淺談基于認(rèn)知沖突創(chuàng)設(shè)物理情境的策略

梁建 潘秀梅

合理有效地創(chuàng)設(shè)物理情境是物理教學(xué)的重要組成部分，當(dāng)前的物理情境化教學(xué)要求物理教師不能只是照本宣科，而應(yīng)以教材為依據(jù)，充分利用學(xué)生的心理和智力水平，設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知需求的物理情境。筆者認(rèn)為，要想利用認(rèn)知沖突創(chuàng)設(shè)有效的物理情境，一定要抓住學(xué)生的認(rèn)知需要，“投其所好”，常用的策略和方法總結(jié)如下：

一、利用生活經(jīng)驗(yàn)與學(xué)習(xí)目標(biāo)的矛盾創(chuàng)設(shè)物理情境

物理從生活中來，到生活中去。利用生活經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)物理情境能夠拉近物理課堂與生活的距離，是廣大物理教師普遍采用的方法。

案例1.講授蘇科版物理九年級(jí)下冊(cè)《電能表與電功》時(shí)，用同學(xué)們生活中交電費(fèi)的經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)物理情境。

教師出示自己家的電費(fèi)單。

師：同學(xué)們，請(qǐng)幫老師算算老師家這個(gè)月的電費(fèi)。

部分同學(xué)講解回答：電費(fèi)=電費(fèi)單價(jià)×（本月示數(shù)-上月示數(shù)）。

教師播放電工抄電表的視頻，拉近物理課堂與學(xué)生生活的距離，引出電能表的使用。

師：請(qǐng)同學(xué)們觀察桌面上的電路板，看看電能表有哪些參數(shù)。

投影展示電能表的相關(guān)參數(shù)，由學(xué)生說出自己的理解。

通過交電費(fèi)的生活經(jīng)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)電能表的相關(guān)參數(shù)，對(duì)電能表的知識(shí)學(xué)習(xí)作了牽引鋪墊，降低了學(xué)習(xí)難度，有利于學(xué)生保持長時(shí)間的學(xué)習(xí)熱情。

二、利用對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知沖突創(chuàng)設(shè)物理情境

物理離不開實(shí)驗(yàn)，一堂沒有實(shí)驗(yàn)的物理課不能稱之為成功的物理課。利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)物理情境，關(guān)鍵在于要能充分利用學(xué)生的認(rèn)知水平，達(dá)到“一石激起千層浪”的效果，讓學(xué)生投入其中，樂此不返。

案例2.蘇科版八年級(jí)下冊(cè)《升力》一節(jié)中，“流體流速越大，壓強(qiáng)越小”這一結(jié)論，學(xué)生很容易遺忘，甚至?xí)纬伞傲黧w流速越大，壓強(qiáng)越大”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。為了讓記憶更持久，筆者采用了如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)一：取一只裝礦泉水的空桶，在桶口放一個(gè)紙團(tuán)，隨機(jī)抽選十位同學(xué)對(duì)著桶口吹氣，把紙團(tuán)吹進(jìn)空桶中。結(jié)果沒有一個(gè)學(xué)生能把紙團(tuán)吹入空桶，而且用的力氣越大，越容易讓紙團(tuán)從桶口射出。這與學(xué)生已有的認(rèn)知發(fā)生了矛盾，學(xué)生對(duì)此現(xiàn)象一開始都很疑惑，但很快就有同學(xué)根據(jù)流體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系給出了正確的解釋。

實(shí)驗(yàn)二：取一只空的圓形飲料瓶，在瓶子后面點(diǎn)燃一支蠟燭，問學(xué)生：隔著瓶子能否吹滅蠟燭，學(xué)生表示不清楚。隨機(jī)抽取一位同學(xué)做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果蠟燭被吹滅了。學(xué)生已有的認(rèn)知是空氣遇到障礙物會(huì)被阻擋，很難繼續(xù)前進(jìn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)直接讓學(xué)生來解釋很困難，需要教師引導(dǎo)分析原理：從嘴里吹出的空氣流速大，氣壓低，大氣壓大于從嘴里吹出來的氣體壓強(qiáng)，“壓迫”吹出來的氣流，使它緊貼瓶身流到瓶子的后面，吹滅蠟燭。為了增強(qiáng)課堂的趣味性，接下來每隔5cm點(diǎn)燃1支蠟燭，比賽看哪位同學(xué)能吹滅最多的蠟燭。

