(浙江省平湖市當湖高級中學,浙江 平湖 314200)

1 引言

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學,在激發(fā)學生學習興趣、促進掌握知識和技能、獲得科學方法訓練及科學精神培養(yǎng)等方面都能起到非常重要的作用。創(chuàng)設實驗情境是物理教學的第一階段,實驗情境是指教師和學生利用演示實驗或?qū)W生實驗,建構(gòu)一個問題情境,喚起學生的注意,并通過一組或幾個相關(guān)實驗歸納出物理概念。運用實驗來展示有關(guān)的物理現(xiàn)象,不僅使學生感受深刻,而且創(chuàng)設的情境越新穎生動、與學生學習前概念或常識差異性越大，就越能引起學生的興趣和主動思考[2]。

2 創(chuàng)設認知沖突式情景,導入新課

教育心理學認為：學生學習的內(nèi)在要求需要在外部因素(如教師的引導、預設的情境)的誘導下才能有效地發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)：學生在成長過程中會自發(fā)形成對世界的理解和概念,這些觀念有助于理解日常所見所感,卻不一定與科學概念相一致,對學習科學可能起促進作用,也可能起阻礙作用。在新課教學中,借助物理實驗創(chuàng)設情境,直觀地展示物理現(xiàn)象,使生動的物理現(xiàn)象與學生原有認知不一致而產(chǎn)生沖突,繼而激發(fā)學生的探知興趣和熱情。

案例一：探究感應電流產(chǎn)生的條件

師:同學們,在初中的時候?qū)W習過產(chǎn)生感應電流的條件,大家還記得嗎?

生:導體棒切割磁感線,產(chǎn)生感應電流。

實驗如圖1所示，請學生重溫實驗,觀察現(xiàn)象，得出結(jié)論：閉合回路的一部分做切割磁感線的運動時,其中會產(chǎn)生感應電流。

圖1

圖2

師:那么是不是意味著只有當導體在切割磁感線的時候才能產(chǎn)生感應電流?在導體不切割磁感線的情況下,是否也能產(chǎn)生感應電流?

教師把問題拋給學生討論，在討論中,有不同的回答,在此過程中充分暴露一些學生的錯誤前概念:認為只有當導體在切割磁感線的時才能產(chǎn)生感應電流。

在討論猜想的基礎上進行實驗演示，如圖2所示，將J2425型教學用可拆變壓器的條形鐵芯豎直放置,把一帶有小燈泡的線圈套在其上(不與其接觸),接通交流220V電源后,小燈泡亮了(注意實驗時通電時間不能過長)。

師:小燈泡亮了，說明線圈中產(chǎn)生了感應電流,是什么原因產(chǎn)生了感應電流?是線圈在切割磁感線么?

生:線圈并沒有運動,沒有切割磁感線,說明線圈感應電流的產(chǎn)生有另一種情況。

實驗演示的目的在于用最明了的實驗現(xiàn)象破除學生只有當導體切割磁感線的時候才能產(chǎn)生感應電流的錯誤前概念。此后教師引入教材中的實驗,學生分組進行實驗。

實驗1:磁鐵插入或撥出線圈過程中,觀察實驗現(xiàn)象(如圖3)。

圖3

實驗2:模仿法拉第的實驗,觀察實驗現(xiàn)象(如圖4)。

圖4

在不斷產(chǎn)生的認知沖突及探究下,學生了解到感應電流的產(chǎn)生與磁場的變化有關(guān),與閉合導體回路包圍的面積也有關(guān)。進一步得出結(jié)論:只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化,回路中就有感應電流。

3 創(chuàng)設實驗情景，從具體問題中抽象出物理模型

在物理教學中,有一些重要的物理模型是從實際問題中忽略次要因素,抽象、建構(gòu)出來的,從中要讓學生獲得運用物理知識解決實際問題的能力。在新情境中,要求學生能夠自主建構(gòu)物理概念并理解其含義,了解概念的內(nèi)涵及外延,能從較復雜的情境中建立起相應的物理模型。

自由落體理想模型的建立是高中物理的教學重點,教師不僅要使學生掌握自由落體運動的知識,更重要的是通過對自由落體運動的探討,培養(yǎng)學生注重實驗、勇于探索的科學態(tài)度和科學精神,讓學生學習理想模型的建構(gòu)方法,提高學生認知能力。

案例二：“自由落體運動”

師:從同一高度同時由靜止釋放光盤和等大的紙片,哪個下落得快?若將紙片揉成團,與光盤同時由靜止下落,又如何呢?

