸杂舍尫判≤?chē),當(dāng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)到鋪設(shè)毛巾的水平面后,不斷減速,滑行很近的距離S1后停下;
②從斜面上同一高度自由釋放小車(chē),當(dāng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)到鋪設(shè)木板的水平面后,不斷減速,能滑行較遠(yuǎn)的距離S2后停下;
③從斜面上同一高度自由釋放小車(chē),當(dāng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)到鋪設(shè)玻璃的水平面后,不斷減速,能滑行更遠(yuǎn)的距離S3后停下;
④如果水平面完全光滑,小車(chē)將做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
三、運(yùn)用類(lèi)比沖突創(chuàng)設(shè)物理情境
類(lèi)比法是中學(xué)物理常用的情境創(chuàng)設(shè)方法,如:電流與水流的類(lèi)比、內(nèi)能與機(jī)械能的類(lèi)比等。但有些知識(shí)點(diǎn)卻不能夠簡(jiǎn)單地類(lèi)比。
案例4. 蘇科版九年級(jí)上冊(cè)《歐姆定律的應(yīng)用》一課,教材詳細(xì)探究了如何測(cè)量定值電阻的阻值,同學(xué)們形成了這樣的認(rèn)識(shí):定值電阻的阻值是固定的,與兩端的電壓和流過(guò)它的電流無(wú)關(guān)。由此學(xué)生會(huì)形成這樣的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí):小燈泡的電阻也是定值的。為了糾正這一錯(cuò)誤,筆者運(yùn)用類(lèi)比沖突創(chuàng)設(shè)物理情境,激起學(xué)生新舊知識(shí)的矛盾,引導(dǎo)其重新認(rèn)識(shí)小燈泡的電阻。
師:我們知道定值電阻的阻值是固定的,那么小燈泡的電阻是怎樣的呢?
生:也是固定不變的,與兩端的電壓、流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。
師:真的是這樣的嗎?有不同意見(jiàn)嗎?
有的同學(xué)根據(jù)前面學(xué)習(xí)的小燈泡電阻與溫度有關(guān)的結(jié)論,提出可能是變化的。
師:我們現(xiàn)在通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量小燈泡的電阻。
通過(guò)測(cè)量不同亮度時(shí)的小燈泡的阻值,學(xué)生們最后得出結(jié)論:小燈泡的電阻變化與溫度有關(guān)。
四、利用問(wèn)題矛盾創(chuàng)設(shè)物理情境
利用矛盾沖突解決問(wèn)題古已有之,如古希臘蘇格拉底的問(wèn)答法,通過(guò)問(wèn)答找出學(xué)生認(rèn)識(shí)的缺陷,以子之矛攻子之盾,取得了良好的教學(xué)效果。
案例5. 在學(xué)習(xí)蘇科版八年級(jí)下冊(cè)《力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系》一課前,同學(xué)們頭腦中會(huì)有這樣的認(rèn)識(shí):從相同高度自由釋放兩個(gè)物體,重的物體會(huì)先落地。對(duì)此,筆者采用了如下方法:
師:同學(xué)們,從相同高度自由釋放兩個(gè)質(zhì)量不同的物體,哪個(gè)會(huì)先落地呢?
生:重的物體會(huì)先落地。
師:假如我們把兩個(gè)質(zhì)量不同的物體綁在一起,落地情況又會(huì)怎樣呢?
生A:因?yàn)楦亓?,所以比剛才兩種情況落地花的時(shí)間更少。
生B:不同意A的看法,綁在一起,下落的時(shí)間應(yīng)該介于單獨(dú)自由釋放重的物體和單獨(dú)自由釋放輕的物體之間。
通過(guò)充滿(mǎn)矛盾的問(wèn)答對(duì)話(huà),啟發(fā)學(xué)生的思維,通過(guò)思辨發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,最終得出正確結(jié)論。
五、利用函數(shù)圖像的異同創(chuàng)設(shè)情境
運(yùn)用函數(shù)圖像解決物理問(wèn)題是中學(xué)物理常用的方法之一,如正比函數(shù)、反比函數(shù)等。初中生對(duì)直觀的、可見(jiàn)的事物更感興趣,如果能利用函數(shù)圖像的異同點(diǎn)創(chuàng)設(shè)物理情境,激發(fā)認(rèn)知沖突,必將起到事半功倍的作用。
案例6. 講授蘇科版八年級(jí)下冊(cè)《密度》時(shí),密度的概念比較抽象,學(xué)生不易理解,現(xiàn)行教材改為比值法教學(xué),降低了難度,對(duì)密度的學(xué)習(xí)起到了一定的促進(jìn)作用,但卻忽視了密度與物質(zhì)的質(zhì)量、體積之間的相互關(guān)系。為了解決這個(gè)難點(diǎn),筆者采用了利用函數(shù)圖像的異同研究密度與質(zhì)量、體積的關(guān)系的方法。
師:請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制密度與質(zhì)量、密度與體積的關(guān)系圖像。
教師將學(xué)生的繪圖用實(shí)物展示臺(tái)展示給大家。如圖1所示:
師:通過(guò)這兩幅圖我們能得出什么結(jié)論呢?
