合理創設教學情境促進物理概念的有效教學

朱建洪

摘要：情境教學理論認為.教學和學習是受情境所驅動的。本文以“慣性”概念教學為例，闡述了物理概念的認知活動應該置于生動豐富的物理情境中，從而促進物理概念的有效教學。

關鍵詞：物理概念；教學情境

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1003－6148(2009)10(S)－0029－2

概念是反映事物本質屬性的思維形態。物理概念是一類物理現象和物理過程的共同性質和本質特征在人們頭腦中的反映，是對物理現象和物理過程的抽象化和概括化的思維形式。

慣性是物理學中最基本的概念之一，是學習運動和力的基礎。這個極為普通和平凡的概念曾經引起了許多物理學家的深入思考和剖析，促進了物理學的重大進展，其中蘊涵著深刻的物理思想和豐富的物理學研究方法，是培養學生科學地思考問題的能力的非常有效的素材。

情境是指一個人在進行某種行動時所處的社會環境，是人們的社會行為所產生的具體條件。情境教學理論認為，教學和學習是受情境所驅動的。建構主義教學論認為：知識不能以現成的東西傳遞給學生，知識必須嵌在具體的、特定的情境之中，必須在具體情境的活動中由學生主動獲取。

在物理教學中，使學生形成概念，必須從感覺和經驗開始，即生動的直觀是形成概念的基礎。物理教學情境的創設，驅動著物理概念認知活動的順利進行。為了實現物理概念的有效教學，物理概念的認知活動應該置于生動豐富的物理情境中。

1、創設多樣性教學情境。理解概念外延

多樣性教學情境指教學中提供的不同角度、不同方面、多變豐富的教學情境，可以從多角度和多層次激活學生經驗，使學生獲得不同且多樣的學習體驗。

問題

在教學中，教師設置的教學情境如果很片面，就會使學生對物理概念的外延掌握得不夠完善和全面。例如，慣性是一切物體的固有屬性，不論固體、液體、氣體都具有慣性。如果只創設小車等固體的情境，當問到學生水和空氣是否有慣性，好多學生就答不上來。

對策

在物理概念教學中，我們需要考慮如何使學生在頭腦中的片面認識發展成為全面的認識。慣性是某些物體所獨有嗎?創設多樣性教學情境可以回答這個問題。

實驗情境1我們要分清楚一只蛋是生的還是熟的，辦法之一是使它們旋轉后，用手指停住蛋，再立即松開手，熟蛋就此停下，生蛋在松手后又開始旋轉。原因是手指短暫接觸的是蛋殼，生蛋里面的液體由于慣性會繼續轉動，當手指移開，蛋殼又重新開始轉動，如圖1所示。

實驗情境2找一個廢棄的圓鐵盒，如：盛麥乳精或其它營養品的鐵筒。在鐵筒的底部用剪子剪出一個直徑3－4厘米的圓孔，鐵筒的另一面用橡皮膜蒙上，并用繩捆緊。朝圓孔處點燃蚊香，使筒內灌滿煙。左手拿住鐵筒，使其呈水平狀態，讓右手有節奏地輕拍橡皮膜，便會看到從小孔處噴出一環一環的煙圈，水平勻速向前運動(如圖2)。如能從斜側面用燈光照射，煙圈會看得更清楚。煙圈被擠出鐵簡后勻速前行，說明以氣體狀態存在的煙氣也有慣性。

視頻情境1利用視頻慢鏡頭觀察水的慣性，一只裝滿水的氣球，用針將氣球膜刺破，用慢鏡頭觀察球膜被刺破的瞬間，由于慣性，水仍然保持原來的球狀，如圖3所示。

這樣類似的多樣性教學情境將使“一切物體都具有慣性”結論的得出變得順理成章。

2、創設沖突性教學情境。引起概念理解的沖突

沖突性教學情境指教學中能讓學生產生認知沖突的、互相矛盾的教學情境，從而激發學生作進一步的思考。問題：在概念教學時，如果把概念直接告知學生，學生并不能掌握這個概念。例如：通過慣性教學，學生雖然記住了慣性這一概念，但是他們往往會臆造一個與運動相聯系的力，用這個力解釋為什么物體在脫離外力后仍然會繼續運動。這樣的結果將導致雖然學生學習了慣性定律，但他們原來所持有的“運動需要力來維持”這一總的概念框架仍然沒有改變。

