劉建浩

(浙江慈溪中學(xué)，浙江 寧波 315300)

在上世紀(jì)的100年中,有關(guān)認(rèn)知與學(xué)習(xí)的理論研究經(jīng)歷了3個(gè)主要范式的轉(zhuǎn)變,即世紀(jì)之初以動(dòng)物行為研究建模的行為主義學(xué)習(xí)理論(刺激—反應(yīng)理論)、世紀(jì)中葉以計(jì)算機(jī)建模的認(rèn)知信息加工學(xué)習(xí)理論、世紀(jì)之末基于人腦的建構(gòu)主義以及情境認(rèn)知理論．目前,情境認(rèn)知與學(xué)習(xí)理論已成為一種能提供有意義學(xué)習(xí)并促進(jìn)知識(shí)向真實(shí)生活情境轉(zhuǎn)化的重要學(xué)習(xí)理論．

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2107版)》指出:“本課程標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)一步精選了學(xué)科內(nèi)容,重視以學(xué)科概念為核心,使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化,以主題為引領(lǐng),使課程內(nèi)容情境化,促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)的落實(shí)”．從中可以看出,新的課程標(biāo)準(zhǔn)也非常重視情境認(rèn)知與學(xué)習(xí)理論,教學(xué)內(nèi)容情境化是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要手段之一．

1 教學(xué)思路

教學(xué)思路如圖1所示.

2 教學(xué)過程

圖2

任務(wù)1.圓周運(yùn)動(dòng)概念和勻速圓周運(yùn)動(dòng)初步概念．

問題情境.實(shí)驗(yàn)演示:掛鐘秒針針尖的運(yùn)動(dòng)(如圖2所示),電風(fēng)扇上的某一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),帶線小球在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),水流星在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)．播放動(dòng)畫“地球的公轉(zhuǎn)”．(1) 我們把上述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)叫做圓周運(yùn)動(dòng),請(qǐng)同學(xué)歸納出圓周運(yùn)動(dòng)的概念．(2) 從字面上理解“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”,用自己的語言表述什么是勻速圓周運(yùn)動(dòng)．

教學(xué)建議.學(xué)生積極思考,展開討論．學(xué)生可能地回答:圓周運(yùn)動(dòng)是軌跡為圓的曲線運(yùn)動(dòng),勻速圓周運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)快慢恒定的圓周運(yùn)動(dòng)．只要理解準(zhǔn)確,都對(duì)學(xué)生正面鼓勵(lì)．初步得出勻速圓周運(yùn)動(dòng)概念,使學(xué)生對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)有一個(gè)感性認(rèn)識(shí),在任務(wù)3中,再給出嚴(yán)密的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的定義．

設(shè)計(jì)意圖.通過演示實(shí)驗(yàn),提供真實(shí)的物理情境;通過計(jì)算機(jī)動(dòng)畫,提供仿真的虛擬情境．學(xué)生在豐富而復(fù)合的情境中獲取圓周運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的直觀感受,再通過學(xué)生清晰表述使學(xué)生的緘默知識(shí)轉(zhuǎn)化為明確知識(shí)．

任務(wù)2.初步得出表示圓周運(yùn)動(dòng)快慢的兩種方式——運(yùn)動(dòng)快慢和轉(zhuǎn)動(dòng)快慢．

問題情境.地球繞著太陽公轉(zhuǎn),鐘表上秒針的端點(diǎn)也繞著軸轉(zhuǎn)動(dòng),所做的運(yùn)動(dòng)都可以認(rèn)為是圓周運(yùn)動(dòng)．地球認(rèn)為:“我在1 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)30 km,秒針1 s才運(yùn)動(dòng)幾mm,我比秒針快”．秒針認(rèn)為:“我在1 min內(nèi)就可以繞軸轉(zhuǎn)一圈,地球1年才轉(zhuǎn)1圈,我比地球快”．學(xué)生們是認(rèn)為地球快還是秒針快,為什么?(展示地球繞太陽公轉(zhuǎn)動(dòng)畫和掛鐘實(shí)物)

教學(xué)建議.學(xué)生在討論和同伴互助中展開學(xué)習(xí),得出表示圓周運(yùn)動(dòng)快慢的2種方式,運(yùn)動(dòng)快慢和轉(zhuǎn)動(dòng)快慢．學(xué)生可能會(huì)回答地球運(yùn)動(dòng)快,可以追問“秒針的說法為什么不對(duì)”．學(xué)生沒有思路的時(shí)候,可以舉例:有甲乙兩位同學(xué),甲認(rèn)為甲比乙強(qiáng),因?yàn)榧壮煽儽纫液茫艺J(rèn)為乙比甲強(qiáng),因?yàn)橐殷w育比甲強(qiáng)．請(qǐng)問誰強(qiáng)?

