物理教學中實驗情境的創設

趙生武

[摘? ?要]高中物理課堂教學中，根據學生的現有水平和可發展區，合理創設物理實驗情境，可有效幫助學生建立物理概念，形成物理規律，克服認知困難，可以激發學生的探究熱情，幫助學生澄清模糊認識、完善認知結構。

[關鍵詞]實驗情境;課堂教學;創設;探究

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）29-0053-02

建構主義理論指出：學生的知識是在一定的情境下，借助他人的幫助，通過意義建構而獲得的。物理知識源于生活，本身也具有“情境化”的特征。物理概念的建立，物理規律的形成是以實驗為基礎的，物理概念、規律的理解及應用更離不開實驗情境。在高中物理課堂教學中，如何創設符合學生認知規律、能夠引發學生認知沖突、激發學生學習興趣，能夠讓學生獲得體驗的實驗情境，以使學生更加有效地學習物理知識，是物理教師必須思考和探究的問題。筆者結合自己的課堂教學實踐，例談實驗情境的創設，以期拋磚引玉。

一、創設實驗情境，建立物理概念，形成物理規律

物理教師應樹立“物理知識來源于實踐，物理知識最終回到實踐”的教育理念，在教學過程中啟發學生從物理情境中抽象出物理概念、物理規律，并引導學生將物理概念、物理規律應用于實踐當中。實驗情境具有直觀性、實踐性、真實性和體驗性，能夠體現物理概念的本質特征，能夠引領學生從經驗性常識向科學物理概念轉變，能夠轉化模糊的前概念，從而深化對物理概念和物理規律的理解。

[教學案例1]創設實驗情境“橡皮筋做的彈弓讓子彈飛”，學習必修1第三章第二節《彈力》。步驟一，用橡皮筋做彈弓，用小紙團做子彈，學生分組體驗“讓子彈飛”;步驟二，啟發學生思考問題：1.子彈為什么能飛？橡皮筋有什么變化？2.每個同學的子彈飛的遠近為什么不一樣？采用怎樣的措施能夠使子彈飛得更遠？步驟三，引導學生抽象概念，探究物理規律：通過問題1的回答，抽象出彈力的概念、彈性形變的概念及彈力的方向;通過問題2的回答，探究彈簧彈力大小的決定因素：彈簧的勁度系數和彈簧的形變量，定性探究胡克定律。

[教學案例2]創設實驗情境“橡皮筋打手體驗疼的感覺”，學習必修2第七章第五節《探究彈性勢能的表達式》。步驟一，兩個同學為一組，將拉緊的橡皮筋松開打到對方的手上，感受“疼”的感覺;步驟二，啟發學生思考問題：1.一個物體能夠對外做功，我們就說物體具有能量，拉緊的橡皮筋有能量嗎？如何感知能量的大小？2.橡皮筋具有的能量大小由哪些因素決定呢？步驟三，引導學生抽象概括，探究物理規律：通過問題1的回答，抽象出彈性勢能的概念：像橡皮筋這樣由于發生彈性形變而具有的能量叫作彈性勢能;彈性勢能的大小通過手疼程度不同來感知;通過問題2的回答，運用控制變量法探究彈性勢能大小的決定因素：彈簧勁度系數和彈簧形變量。

教師引導學生在實驗情境中生疑、質疑、解疑，在體驗中建構了彈力、彈性勢能的概念，探究彈簧彈力大小的決定因素、探究彈性勢能大小的決定因素等物理規律。

二、創設實驗情境，克服認知困難，突破教學難點

通過創設實驗情境可以增強學生的感性認識，豐富學生的知識經驗，打破學生的思維定式，從而克服認知困難，突破教學難點。

[教學案例3]創設實驗情境“在刻度尺輔助下探究曲線運動軌跡”，學習必修2第五章第一節《曲線運動》。步驟一，兩個同學為一組做實驗：將刻度尺平放在白紙上，甲同學用手推尺子沿白紙向上做勻速直線運動，乙同學將鉛筆尖置于尺子的上邊緣左端，手握鉛筆沿尺子上邊緣向右做勻加速直線運動，白紙上呈現鉛筆尖做曲線運動的軌跡;步驟二，啟發學生思考問題：鉛筆尖的實際運動是什么？同時參與哪兩個方向的分運動？分運動有什么性質？步驟三，引導學生澄清概念，總結規律：1.鉛筆尖實際的曲線運動是合運動，向上隨尺子的勻速直線運動和水平向右的勻加速直線運動是兩個分運動，并且兩個分運動和合運動具有等時性。2.互成角度的勻速直線運動和勻加速直線運動的合運動是曲線運動。