案例3.講授蘇科版八年級(jí)下冊(cè)《力與運(yùn)動(dòng)》時(shí)，學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)是：力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持。為了糾正這一錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，筆者采用了如下實(shí)驗(yàn)方法：

①從斜面上某一高度自由釋放小車，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)到鋪設(shè)毛巾的水平面后，不斷減速，滑行很近的距離S1后停下；

②從斜面上同一高度自由釋放小車，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)到鋪設(shè)木板的水平面后，不斷減速，能滑行較遠(yuǎn)的距離S2后停下；

③從斜面上同一高度自由釋放小車，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)到鋪設(shè)玻璃的水平面后，不斷減速，能滑行更遠(yuǎn)的距離S3后停下；

④如果水平面完全光滑，小車將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

三、運(yùn)用類比沖突創(chuàng)設(shè)物理情境

類比法是中學(xué)物理常用的情境創(chuàng)設(shè)方法，如：電流與水流的類比、內(nèi)能與機(jī)械能的類比等。但有些知識(shí)點(diǎn)卻不能夠簡單地類比。

案例4. 蘇科版九年級(jí)上冊(cè)《歐姆定律的應(yīng)用》一課，教材詳細(xì)探究了如何測(cè)量定值電阻的阻值，同學(xué)們形成了這樣的認(rèn)識(shí)：定值電阻的阻值是固定的，與兩端的電壓和流過它的電流無關(guān)。由此學(xué)生會(huì)形成這樣的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)：小燈泡的電阻也是定值的。為了糾正這一錯(cuò)誤，筆者運(yùn)用類比沖突創(chuàng)設(shè)物理情境，激起學(xué)生新舊知識(shí)的矛盾，引導(dǎo)其重新認(rèn)識(shí)小燈泡的電阻。

師：我們知道定值電阻的阻值是固定的，那么小燈泡的電阻是怎樣的呢？

生：也是固定不變的，與兩端的電壓、流過的電流無關(guān)。

師：真的是這樣的嗎？有不同意見嗎？

有的同學(xué)根據(jù)前面學(xué)習(xí)的小燈泡電阻與溫度有關(guān)的結(jié)論，提出可能是變化的。

師：我們現(xiàn)在通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)量小燈泡的電阻。

通過測(cè)量不同亮度時(shí)的小燈泡的阻值，學(xué)生們最后得出結(jié)論：小燈泡的電阻變化與溫度有關(guān)。

四、利用問題矛盾創(chuàng)設(shè)物理情境

利用矛盾沖突解決問題古已有之，如古希臘蘇格拉底的問答法，通過問答找出學(xué)生認(rèn)識(shí)的缺陷，以子之矛攻子之盾，取得了良好的教學(xué)效果。

案例5. 在學(xué)習(xí)蘇科版八年級(jí)下冊(cè)《力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系》一課前，同學(xué)們頭腦中會(huì)有這樣的認(rèn)識(shí)：從相同高度自由釋放兩個(gè)物體，重的物體會(huì)先落地。對(duì)此，筆者采用了如下方法：

師：同學(xué)們，從相同高度自由釋放兩個(gè)質(zhì)量不同的物體，哪個(gè)會(huì)先落地呢？

生：重的物體會(huì)先落地。

師：假如我們把兩個(gè)質(zhì)量不同的物體綁在一起，落地情況又會(huì)怎樣呢？

生A：因?yàn)楦亓耍员葎偛艃煞N情況落地花的時(shí)間更少。

生B：不同意A的看法，綁在一起，下落的時(shí)間應(yīng)該介于單獨(dú)自由釋放重的物體和單獨(dú)自由釋放輕的物體之間。

通過充滿矛盾的問答對(duì)話，啟發(fā)學(xué)生的思維，通過思辨發(fā)現(xiàn)問題，最終得出正確結(jié)論。

五、利用函數(shù)圖像的異同創(chuàng)設(shè)情境

運(yùn)用函數(shù)圖像解決物理問題是中學(xué)物理常用的方法之一，如正比函數(shù)、反比函數(shù)等。初中生對(duì)直觀的、可見的事物更感興趣，如果能利用函數(shù)圖像的異同點(diǎn)創(chuàng)設(shè)物理情境，激發(fā)認(rèn)知沖突，必將起到事半功倍的作用。

