涂盛明

(張家界市教育科學(xué)研究院 湖南 張家界 427000)

邱士慶

(張家界市第一中學(xué) 湖南 張家界 427000)

知識并不是獨(dú)立于情境之外的文字或公式，而是存在于具體的、情境性的、可感知的活動中的，知識是情境化的知識，一切知識均來源于情境[1].在物理教學(xué)中，對于抽象概念或大概念(如力、場、能量等)的深入理解，一直以來就是教學(xué)中的難點(diǎn)，通常情況下教師會采用相應(yīng)的情境教學(xué)幫助學(xué)生加深理解.結(jié)合不同情境教學(xué)方式的優(yōu)勢運(yùn)用多情境教學(xué)，為優(yōu)化此類概念教學(xué)的實施效果提供了途徑.多情境教學(xué)就是針對同一概念采用多種情境類型進(jìn)行教學(xué)，通過多層面、多視角的方式認(rèn)識物理概念，以達(dá)到有效全面構(gòu)建物理概念的目的，同時又從各方面落實學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

1 常見的情境教學(xué)類型

根據(jù)刺激物對兒童感觀和思維活動所引起的不同作用，文獻(xiàn)[2]將情境分為實體情境、模擬情境、語表情境、想象情境及推理情境.在實際教學(xué)中，通過情境呈現(xiàn)的特點(diǎn)具體化后，使得情境教學(xué)有著不同的方式，因此可以按不同情境具體呈現(xiàn)形式分成4種常見類型：由歷史典故構(gòu)成的情境為歷史情境,在生活實踐中形成的情境為生活情境,由人的思維構(gòu)想的情境為理想情境，通過完成相關(guān)實驗而形成的實踐性情境為實驗情境.

常見的4種情境教學(xué)既可相互補(bǔ)充，又具有認(rèn)識漸進(jìn)的關(guān)系，這種漸進(jìn)關(guān)系體現(xiàn)在歷史情境中溯源找到概念形成的由來，然后從生活情境中發(fā)現(xiàn)實踐過程并提出質(zhì)疑，在理想情境中排除次要因素找出主要因素，通過實驗情境的驗證性有效理解概念.認(rèn)識概念的過程按圖1所示順序進(jìn)行構(gòu)建，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn).

圖1 各情境教學(xué)方式及漸進(jìn)關(guān)系

守恒量在高中物理教材中是一個重要的基礎(chǔ)概念，在高中物理教材中，守恒量的學(xué)習(xí)是從能量概念的學(xué)習(xí)開始的，而守恒量概念不僅與能量守恒存在關(guān)系，更多的是一種守恒思想的習(xí)得，為以后的其他量守恒(如動量守恒)積累基礎(chǔ)，這是一種物理觀念的形成.在《2020年高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)(修訂版)》中指出，“物理觀念”主要包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動與相互作用觀念、能量觀念等要素[3].可見，正確認(rèn)識守恒量概念對建立相應(yīng)的物理觀念核心素養(yǎng)有積極作用.下面以認(rèn)識守恒量概念為例進(jìn)行說明.

2 通過呈現(xiàn)歷史情境點(diǎn)燃學(xué)生認(rèn)識概念的熱情

歷史情境是教師針對所授內(nèi)容陳述相關(guān)的物理學(xué)史或人類獲得相關(guān)概念的歷程.物理學(xué)史是物理學(xué)發(fā)展中人類寶貴的探索經(jīng)歷，教師在授課之前通過簡要講述人類認(rèn)識概念的發(fā)展歷史，有利于激起學(xué)生對此概念的學(xué)習(xí)興趣.

人類對守恒量的認(rèn)識歷程，從歷史角度看應(yīng)是守恒思想形成過程.下面通過守恒思想歷史回顧，陳述歷史情境，以帶領(lǐng)學(xué)生對守恒量的產(chǎn)生獲得必要的感性認(rèn)識.

