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        基于學(xué)生認知發(fā)展的物理問題情境設(shè)計

        2017-07-03 13:28:40浦建軍
        江蘇教育 2017年35期
        關(guān)鍵詞:木塊斜面硬幣

        浦建軍

        基于學(xué)生認知發(fā)展的物理問題情境設(shè)計

        浦建軍

        知識需融于情境之中,才能顯示活力與美感。學(xué)生在豐富的問題情境中學(xué)習(xí),才能學(xué)得更生動、更主動,認知結(jié)構(gòu)才能不斷地發(fā)展與完善。不同類型的問題情境可以依照不同的路徑展開。具體而言,生活化問題情境,應(yīng)注重感性到理性的提升;體驗式問題情境,應(yīng)注重表象到本質(zhì)的深化;開放式問題情境,則需要低階到高階的跨越。

        問題情境;認知發(fā)展;高中物理

        建構(gòu)主義理論提出知識是情境化的,個體的認知發(fā)展必須關(guān)注到個體認知經(jīng)驗 (如知識理解、認知策略)和情感體驗(如學(xué)習(xí)信念、自我概念)的發(fā)展。任何學(xué)習(xí)的愿望,總是在一定的情境中發(fā)生的。多樣化的、適切的問題情境,能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,激活學(xué)生的思維動力,增強學(xué)生的情感體驗。學(xué)生在一定的物理問題情境中經(jīng)歷同化、順應(yīng)、自我建構(gòu)的過程,可以有效加強對物理概念和物理規(guī)律的理解。要達到這樣的目標(biāo),需要教師在教學(xué)中對問題情境進行有效設(shè)計,優(yōu)化物理教學(xué),促進學(xué)生的發(fā)展。高中物理教學(xué)可創(chuàng)設(shè)的情境是多種多樣的,下面具體論述三種類型。

        一、生活化問題情境:感性到理性的提升

        陶行知先生有過一個精辟的比喻:“接知如接枝。”他說:“我們要有自己的經(jīng)驗做根,以這經(jīng)驗所發(fā)生的知識做枝,然后別人的知識方才可以接的上去,別人的知識方才成為我們知識的一個有機部分?!敝R的獲得首先來自于生活和個人的直接經(jīng)驗,物理教學(xué)應(yīng)突出認知活動與社會生活的融合。在這一過程中,要理順形象思維與抽象思維、感性認識與理性認識的關(guān)系,平衡生活世界與科學(xué)世界的關(guān)系,進而完善學(xué)生認知結(jié)構(gòu)。

        [案例1]“液體表面張力”教學(xué)中的情境設(shè)計

        【生活現(xiàn)象情境】教師將一個鐵球從容器內(nèi)的水面靜止釋放,鐵球沉入水底;將鐵球換成一木塊,木塊漂浮在水面;再將木塊換成一枚一元硬幣,教師問學(xué)生硬幣會怎樣?學(xué)生異口同聲說硬幣沉入水中,結(jié)果驚奇地發(fā)現(xiàn)硬幣漂浮在水面。教師引導(dǎo)學(xué)生從物體的浮沉條件分析硬幣漂浮的奧秘。

        【實驗現(xiàn)象情境】

        ①教師將剛才的那枚硬幣在水面下某處靜止釋放,再問學(xué)生硬幣會怎樣?

        ②在一個玻璃杯中倒?jié)M水(加一點紅墨水,便于觀察),水面與杯口齊平。學(xué)生向杯內(nèi)加回形針,加到第100個回形針時,杯中水還沒有溢出,但是杯口液面已經(jīng)明顯凸起。

        ③教師將橡皮薄膜緊緊扎在塑料瓶口,向瓶內(nèi)打氣,學(xué)生觀察到橡皮薄膜凸起。

        基于生活經(jīng)驗的對比實驗引起了學(xué)生的認知沖突,學(xué)生看到了真實的問題情景,好奇心被激發(fā),形成了真實的問題,從硬幣的浮沉現(xiàn)象到力與物體運動狀態(tài)關(guān)系的分析,促進了學(xué)生抽象思維的發(fā)展,幫助學(xué)生較好地感知液體表面張力的存在。