通過實驗情境，增強學生對學習過程的體驗和探究，克服認知困難，跨越了“從直線運動到曲線運動”的思維障礙，實現了原有認知的自我改造和完善。

三、創設實驗情境，引發認知沖突，激發探究熱情

結合學生已有的知識經驗通過創設恰當的實驗情境，能夠有效引發認知沖突，激發探究熱情。

[教學案例4]創設實驗情境“手握水杯做水流星”，學習高中物理必修2第五章《曲線運動》第七節《生活中的圓周運動》。

步驟一，教師隨手拿起學生課桌上的盛有半杯水的水杯，手握緊水杯，伸直手臂并在豎直平面內緩慢轉動，當水杯上到某一高度時，水從杯口流出，澆灑在教師的身上。

步驟二，教師重新裝上半杯水，快速旋轉，即使水杯通過豎直圓周的最高點，也看不到水從杯口流出。

在教師演示實驗的過程中，全體學生聚精會神、全神貫注，都深深地被實驗情境感染。當完成步驟二時，學生將響亮的掌聲送給了教師。學生對“快速旋轉時，水為什么沒有流出？”這一問題充滿好奇，渴望教師引導他們學習現象背后蘊含的物理知識，期盼及早解開謎底。

四、創設實驗情境，澄清模糊認識，完善認知結構

受傳統教學理念的束縛，高中物理課堂教學依然存在“注重知識傳遞，忽略知識建構”的現象，學生的學習缺少在實際情境中建構模型、科學推理等過程體驗，機械地記憶物理概念和規律，導致對一些物理結論的模糊認識、片面理解[1]。

[教學案例5]創設實驗情境“兩物體同軸轉動”，辨析勻速圓周運動中角速度是否相等的問題。

如圖所示，質量相等的a、b兩小球在光滑的漏斗內側的不同高度做勻速圓周運動，試比較兩小球的角速度、線速度以及漏斗對小球的支持力大小關系。很多學生的解釋如下：由于兩小球繞同一轉軸轉動，所以角速度大小相等……教師不必急于否定學生，應該呈現物理情境，在具體的情境下讓學生經歷思考和體驗過程。具體策略如下：

首先，引導學生分析生活情境：自行車行駛過程中，后輪邊緣上一點與小飛輪邊緣的另一點角速度有何關系？啟發學生注意兩個要點：一是兩點繞同一轉軸轉動;二是兩點被固定。

其次，指導學生做實驗：將鋼筆底端放在水平桌面，手握鋼筆頂端使其繞過底端的豎直軸轉動。在學生實驗的過程中，讓學生在鋼筆上不同位置選取兩質點，分析轉動過程中兩質點的共同特征：1.兩質點被固定在同一物體上;2.兩質點繞同一轉軸轉動;3.兩質點轉動的角速度相等。

最后，學生對比具體實驗情境，發現圖中a、b兩小球并未固定，角速度一定相等的結論不成立。

通過實驗情境的體驗和對比分析，學生明確了角速度一定相等的條件：固定在一起繞同一轉軸轉動。

教師基于學生的元認知創設合理的實驗情境，引導學生在實驗情境中親身體驗、獨立思考、分析概括、反思評價，解決認知困難，完善認知結構，實現了物理概念和物理規律在頭腦中的有效提煉和升華。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 任虎虎.基于核心素養的物理深度教學策略探討[J].物理之友，2019（1）：23-25.

[2]? 張月蘭，申潔.關注情感體驗 提升常態化教學境界：“光的色彩顏色”一課教學設計與實施評析[J].物理教師，2019（2）：48-50.

（責任編輯 易志毅）