情境1：創(chuàng)設(shè)蘊(yùn)含學(xué)科思想的歷史情境——人類對守恒思想的認(rèn)識歷程簡述

能量守恒的思想并非只是來自于物理學(xué)，而是在不同領(lǐng)域，如物理、化學(xué)、生物學(xué)等，科學(xué)家們各自研究不同形式運(yùn)動轉(zhuǎn)化時，總存在著某種量的守恒，伴隨著永動機(jī)夢想的破滅，后來人們把這種“守恒量”稱為能量[4].人們對守恒思想的認(rèn)識可以分成如下3個階段[4]，如表1所示.

通過相關(guān)歷史事件簡述(可配合呈現(xiàn)相應(yīng)多媒體圖片)，學(xué)生從中既能以溯源的方式感悟守恒量概念的來歷，也從側(cè)面認(rèn)識到了守恒思想的確立是從能量守恒定律的建立開始，這使得認(rèn)識守恒量必然從認(rèn)識能量的守恒關(guān)系開始.同時又讓學(xué)生感受前人科學(xué)家的認(rèn)識歷程和科學(xué)精神，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度并激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，吸引學(xué)生對守恒量這一重要概念的學(xué)習(xí)注意力，以促進(jìn)學(xué)生對物理概念的深入認(rèn)識.

3 從生活情境中引發(fā)學(xué)習(xí)守恒量概念的思考

在人教版高中《物理·必修2》教材中，最初對能量概念的理解是：生活中存在的一種守恒量[5].以此為線索，有效認(rèn)識守恒量概念的關(guān)鍵則是發(fā)現(xiàn)并感知出生活中存在著的這種守恒量，選取學(xué)生熟悉的與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的生活實例作為學(xué)習(xí)情境即生活情境.生活情境是生活實例中呈現(xiàn)出來并與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的情境.在課堂引入時有著啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識新授概念并激發(fā)興趣的作用.

情境2：創(chuàng)設(shè)與學(xué)科知識相關(guān)聯(lián)的生活情境——蕩秋千

利用多媒體圖像和視頻展示，在學(xué)生面前呈現(xiàn)生活中秋千的擺動情境.觀察生活中的秋千左右擺動，如圖2所示，并在教師引導(dǎo)下轉(zhuǎn)化成示意圖并由學(xué)生提出質(zhì)疑，如圖3所示.

(a)

(b)

圖3 秋千擺動的示意圖

情境2中可能出現(xiàn)的學(xué)生質(zhì)疑問題：

(1)秋千為什么會從一邊擺向另一邊？

(2)是什么原因?qū)е铝诉@種擺動過程？

(3)秋千擺向另一邊的高度會發(fā)生什么樣的變化？

(4)長時間擺下去秋千會怎樣？會受什么因素的影響？

(5)如何排除外界因素干擾并進(jìn)行探究？

(6)秋千與哪種實驗裝置的物理過程類似?

借以相關(guān)的合理提問，引發(fā)學(xué)生對生活中所存在的守恒量的關(guān)注.同時也能啟發(fā)學(xué)生對認(rèn)識新概念的深入思考.在生活中發(fā)現(xiàn)問題，并提出質(zhì)疑.通過引導(dǎo)學(xué)生解決問題逐步讓學(xué)生體驗并深化對基本概念的理解，這對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)有積極作用.

以學(xué)生熟知的生活情境引入，學(xué)生有充足的感性認(rèn)識前提，易于接受新概念并在問題引導(dǎo)下繼續(xù)探究.但生活情境受環(huán)境因素干擾太大(如克服阻力做功影響)，無法從定量角度分析，同時也難以突出其中問題要素的主次關(guān)系.

4 從理想情境中探求主次關(guān)系

理想情境是對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行情境理想化創(chuàng)設(shè)，以幫助分析理解概念.回顧牛頓第一定律的學(xué)習(xí)中伽利略的理想斜面實驗，伽利略認(rèn)為在理想情況下，由靜止釋放的小球總是可以從斜面一邊運(yùn)動到另一邊，而且可以達(dá)到和起始位置相同的高度(圖4)，這其中包含了守恒思想[4].

情境3：創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)學(xué)科本質(zhì)的理想情境——伽利略理想斜面實驗

圖4 伽利略理想斜面實驗

此情境過程可以由多媒體動畫演示，在無摩擦條件下，排除了干擾因素，顯化了小球能達(dá)到等高位置這一主要因素，突出守恒量的存在，為下一步的深度探究打下基礎(chǔ)，同時也提高了學(xué)生空間思維能力和推理能力.但理想情境無法從實際中得到直接驗證，呈現(xiàn)出來的一般是動畫演示或想象意境，不便于定量研究和實踐性學(xué)習(xí).