生:同種物質(zhì)密度相同,與質(zhì)量多少、體積大小無(wú)關(guān)。
師:請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再繪制同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系圖像。
教師將學(xué)生的作圖用實(shí)物展示臺(tái)展示給大家,如圖2所示:
師:請(qǐng)同學(xué)們思考,這三幅圖像有什么不同?你們得出了什么結(jié)論?
生:最后一幅圖是過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn),同種物質(zhì)質(zhì)量與體積成正比。
利用函數(shù)圖像的異同創(chuàng)設(shè)物理情境,除了可以驅(qū)動(dòng)概念教學(xué),還可以透過(guò)異同實(shí)現(xiàn)物理規(guī)律教學(xué)的突破。
案例7. 以蘇科版九年級(jí)上冊(cè)《歐姆定律》的教學(xué)為例,歐姆定律是歐姆用了十余年時(shí)間多次試驗(yàn)得出的定律,而學(xué)生只用了二十分鐘就完成了實(shí)驗(yàn),學(xué)生會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果持懷疑態(tài)度,并且很快便將定律遺忘。教師在教學(xué)中可以要求學(xué)生繪制電流與電壓、電阻的函數(shù)圖像,如圖3所示:
學(xué)生根據(jù)自己畫(huà)的這兩幅圖,能夠準(zhǔn)確得出“電流與電壓成正比,與電阻成反比”的結(jié)論,從而強(qiáng)化了記憶效果。
六、比較物理模型的異同點(diǎn)創(chuàng)設(shè)物理情境
物理學(xué)研究常用建立模型的方法來(lái)減少次要因素的影響,突出本源問(wèn)題。如在研究杠桿時(shí),經(jīng)常使用“輕的杠桿、輕的細(xì)繩”這樣的說(shuō)法,為學(xué)生研究杠桿的主要特征及杠桿的平衡條件減少了障礙,能突出本源問(wèn)題的學(xué)習(xí)。
案例8.在講授蘇科版九年級(jí)下冊(cè)《磁場(chǎng)》時(shí),學(xué)生已經(jīng)在八年級(jí)上學(xué)期學(xué)習(xí)過(guò)光,并且會(huì)建立光的模型。磁場(chǎng)的學(xué)習(xí)比光的學(xué)習(xí)更加困難,看不見(jiàn),摸不著。建立磁場(chǎng)模型可以改變同學(xué)們頭腦中固有的物質(zhì)觀,磁場(chǎng)也是一種物質(zhì)。把磁場(chǎng)想象成是由一根根的磁感線(xiàn)組成的,如圖4所示:
磁感線(xiàn)是假想出來(lái)的曲線(xiàn),將磁感線(xiàn)和電流類(lèi)比,它們都是閉合的曲線(xiàn),串聯(lián)電路電流處處相等,但磁感線(xiàn)在磁體兩級(jí)最密集,疏密程度反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁場(chǎng)模型的建立,很好地解決了接下來(lái)要學(xué)習(xí)的電動(dòng)機(jī)原理和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
總之,在物理教學(xué)中,教師要善于利用學(xué)生的認(rèn)知沖突創(chuàng)設(shè)情境,甚至要有意“刁難”學(xué)生,激發(fā)認(rèn)知矛盾,為學(xué)生的思維訓(xùn)練設(shè)置有梯度的障礙,抓住學(xué)生的心智發(fā)展特點(diǎn),激趣設(shè)疑,這樣才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,幫助學(xué)生快速建構(gòu)新的知識(shí),將舊知識(shí)甚至是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為新的、正確的科學(xué)知識(shí)。在整個(gè)課堂教學(xué)中,要通過(guò)物理情境的創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生的心理認(rèn)知始終處于不滿(mǎn)足——滿(mǎn)足——不滿(mǎn)足的動(dòng)態(tài)發(fā)展中,這樣才能打造出高效課堂,實(shí)現(xiàn)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的要求。