創設認知沖突優化問題情境

黃峰

摘 要：物理核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任。科學探究是發展學生物理核心素養的重要途徑。根據建構主義的觀點，情境是探究式教學活動開展的前提，不僅要重視創設教學情境，更要重視教學情境創設的優化，以更好地激發學生的探索興趣，讓學生有主動參與學習的愿望，在教學中有效落實對學生物理核心素養的培養。

關鍵詞：核心素養；科學探究；建構主義；教學情境；優化學習興趣

教育部在《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中提出“教育部將組織研究提出各學段學生發展核心素養體系，明確學生應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力” [ 1 ]。作為一線教師，我們在從事物理教學過程中不僅要注重學科知識的教學，更要關注對學生物理核心素養的培養。

1 注重科學探究，培養核心素養

物理核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任，是學生科學素養的重要構成[ 2 ]。筆者認為科學探究活動是發展學生物理核心素養的重要途徑。通過科學探究活動，能引導學生形成正確的物理觀念和嚴謹的科學態度，養成科學思維習慣，學會自主學習。而要有效開展科學探究活動，首先要激發學生的學習興趣和探索欲望，讓學生成為知識的主動建構者。

2 關注情境創設，激發探究興趣

義務教育物理課程標準指出“科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一”[ 3 ]。作為物理探究式教學設計的理論基礎的建構主義認為：學習是學習者在一定的情境下，借助他人的幫助，利用必要的學習資源，通過主動的意義建構的方式獲得的[ 4 ]。學習總是與一定的情境相聯系的，所以教學情境的創設是教學設計的最重要的內容之一。

教學情境是指根據教學目標、教材內容以及學生的認知發展水平，教師有目的地創設與教學內容有關的情景。恰當的情境，能有效激發學生的探索欲望。雖然很多教師同行都意識到情境在教學中的重要作用，但在具體教學中，創設的情境還是限于教材引言中提到的案例或將案例進行簡單的擴充，補充幾個類似的例子，如此創設的情境，學生或許已經提前知道結果，有時很難激發學生的興趣，在教學中容易讓學生產生無趣的感覺。因此，教師在進行教學設計時，應充分考慮所創設的情境是否能激發學生的探索欲望，是否有利于學生對所學知識的意義建構。

3 創設認知沖突，優化問題情境

古人云：“學啟于思，思源于疑”，問題能使學生認知上產生沖突，使學生產生解決問題的沖動，激發學習的驅動力。所以筆者認為，在教學中，教師不僅要重視課堂教學情境的創設，還要抓住初中學生好奇心強的心理特點，積極探索情境創設中可優化之處，將問題融入情境中，進而激發學生產生探索其中物理奧秘的欲望。現就本人在教學中創設的兩個情境案例，結合具體的教學實施談一談情境創設的優化，希望能起到拋磚引玉的作用。

案例一：在“升華和凝華”這節課中，北師大版教材是通過加熱碘升華現象導入新課，然后列舉一些生活中的升華、凝華現象。由于生活中升華和凝華現象不是很常見，尤其是學生很難想象物質能從固態直接變成氣態，所以在以往的教學中，很多學生在學完本課內容后，對升華和凝華現象依然“陌生”。

在本課的教學中，筆者利用碘的升華、凝華現象，改進了實驗，創設了新的教學情景，具體做法如下：先將少量的碘裝入一個小燒瓶內，用橡皮塞塞緊，并對瓶內的碘進行加熱，使之升華，后停止加熱，瓶內的碘蒸氣重新凝華后附在燒瓶內壁；同時準備兩個能夠放入小燒瓶的塑料杯子，一個紫色（與碘蒸氣的顏色相同或相近）、一個白色，并在紫色杯子內裝了半杯熱水，在白色杯子內裝了半杯冰水。

師：老師這兒有個神奇的瓶子，把這個瓶子放入紫色的杯子里，就能變成紫色，放在白色的杯子里，就能變成原來的顏色，你們相信嗎？不相信啊？！那老師就給你們演示一下。

筆者將小燒瓶放入紫色杯子中，原來附在燒瓶壁上的碘在杯子中的熱水的加熱下重新升華，變成了碘蒸氣，整個燒瓶呈現漂亮的紫色，學生對這個漂亮的瓶子感到驚訝和喜歡，然后筆者又將小燒瓶放入白色杯子中，碘蒸氣遇到冷的冰水，重新凝華，附在燒瓶壁上，燒瓶重新變成無色透明，反復數次。

學生感到驚訝，于是有聰明的學生質疑：瓶內有什么物質，要求上講臺檢查。由于碘的量很少，且學生在學習本節內容前沒有接觸過碘這種物質，所以在查看的時候并不會注意到這些附在燒瓶壁上的細小的碘顆粒，于是悻悻而歸。

這時筆者再問瓶內有東西嗎？學生雖然還是懷疑，但還是回答沒有，緊接著筆者又問，真沒有東西嗎？于是把小燒瓶放在展臺上，將攝像頭拉近、放大燒瓶的畫面，調整角度，學生終于看到瓶上附有許多不仔細觀察是無法發現的碘顆粒。