5 實驗情境提供認(rèn)識的依據(jù)

實驗情境是用實際的實驗過程創(chuàng)設(shè)情境，幫助學(xué)生親歷體驗并探究，以強(qiáng)化對概念的認(rèn)識.基于前面情境教學(xué)，學(xué)生已對能量這一守恒量形成了一定的認(rèn)識.如何對已有認(rèn)識進(jìn)一步深化，這就需要結(jié)合設(shè)計具體的實驗情境，幫助學(xué)生定量分析守恒量存在的問題.這一過程具有探究的性質(zhì)，有利于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng).學(xué)生在探究過程中能深切理解到守恒量在實際中的存在.

情境4：創(chuàng)設(shè)學(xué)科核心問題的實驗情境——真空罩中單擺

結(jié)合生活情境中提出的問題，引出秋千與實驗單擺裝置類似.因任何的運(yùn)動過程都難免受到阻力的影響，普通單擺在擺幅不大的情況下能夠近似模擬理想情況下的擺動過程，但要達(dá)到實驗探究的要求還需要盡量排除干擾.為了讓單擺實驗更加靠近理想情況，盡量減少空氣阻力影響，實驗時將單擺放到真空罩中進(jìn)行擺動，并選取質(zhì)量較大體積較小的小球，通過兩側(cè)擺動高度的定量對比，突出守恒量的存在，設(shè)計示意圖如圖5所示，裝置實物圖如圖6所示.

圖5 實驗裝置設(shè)計示意圖

圖6 實驗裝置實物圖

利用手機(jī)慢放及暫停功能進(jìn)行觀察：在抽氣機(jī)工作時，取下磁鐵，真空罩中小球從釋放開始連續(xù)前3次到達(dá)兩側(cè)最高點(diǎn)的位置對比(繞在真空罩外側(cè)的白細(xì)線為等高參考線).如圖7所示.

(a)最初釋放的位置高度 (b)第1次到達(dá)右側(cè)最高點(diǎn)

(c)第1次到達(dá)左側(cè)最高點(diǎn) (d)第2次到達(dá)右側(cè)最高點(diǎn)

表2為對應(yīng)4次的觀察結(jié)果.

表2 實驗觀察結(jié)果

實驗結(jié)論：在盡量排除阻力干擾的情況下，小球向兩側(cè)擺動的最大高度基本一致(與等高線等高)，說明了小球在擺動過程中遵循著某種量的守恒，由此得出了其中的守恒關(guān)系及守恒量的建立，而此實驗中守恒的這種量就是能量，為此后能量的學(xué)習(xí)提供認(rèn)識基礎(chǔ).

通過實驗情境的構(gòu)建，確立認(rèn)識依據(jù)，為學(xué)生提供了更清晰明朗地認(rèn)識保障，幫助學(xué)生悟徹其本質(zhì)并切實上升至理性認(rèn)識的層次，同時在實驗過程中教師可逐步引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)探究的能力.所有實驗本身都存在誤差，因此，實驗只能在盡量排除外界因素干擾下進(jìn)行.通過實驗情境教學(xué)，也有助于培養(yǎng)學(xué)生用守恒觀念解決生活生產(chǎn)實際問題的能力.

通過4種情境下對守恒量概念的構(gòu)建，從不同角度引導(dǎo)學(xué)生對概念本質(zhì)的認(rèn)識.同時也促進(jìn)了學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的提高.不同的情境方式有著各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢，充分合理地綜合運(yùn)用，多角度地整合各情境教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)，有利于優(yōu)化物理概念教學(xué)，提高教學(xué)效率，以實現(xiàn)物理概念有效教學(xué)中難點(diǎn)的突破.

6 總結(jié)

不同的情境教學(xué)方式有著不同的特點(diǎn)，通過比較以上幾種情境教學(xué)方式，深入了解各情境教學(xué)方式的不同及實用價值關(guān)系.總結(jié)如表3所示.

表3 各情境教學(xué)方式比較