案例6. 講授蘇科版八年級(jí)下冊(cè)《密度》時(shí)，密度的概念比較抽象，學(xué)生不易理解，現(xiàn)行教材改為比值法教學(xué)，降低了難度，對(duì)密度的學(xué)習(xí)起到了一定的促進(jìn)作用，但卻忽視了密度與物質(zhì)的質(zhì)量、體積之間的相互關(guān)系。為了解決這個(gè)難點(diǎn)，筆者采用了利用函數(shù)圖像的異同研究密度與質(zhì)量、體積的關(guān)系的方法。

師：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制密度與質(zhì)量、密度與體積的關(guān)系圖像。

教師將學(xué)生的繪圖用實(shí)物展示臺(tái)展示給大家。如圖1所示：

師：通過這兩幅圖我們能得出什么結(jié)論呢？

生：同種物質(zhì)密度相同，與質(zhì)量多少、體積大小無關(guān)。

師：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再繪制同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系圖像。

教師將學(xué)生的作圖用實(shí)物展示臺(tái)展示給大家，如圖2所示：

師：請(qǐng)同學(xué)們思考，這三幅圖像有什么不同？你們得出了什么結(jié)論？

生：最后一幅圖是過原點(diǎn)的直線，同種物質(zhì)質(zhì)量與體積成正比。

利用函數(shù)圖像的異同創(chuàng)設(shè)物理情境，除了可以驅(qū)動(dòng)概念教學(xué)，還可以透過異同實(shí)現(xiàn)物理規(guī)律教學(xué)的突破。

案例7. 以蘇科版九年級(jí)上冊(cè)《歐姆定律》的教學(xué)為例，歐姆定律是歐姆用了十余年時(shí)間多次試驗(yàn)得出的定律，而學(xué)生只用了二十分鐘就完成了實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果持懷疑態(tài)度，并且很快便將定律遺忘。教師在教學(xué)中可以要求學(xué)生繪制電流與電壓、電阻的函數(shù)圖像，如圖3所示：

學(xué)生根據(jù)自己畫的這兩幅圖，能夠準(zhǔn)確得出“電流與電壓成正比，與電阻成反比”的結(jié)論，從而強(qiáng)化了記憶效果。

六、比較物理模型的異同點(diǎn)創(chuàng)設(shè)物理情境

物理學(xué)研究常用建立模型的方法來減少次要因素的影響，突出本源問題。如在研究杠桿時(shí)，經(jīng)常使用“輕的杠桿、輕的細(xì)繩”這樣的說法，為學(xué)生研究杠桿的主要特征及杠桿的平衡條件減少了障礙，能突出本源問題的學(xué)習(xí)。

案例8.在講授蘇科版九年級(jí)下冊(cè)《磁場(chǎng)》時(shí)，學(xué)生已經(jīng)在八年級(jí)上學(xué)期學(xué)習(xí)過光，并且會(huì)建立光的模型。磁場(chǎng)的學(xué)習(xí)比光的學(xué)習(xí)更加困難，看不見，摸不著。建立磁場(chǎng)模型可以改變同學(xué)們頭腦中固有的物質(zhì)觀，磁場(chǎng)也是一種物質(zhì)。把磁場(chǎng)想象成是由一根根的磁感線組成的，如圖4所示：

磁感線是假想出來的曲線，將磁感線和電流類比，它們都是閉合的曲線，串聯(lián)電路電流處處相等，但磁感線在磁體兩級(jí)最密集，疏密程度反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁場(chǎng)模型的建立，很好地解決了接下來要學(xué)習(xí)的電動(dòng)機(jī)原理和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

總之，在物理教學(xué)中，教師要善于利用學(xué)生的認(rèn)知沖突創(chuàng)設(shè)情境，甚至要有意“刁難”學(xué)生，激發(fā)認(rèn)知矛盾，為學(xué)生的思維訓(xùn)練設(shè)置有梯度的障礙，抓住學(xué)生的心智發(fā)展特點(diǎn)，激趣設(shè)疑，這樣才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生快速建構(gòu)新的知識(shí)，將舊知識(shí)甚至是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為新的、正確的科學(xué)知識(shí)。在整個(gè)課堂教學(xué)中，要通過物理情境的創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生的心理認(rèn)知始終處于不滿足——滿足——不滿足的動(dòng)態(tài)發(fā)展中，這樣才能打造出高效課堂，實(shí)現(xiàn)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的要求。