設(shè)計(jì)意圖.通過夸張、擬人,直觀的問題情境,引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突,此時(shí)學(xué)生處于疑惑、緊張和心理不平衡狀態(tài)．教學(xué)實(shí)踐表明,學(xué)生處于適度的認(rèn)知沖突中行動(dòng)最有動(dòng)力,學(xué)生會(huì)主動(dòng)努力改變已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)以符合現(xiàn)實(shí)問題情境的要求．

追尋科學(xué)家提出線速度和角速度兩個(gè)物理概念的緣由,讓學(xué)生參與體驗(yàn)物理概念產(chǎn)生的類似情境,消除學(xué)生對(duì)于物理概念來源的神秘感,消除學(xué)生對(duì)物理概念的僵化認(rèn)識(shí),使學(xué)生學(xué)到活生生的物理知識(shí)．

任務(wù)3.理解線速度的物理意義、知道線速度的定義式,矢量性;掌握勻速圓周運(yùn)動(dòng)線速度的特點(diǎn)．

問題情境1.一輛在公路上直線行駛的汽車,如何測(cè)定它在某一時(shí)刻的速度?回顧直線運(yùn)動(dòng)中瞬時(shí)速度的概念如何得出,用FLASH動(dòng)畫演示．

(FLASH動(dòng)畫下載地址:https://pan.baidu.com/s/1WklQaDf0r5pUSfUGAAY-cQ)．

問題情境2.如何用類似“定義直線運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速度”的方法,定義秒針針尖圓周運(yùn)動(dòng)的線速度?(展示實(shí)物掛鐘)

問題：勻速圓周運(yùn)動(dòng)是線速度不變的圓周運(yùn)動(dòng),這種說法對(duì)嗎?

教學(xué)建議.回顧直線運(yùn)動(dòng)中瞬時(shí)速度的概念,使學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)瞬時(shí)線速度概念．通過討論,引導(dǎo)學(xué)生注意到線速度是一個(gè)矢量,給出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)密定義,即勻速圓周運(yùn)動(dòng)是線速度大小不變的圓周運(yùn)動(dòng),與任務(wù)1的初步定義相呼應(yīng)．

設(shè)計(jì)意圖.情境認(rèn)知與學(xué)習(xí)理論認(rèn)為,學(xué)習(xí)發(fā)生在真實(shí)的情境中,而學(xué)習(xí)的遷移也是在真實(shí)的情境中發(fā)生的,學(xué)習(xí)遷移的實(shí)質(zhì)就是知識(shí)在新的情境下的重新建構(gòu)．提供直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)的真實(shí)情境,促使學(xué)生發(fā)生知識(shí)的遷移．

任務(wù)4.理解角速度的物理意義,知道角速度的定義式及單位．

問題情境.地球認(rèn)為:“我在1 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)30 km,秒針1 s才運(yùn)動(dòng)幾mm,我比秒針快”．秒針認(rèn)為:“我1 min就可以繞軸轉(zhuǎn)1圈,地球1年才轉(zhuǎn)1圈,我比地球快”．我們知道地球在跟秒針比較運(yùn)動(dòng)快慢,即線速度大?。脶樃厍蛟诒容^轉(zhuǎn)動(dòng)快慢,我們用角速度來表示轉(zhuǎn)動(dòng)快慢．請(qǐng)學(xué)生們參考線速度的定義方式,思考如何來定義角速度大小?(展示地球繞太陽公轉(zhuǎn)動(dòng)畫和掛鐘實(shí)物)

教學(xué)建議:以瞬時(shí)線速度的概念為知識(shí)基礎(chǔ),思考角速度的定義．為降低學(xué)生對(duì)角速度的理解難度,先把角度單位取為學(xué)生們熟悉的“度”,而不是“弧度”．

提出問題.我們發(fā)現(xiàn)在圓周中,圓心角角度越大,對(duì)應(yīng)的弧長越大．我們可以用弧長來表示角度大小嗎?角度和弧度存在怎樣的換算關(guān)系呢?得出角度的另一個(gè)單位“弧度”,并且強(qiáng)調(diào)“弧度”是角度的國際單位．

設(shè)計(jì)意圖.美國心理學(xué)家奧蘇伯爾(D.P.AuSubel,1918—2008)強(qiáng)調(diào):“假如讓我把全部教育心理學(xué)僅僅歸納為一條原理的話,那么我將一言以蔽之:影響學(xué)習(xí)的唯一最重要的因素就是學(xué)生已經(jīng)知道了什么,要探明這一點(diǎn)并據(jù)此進(jìn)行教學(xué)”．學(xué)生的已有直覺經(jīng)驗(yàn)為角速度是表示物體轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量,已有知識(shí)是用“度”表示角度大小和瞬時(shí)線速度是如何定義的．教師在學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)角速度的教學(xué)過程,使新知識(shí)有生長點(diǎn)和附著點(diǎn)．

任務(wù)5.知道什么是轉(zhuǎn)速和周期,知道轉(zhuǎn)速和周期的單位;理解轉(zhuǎn)速和周期也是描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的快慢的物理量．

問題情境.地球與秒針快慢之爭(zhēng)中,秒針為了說明秒針比地球轉(zhuǎn)得快,除了用“單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度”來與地球比較之外,還可以用什么語言來表示秒針比地球轉(zhuǎn)得快?