接著筆者繼續將紫色杯子內的熱水倒入透明的大燒杯中，將小燒瓶放進大燒杯中，通過投影讓學生觀察瓶壁上的碘顆粒重新變成碘蒸氣的過程，為了能夠幫助學生理解這個過程中，碘是直接由固態變成氣態的，筆者又將準備好的少量冰塊放在另一個燒杯中進行加熱使之熔化并最終完全汽化，讓學生對比兩個過程。

在實際教學操作時應注意：

（1）由于碘這種物質的熔點為113℃，直接對碘進行加熱，過高的溫度容易產生碘熔化的現象，造成學生學習的障礙，而要展示碘的升華過程，水浴法是個很好的選擇。

（2）.燒瓶內放入的碘的量要少，這樣凝華后附在燒瓶壁上的碘顆粒很少，不容易被發現。

（3）為使升華、凝華現象明顯，杯子中應裝入溫度較高的熱水和溫度較低的冰水，這樣碘充分升華后色彩更絢麗，凝華后燒瓶更通透。

類似的演示實驗加上不一樣的情境，可以帶來不一樣的課堂效果。在這個改進后的實驗情境中，碘蒸氣的絢麗令學生驚嘆，然而凝華后的燒瓶看似空無一物，能引發了學生的強烈質疑，這樣的情境能讓學生記憶猶新，同時激發了學生探索的興趣，調動了學生學習的積極性。通過最后對現象的分析，培養了學生的評判性思維，讓學生學會要認真觀察現象。當然，對升華和凝華這兩種物態變化的理解更加深刻了，同時也能舉一反三，發現生活中的升華、凝華現象，學生的科學態度和思維能力也在這樣的潛移默化中得以形成和發展。

案例二：在北師大版八年級物理“物體的顏色”這節課中，教材的編寫是從展示彩虹這種色散現象導入新課的。彩虹雖美，但產生的原因學生們早已熟知，而教師在上課時還是以色散這種現象來導入新課，勢必又是一個“平淡”、“無趣”的開始，如何激發學生的探索欲望、調動學生學習的積極性？筆者對本課的新課導入設計了一個“越擦越黑的綠‘黑板”實驗情境。

出于保護學生視力的目的，現在學校教室基本上配備的都是綠色的“黑板”（以下簡稱綠板），筆者以這種綠板為創設情境的素材。在開始上課前，筆者先用沾有白色粉筆灰的黑板擦先將綠板擦過一遍，讓綠板沾上一層白色粉筆灰，然后用白色粉筆隨便在綠板上寫幾個與上課無關的文字。接著在電腦上新建一個PPT空白文檔，將文檔底色設置為大紅色，并將PPT課件全屏播放。準備好這些，開始上課了，筆者設計了一些問答：

師：“我們這個‘黑板是什么顏色的？”

生：“綠色的。”

師：“大家現在看到的‘黑板是什么顏色的？”

生：“紅色的。”

師：“如果我用濕布把黑板上的這些字擦掉，‘黑板會是什么顏色的呢？”

生：“當然還是綠色的。”

然而，當筆者用濕布擦掉黑板上的這些字和粉筆灰，綠板呈現的是黑顏色時，學生感到驚訝，為什么綠色的“黑板”真的變成黑色了，帶著這樣的疑惑自然對將要學習的物體的顏色之謎更加有興趣了。

在這個情境的創設中要注意的是：

（1）擦去綠板上的文字時，要用濕布，盡可能露出綠板本來的顏色。

（2）要將教室中的其它光源關閉，只保留投影儀投射的紅光，否則容易出現如日光燈的白光照射在擦去文字的綠板上，綠板依然呈現綠顏色。

這個教學情境的創設利用的是物體顏色原理，白色的物體能反射所有顏色的光，而綠色的物體能反射綠顏色的光，吸收其它顏色的光，將綠板事先用帶有白色粉筆灰的黑板擦擦過后，綠板上會沾上一層白色的粉筆灰，把PPT背景設置為紅色，投射到綠板上的紅光能被反射出來，學生看到的綠板是紅顏色的；而用濕布擦去粉筆灰，露出的綠板吸收了投影儀投射的紅光，由于沒有光反射出來，綠板看起來就是黑色的。好奇是人的天性，好奇心是探索的驅動力，充分利用學生的好奇心，創設令人意想不到的情境，能夠引發學生的認知沖突，當學生的好奇心被調動起來后，自然會不找到答案誓不罷休，當學生原有的認知結構無法解釋遇到的問題時，會促使學生針對問題展開積極主動的思維活動，進而重新建構起新的認知結構；同時在發現和解決問題的過程中，學生能感受到探求知識的快樂和獲得成功的喜悅，并形成正確的物理觀念和嚴謹的科學態度。

因此，廣大教師同行在進行教學設計時應該充分考慮教學情境創設的優化，避免情境創設落入 “俗套”，讓物理課堂更有吸引力，進而有效落實發展學生物理核心素養的教學目標。以上兩個情境案例在實際教學的實施中能有效激發學生探究興趣，相信以廣大物理教師的聰明智慧能創設出更多更好的情境案例。

參考文獻：

[1]教育部.教育部關于全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務的意見[EB/OL]. http：//old.moe.gov.cn//publicfiles/business/htmlfiles/moe/s7054/201404/xxgk_167226.html，2014-04-08.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京：師范大學出版社，2011.

[4]李遠蓉，朱霞，鄧磊.物理探究式教學設計與案例分析[M]北京：高等教育出版社，2003.