對策如何讓學生摒棄“運動需要力來維持”的錯誤觀點，我們可以創設沖突性教學情境。

情境1用手推粉筆盒在水平桌面上移動，一松手粉筆盒就停下來。

結論1運動需要力來維持。

情境2踢球時，球離開腳，腳對球不施加力了，球還能繼續前進。

結論2運動不需要力來維持。

讓學生解釋上述兩個矛盾事件，運動到底要不要力來維持?引起慣性概念理解上的沖突，激發起學生作進一步的思考。

3、創設層次性教學情境。深化概念

層次性教學情境是指在教學過程中設計的由淺入深的教學情境，使學生既感到小步走的循序漸進，又能體會層層遞進的挑戰性。

問題

沒有逐漸深入的情境來引導學生進行科學抽象，學生的認識往往還停留在感性認識的初級階段。

對策

我們需要根據情境教學的層次性原則，創設情境引導學生深入理解。例如：牛頓第一定律表明，每個物體都具有保持靜止或沿一直線作勻速運動狀態的屬性，這就是慣性。當物體沒有外力作用時，靜者恒靜，動者恒作勻速直線運動，是慣性的表現；當物體受到外力作用時，物體的慣性表現于對外界作用的“抵抗性”。怎樣才能深入理解呢?我們可以設置以下層次性情境。

層次1情境小鋼球從高度相同的斜面滾到三種粗糙程度不同的平面上，觀察球的運動的遠近。

層次2情境伽利略的理想實驗：當一個球從一個斜面上滾下而又滾上第二個斜面時所到達的高度同它在第一個斜面上滾下時的高度幾乎相等。這一高度上的微小差別是因為摩擦而產生的，如果在沒有摩擦的情況下，不管第二個斜面的傾斜度多么小，球在第二個斜面上總要到達相同的高度。如果第二個斜面的傾斜度完全消除了，那么球從第一個斜面上滾下來后，將以恒定的速度在無限長的平面上永遠不停地運動下去，如圖4所示。

怎么從實驗角度進一步加深理解呢?我們可以采用氣墊導軌來演示。

層次3情境用氣墊導軌演示滑塊的運動。氣墊導軌上有很多小孔，氣泵送來的壓縮空氣從小孔噴出，使滑塊與軌道之間有一層薄薄的空氣，兩者不會直接接觸，滑塊運動時受到的阻力很小。這樣，通過精度很高的氣墊導軌，就可以更清晰的理解伽利略的理想實驗，如圖5所示。

4、創設還原性教學情境。鞏固概念

還原性教學情境指將概念還原到當時形成概念的相似情境中，通過解決問題來鞏固概念。

問題

學生在形成概念的初期，對概念的掌握往往是不鞏固、不完全、不深刻的。學習了一個概念，如果只要求學生機械地記憶概念的文字表述，將達不到深入理解的目的。

對策

創設還原性情境。當學生初步形成概念后，必須及時給他們提供運用概念的機會，將抽象的概念“返回”到具體的物理現實中去，使他們在運用概念聯系實際或解決具體問題的過程中，加深和鞏固對概念的理解和掌握。

例如：汽車在勻速行駛，車上的人豎直向上拋出一只球，最后為什么能落回到人的手中?頻閃照片告訴我們，球相對于汽車做豎直上拋運動，如果在小球豎直向上拋出后立即剎車，球落到了汽車的前方，這是因為小球由于慣性將仍然保持著原來水平方向的速度，而汽車做減速運動的結果，如圖6所示。

5、創設階段性情境，完善概念

階段性情境指概念的完善需要不同階段的教學情境支持，即階段性情境。

問題有一列靜止的火車，車廂內一光滑桌子上放有一個小球，小球本來是靜止的；現在火車開始加速啟動，在地面上的人看來，小球并沒有運動，但是在火車上的人看來，小球沿著與火車運動方向相反的方向在運動。小球在水平方向上沒有受力，怎么會運動呢?

對策注意概念形成的階段性，采取循序漸進，逐步完善的方法，形成扎實的物理概念。如果剛學慣性概念就把這個問題提出來，并不利于慣性概念的理解。

這其實涉及到參考系問題。將加速運動的火車作為參考系，牛頓第一定律并不成立，這樣的參考系叫非慣性系。顯然，對慣性系和非慣性系的理解將進一步深入理解慣性是物體本身的性質，而不是力。我們還可以在以下情境中做體會。

情境1找兩個瓶子，瓶內盛水，一個小鐵球、一個與小鐵球體積相同的小塑料球、一根細繩。將它們系好，小鐵球在水中下沉，瓶正放，泡沫塑料球在水中上浮，瓶倒放。當瓶突然向前運動時，觀察比較球的運動狀態。我們會發現小鐵球的運動相對瓶來說是向后運動的，而塑料球相對瓶來說是向前運動的。為什么會出現這種截然相反的現象呢，如圖7、8所示。學生解釋的是否正確呢?

我們還可以創設情境2讓學生加以解釋：找一個試管或其他瓶子，內裝有一些鋼珠和相同體積的塑料球。在瓶內裝水，在瓶口處固定一繩子，手拿繩子的一端讓管子在水平方向旋轉起來，一會兒你就發現，鋼球與塑料球已分離，鋼球在瓶底，而塑料球在瓶口處，如圖9所示。