教學(xué)建議.在教師引導(dǎo)下,認(rèn)真思考,展開討論,用轉(zhuǎn)1圈所需要的時(shí)間和單位時(shí)間內(nèi)(1年內(nèi))轉(zhuǎn)過的圈數(shù)來表示轉(zhuǎn)動(dòng)快慢,建議學(xué)生用秒針與地球?qū)υ挼姆绞絹肀硎觯?/p>

設(shè)計(jì)意圖.不是在“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的理想模型中,而是在一個(gè)具體直觀擬人的情境中討論如何表示物體轉(zhuǎn)動(dòng)快慢．情境認(rèn)知和學(xué)習(xí)理論認(rèn)為,在真實(shí)或仿真的情境中學(xué)到的知識(shí),學(xué)生更能掌握其知識(shí)的本質(zhì)特征,更有可能發(fā)生知識(shí)的遷移．

任務(wù)6.掌握角速度與轉(zhuǎn)速、周期的關(guān)系;掌握線速度和角速度的關(guān)系．

問題情境1.展示一個(gè)普通掛鐘,觀察秒針的運(yùn)動(dòng)．根據(jù)角速度、轉(zhuǎn)速、周期的定義,回答秒針的角速度、轉(zhuǎn)速、周期分別為多大．思考角速度、轉(zhuǎn)速、周期的數(shù)學(xué)關(guān)系．

教學(xué)建議.先具體后抽象,先特殊后一般,學(xué)生自主得出ω、n、T的數(shù)學(xué)關(guān)系式．

問題情境2.展示一個(gè)普通掛鐘,觀察秒針的運(yùn)動(dòng)．根據(jù)線速度和角速度的定義,尋找線速度和角速度的關(guān)系．

教學(xué)建議.引導(dǎo)學(xué)生通過真實(shí)情境發(fā)現(xiàn)線速度變大,角速度也會(huì)變大,自主得出v=ωr(單位采用國際單位)．

設(shè)計(jì)意圖.創(chuàng)設(shè)具體真實(shí)的情境,使學(xué)生從感性到理性,從具體到抽象,從特殊到一般,自主探究ω、n、T之間和ω、v之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,自主建構(gòu)物理知識(shí)．

任務(wù)7.能在具體真實(shí)的情景中確定線速度和角速度與半徑的關(guān)系,掌握皮帶輪、摩擦輪等之間的約束關(guān)系．

圖3

問題情境1.展示齒輪模型,旋轉(zhuǎn)大齒輪時(shí)小齒輪跟著旋轉(zhuǎn)(如圖3所示)．仔細(xì)觀察,思考大小齒輪邊緣“線速度”大小關(guān)系．

教學(xué)建議.引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)相同時(shí)間內(nèi),大齒輪轉(zhuǎn)過1格,小齒輪也轉(zhuǎn)過1格．大小齒輪邊緣“線速度”大小相等．為下面皮帶輪模型中,發(fā)現(xiàn)大小輪邊緣線速度大小相等打好基礎(chǔ)．

教學(xué)建議.先有學(xué)生獨(dú)立思考,再小組交流討論,小組代表發(fā)言,最后教師歸納總結(jié),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力．

設(shè)計(jì)意圖.情境認(rèn)知與學(xué)習(xí)理論認(rèn)為:知識(shí)是在情境中建立的,又是通過活動(dòng)和運(yùn)用不斷發(fā)展的,因此情境認(rèn)知與學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)將知識(shí)視作工具,并試圖通過真實(shí)實(shí)踐中的活動(dòng)和社會(huì)學(xué)互動(dòng)促進(jìn)學(xué)生的文化適應(yīng)．

圖4

創(chuàng)建展示真實(shí)的物理情境,讓學(xué)生運(yùn)用學(xué)到的物理知識(shí)解決原始物理問題,使物理知識(shí)在小組活動(dòng)和知識(shí)運(yùn)用中不斷發(fā)展．

3 設(shè)計(jì)點(diǎn)評(píng)

本教學(xué)設(shè)計(jì)邏輯清晰、思維流暢;通過“動(dòng)畫”“實(shí)物模型”“實(shí)驗(yàn)”等方式,使學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識(shí);從感性到理性,從具體到抽象,從定性到定量,符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和思維發(fā)展規(guī)律．

在學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)之后,學(xué)生自主探究,體驗(yàn)“提出問題,建立模型,解決問題”的樂趣,符合中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)中“自主發(fā)展”、“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”的培養(yǎng)目標(biāo)．

教學(xué)方法合理,問題情境設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)任務(wù)相對(duì)應(yīng),注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力,能在潛移默化中提高學(xué)生核心素養(yǎng)．