        三個實驗現(xiàn)象情境的設(shè)計緊扣表面張力的特點,學(xué)生能夠觀察到硬幣在水面下釋放會下沉,杯口凸起的液面跟鼓起的橡皮膜一樣。這些形象直觀的現(xiàn)象有效地刺激和激發(fā)了學(xué)生的想象力,學(xué)生在不同實驗現(xiàn)象的對比中深刻認識到:表面張力只能在液體表面產(chǎn)生,液面跟橡皮膜一樣有彈性并有收縮的趨勢。這樣的問題情境設(shè)計,立足于學(xué)生的感性認識,引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)抽象,采用比較、分析、綜合、歸納等方法,有效地突破了物理概念高度抽象、多重抽象的難點,輔助學(xué)生建立相應(yīng)的物理概念。

        二、體驗式問題情境:表象到本質(zhì)的深化

        英國學(xué)者柯林·比爾德在其著作中論述道:“我們發(fā)現(xiàn),脫離體驗談?wù)搶W(xué)習(xí)沒有任何意義。體驗不能被忽略,它是所有學(xué)習(xí)的核心思考點。學(xué)習(xí)建立并源自于體驗:不論刺激學(xué)習(xí)的外部因素是什么——教師、材料、有趣的機會——只有當(dāng)學(xué)習(xí)者進行了體驗,至少在某種程度上進行了體驗,學(xué)習(xí)才會發(fā)生。只有通過轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)者的體驗,這些外部影響因素才能起作用?!痹隗w驗之中學(xué)習(xí),是同已有認知基礎(chǔ)的碰撞與超越,教師不應(yīng)只看重學(xué)生獲得知識的對與錯、多與少這些有形的結(jié)果,還應(yīng)更關(guān)注學(xué)生在親歷與體驗中對知識的理解程度、解決問題中的能力發(fā)展程度、意義建構(gòu)中的情感豐富程度。

        [案例2]“靜摩擦力”教學(xué)中的情境設(shè)計

        體驗1:請學(xué)生用兩個手指捏住一只空礦泉水瓶,沿著瓶子內(nèi)壁緩慢加水,要求手指與瓶子之間不能發(fā)生相對滑動。請學(xué)生談感受,并分析其中的原因。

        體驗2:在注滿水的礦泉水瓶表面涂上肥皂液,請學(xué)生仍用兩個手指捏起瓶子。請學(xué)生談感受,靜摩擦力的方向怎樣判斷?

        體驗3:學(xué)生手提書本,沿著豎直方向、水平方向、斜向右上方緩慢運動,分析靜摩擦力的大小與方向,談?wù)剬o摩擦力的“靜”的理解。

        體驗4:提供一袋米、幾只不同的杯子(一次性紙杯、玻璃杯、陶瓷杯、不銹鋼杯)、幾種不同的筷子(竹筷、木筷、塑料筷子、金屬筷子),學(xué)生隨意選擇提供的物品重做初中時的“筷子提米”實驗。

        讓學(xué)生在頭腦中形成直觀、概括、可操作的表象,進而進行有效思維,是形成概念的一般步驟。為突破靜摩擦力隱蔽性、多變性的難點,4個體驗情境從物境到意境逐層深入,學(xué)生從捏瓶子的感受中很好地認識到“只有用力捏緊,才能不讓瓶子下落,手稍微松一下,瓶子就會往下滑動”。這使得學(xué)生對于靜摩擦力的產(chǎn)生條件、相對運動趨勢、相對靜止的理解水到渠成。學(xué)生跨越了對靜摩擦力的望文生義,由體驗到感悟,可謂“以身體之,以心驗之”。

        三、開放式問題情境:低階到高階的跨越

        開放式的問題情境,就是在特定的問題情境下,留給學(xué)生足夠大的思維空間,讓學(xué)生從不同視角、不同層面去思考、分析、解決問題,發(fā)展學(xué)生思維力,從低階思維向高階思維跨越,將學(xué)習(xí)的關(guān)注點從認知的 “了解層”深入到 “理解層”,上升到“創(chuàng)新層”;將教與學(xué)的目標(biāo)從“學(xué)會”升華到“會學(xué)”,幫助學(xué)生勤思考、愛思考、能思考,使思考成為一種享受、一種習(xí)慣。