從問題入手，暴露學生的錯誤觀念:下落的快慢跟物體的重量有關(guān)。通過實驗演示、分析，得出結(jié)論:物體下落的快慢并不是由重量所決定的,讓學生的錯誤前概念與實驗現(xiàn)象發(fā)生沖突,激發(fā)起學生的求知欲。

師:牛頓管里的鐵片、羽毛、塑料片下落的快慢如何?學生腦中還殘留原有實驗印象,回答會變得小心謹慎，各種回答都會出現(xiàn)。然后通過將牛頓管中的空氣慢慢抽盡，分階段進行實驗演示,讓學生體會，得出結(jié)論:影響落體運動快慢不同的因素是空氣阻力。

師:選用兩段不同長度的粉筆,長短相差5倍,讓它們從同一高度,同時由靜止釋放,下落快慢如何?

實驗演示:粉筆下落快慢幾乎相同,通過觀察、分析，總結(jié)得到:物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動,叫做自由落體運動。

在有空氣的空間里,如物體重力遠遠大于所受空氣阻力,此阻力可忽略不計,則物體下落的運動也可近似看作自由落體運動。由此可見自由落體運動是一種理想化模型。實際處理中,具體分析是否能夠看成是自由落體運動(如羽毛在空中的下落,顯然就不能看成自由落體運動)。

教學流程為:創(chuàng)設情景,問題提出→學生猜想,演示實驗→認知沖突,探求真知→問題引入,實驗演示→排除偽因,建立模型→具體問題,抽象構(gòu)建。通過演示實驗指出問題、揭露矛盾,從提出問題、學生猜想入手,引起學生的認知沖突,激發(fā)他們的思維活動,使學生獲得了感性認識,經(jīng)由表及里的思考,認識到事物的本質(zhì),提高了運用理想化模型處理實際問題的能力。

4 設計物理實驗,引導學生重塑理想模型

模型教學是物理教學的重要內(nèi)容,有些物理模型在建立的過程中,忽略了次要因素,得到了理想化模型,在評價學生掌握知識及認知水平的過程中,發(fā)現(xiàn)有學生僅僅知道概念、規(guī)律,但不會運用知識處理問題,僅僅會模仿,而不知知識的具體運用條件,存在學習思維定勢,知其然而不知其所以然。

圖5

案例三(2011年浙江高考理綜卷第16題)：如圖5所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1=800和n2=200的兩個線圈,上線圈兩端與u=51sin314tV的交流電源相連,將下線圈兩端接交流電壓表,則交流電壓表的讀數(shù)可能是

( )。

A. 2.0V B. 9.0V

C. 12.7V D.144.0V

解析:試題情境非常清晰,由于漏磁,理想化的變壓器電壓比公式不再成立,答案是A?？疾炝死硐胱儔浩鞯挠嘘P(guān)知識,了解有關(guān)知識則答案并不難選,但實際考查結(jié)果不甚理想,學生受思維定勢的影響,套用理想變壓器模型而錯選B。

在物理教學中,有時需要從實際問題出發(fā),重塑理想化模型,教學流程為:呈現(xiàn)理想模型及表達式→設置實驗,引起懸疑→分析原因,提出問題→再次實驗,邏輯推導→事物本質(zhì),總結(jié)推理→重新建立理想模型。

教師要注重研究學生可能存在的已有認知,包括其思維方式、前概念,其中有的正確,有的不正確。要在實驗情境中有意設計認知沖突點,引起學生認知的不平衡,調(diào)動學生的內(nèi)驅(qū)力,激發(fā)學習興趣,點燃學習熱情,以優(yōu)化課堂教學,促進學生積極、高效的意義建構(gòu),幫助學生理解概念、掌握規(guī)律。

5 結(jié)語

創(chuàng)設物理實驗情景的方式多種多樣,創(chuàng)設能引發(fā)認知沖突的實驗也只是手段,目的在于引導學生去探究,去發(fā)現(xiàn)。實驗情景的創(chuàng)設要與教學的時機、學生的學習狀態(tài)以及問題的設計相結(jié)合，在物理教學中,要注重對教材內(nèi)容的合理開發(fā)與整合,嘗試運用各種教學手段,優(yōu)化課堂教學,讓學生善于觀察和思考,善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,善于交流、質(zhì)疑,提高學生的認知水平與能力,培養(yǎng)和發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)。

[1] 張大均.教育心理學[M].北京；人民教育出版社,1999.

[2] 朱鐵成.物理課程與教學論[M].杭州:浙江大學出版社,2010.

[3] 周紀良.用演示實驗突破定勢思維障礙[J].物理教學,2011,(8).

[4] 張忠明.物理課堂“差異性實驗”情境的創(chuàng)設[J].物理教師,2015,(5).