        [案例 3]“斜面+滑塊”題型教學(xué)

        如圖1所示,傾角為 θ、質(zhì)量為M的斜面位于水平地面上,斜面未固定,斜面、地面均粗糙。質(zhì)量為m的木塊靜止于斜面上,求地面給斜面的支持力和摩擦力。

        圖1

        師:“斜面+滑塊”題型是高考??碱}型,大家在這類題型上也經(jīng)常出錯。先請大家回想、梳理自己做過了哪些類似的問題,然后我們以“斜面+滑塊”為背景進行編題。

        (改變條件,求解問題不變)

        生1:木塊沿斜面勻速下滑而斜面靜止。

        生2:木塊以加速度a沿斜面勻加速下滑而斜面靜止。

        生3:木塊在沿斜面向下的恒力F作用下沿斜面做加速度為a的勻加速運動,斜面靜止。

        圖2

        生4:兩物體都靜止,給木塊m施加不同方向的力F時,兩物體依然保持靜止。

        生5:給木塊一個沿斜面向上的初速度,經(jīng)時間t停止。

        ……

        學(xué)生求解,比較不同條件下同一問題的求解方法有何不同,思考怎樣有效處理一題多變。

        (改變模型結(jié)構(gòu),求解不同問題,如圖2)

        學(xué)生求解,感受物理習(xí)題變的“魅力”,思考怎樣有效處理發(fā)散性問題。

        知識是過程性和生成性的,是個體在認知過程中經(jīng)過思考、聯(lián)系、感悟并內(nèi)化形成的,只有這樣才能稱之為“真知”,這種知識是活化的且具有生長性的,對于個體的成長起到真實的促進和催化作用。本例中,從做題變?yōu)榫庮},從聽題到說題,學(xué)生先是感到新奇,一試身手的積極學(xué)習(xí)情緒得到激發(fā),學(xué)習(xí)動機從淺層的喚發(fā)走向深層的喚醒;其次,編題不僅需要對命題條件進行分析,還應(yīng)有做題時的反省和評價,這需要學(xué)生間的思維碰撞。例如有的學(xué)生給出的題目條件不嚴(yán)密,經(jīng)過交流得以補充完善;有的學(xué)生借鑒他人的命題思路,通過生成性思維得出了新的題目;有的學(xué)生給出了高中階段尚不能解決的題目,在思辨中將其否定,等等。在舊題新做、熟題新說中提高了思維的變通性,助推了學(xué)生的思維生成,也讓學(xué)生享受到了學(xué)習(xí)的樂趣、體驗到了學(xué)習(xí)的成果。

        物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問題情境的策略遠不止筆者提出的以上三種,不管哪種方式,問題情境的設(shè)計必須符合學(xué)生的認知基礎(chǔ),讓學(xué)習(xí)更生動,讓學(xué)生更主動。

        [1]余文森.有效教學(xué)十講[M].上海:華東師范大學(xué)出版社,2007.

        [2]張惠鈺.《自由落體運動》教學(xué)情境設(shè)計[J].物理教學(xué),2009(12).

        [3]鄒茂全.創(chuàng)設(shè)問題情境的實踐與探索[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2012(03).

        [4]石振中.新課程理念下物理教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2011(08).

        [5]陶昌宏.以創(chuàng)設(shè)問題情景為切入點:《物理教學(xué)的基本特征》之一[J].物理教學(xué),2010(01).

        [6]鄭金洲.課改新課型[M].北京:教育科學(xué)出版社,2006.

        [7]浦建軍.物理教學(xué)應(yīng)基于學(xué)生的認知建構(gòu)過程[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2012(08).

        [8]柯林·比爾德,約翰·威爾遜.體驗式學(xué)習(xí)的力量[M].黃榮華,譯.廣州:中山大學(xué)出版社,2003.

        G633.7

        A

        1005-6009(2017)35-0054-03

        浦建軍,江蘇省錫東高級中學(xué)(江蘇無錫,214105)副校長,高級教師。

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