用創新實驗構建物理情境化課堂

貝鴻

物理是一門實踐性很強的學科。物理教師經常會有這樣的困惑：我們費了很大的力氣，為什么學生的成績提高不明顯呢？比如學習游泳，對教練講的很多技術要求和動作要領已熟記于心，但如果缺乏科學的實際訓練和多次修正，是不可能真正學會游泳的。華東師大鐘啟泉教授指出：“核心素養不是直接由教師教出來的，而是在問題情境中借助問題解決的實踐培養起來的。”

以創新實驗創設真實物理情境，能喚醒學生的回憶，激發學生的感悟，讓學生在體驗中得到啟示，進而產生情感的共鳴。學生在家庭、學校、社會等活動中可能會遇到各種各樣的情境，在面對這些具體情境時的思維和行動體現一個人的素養水平，因此我們在教學中就要注重學生情境體驗的創設，以便使其積累足夠多的經驗能力，從而遷移到可能遇到的生活情境中去。本文將以真實的教學案例來呈現基于創新實驗的物理情境化課堂建構。

一、建立真實模型克服抽象思維的障礙

電場是物質存在的一種特殊形式，它看不見摸不著，并且在學生的日常生活中缺乏可借鑒的直接經驗，也是教材中一個典型的難點內容。我們嘗試用以下情境化的創新實驗來突破這個難點。

先通過一個引導實驗激發學生的好奇心：一個用化學纖維布料摩擦的空礦泉水瓶靠近干燥的易拉罐時，鋁制易拉罐被吸引，并向礦泉水瓶運動。教師引導學生猜想相互吸引的可能原因。有學生會想到摩擦起電。靜電看不見摸不著，猜想是否正確呢？除了理論分析，能否進一步實驗驗證呢？學生容易想到驗證實驗，用沒有經過摩擦的礦泉水瓶靠近易拉罐，不會產生相互作用。這就進一步證實和強化了礦泉水瓶和干燥的易拉罐之間的作用力屬于靜電作用力。

學生的思維被充分調動起來以后，教師提出新的問題：“我們經常體驗的作用力很多是接觸力，兩個不接觸的物體之間會發生相互作用力嗎？”物理學上從來都沒有超距作用，帶電的礦泉水瓶的周圍一定存在著一種看不見的物質，它是作用的媒介物質，從而順利地得到結論：“帶電的物體周圍存在一種看不見又摸不著的物質，它是電荷相互作用的媒介，這種物質叫做電場。”無影無形的物質——場，在我們的生活中并非罕見，地球的周圍存在重力場。今天接觸的電場也像重力場一樣，有力的作用，也有能量的性質。

以情境引發問題，以問題引領活動的展開，以活動促使獲得結論，以結論促生知識的應用，以應用促進學生創新能力的發展。在解決實際問題的情境中，由創造性思維形成的這種思維與行動，一旦形成就可以有效且無痕地遷移到其他生活情境中。

二、創設生動真實的情境，激發學生思考和分析物理問題

物理學科單元活動設計是要圍繞著教學重點和難點，通過整合的物理概念和規律，以科學探究問題為基本落腳點，促進學生進行科學實踐，讓學生逐步形成物理科學思維、科學探究以及科學態度。在《動量和動量定理》的教學中我們會創設以下教學情境：

動量概念的引入：教師拋出一個足球，請學生用頭把足球頂回。教師再出示一個鉛球，問可否將鉛球也頂回，為什么？高速運動的子彈，雖然質量不大，為什么也會對人有很大的作用？通過討論，總結出物體間的相互作用與物體的質量和速度有關，描述物體相互作用的物理量動量，進而得出動量的物理意義、定義、矢量性以及物理量單位。

沖量概念的引入：在豎直疊放的多枚象棋子下面放一張白紙，拉動白紙，要求使象棋子獲得較大的速度，應當如何操作？組織分組討論后，學生嘗試急速拉動和緩慢拉動兩種操作。實驗表明緩慢拉動反而能使象棋子獲得較大的速度。巨大的思維反差，使學生對原因發生了極大的興趣。在兩種實驗條件下滑動摩擦力大小是相同的，在緩慢拉動時象棋子受到摩擦力作用的時間比較長，經過討論得出沖量概念、定義、矢量性以及物理量單位。

概念間的聯系：教師引導學生觀察、比較兩個概念在物理意義、定義方式等方面有巨大差異的物理量竟然有著相同的物理單位，這說明兩個物理量一定有某種內在聯系。教師啟發學生用已經學過的牛頓定律來分析問題、解釋疑問，揭示沖量與動量之間的因果關系，得到動量定理的科學結論。引導學生體會與以往的物理實驗定律的不同，動量定理是用理論推導的方式得到的。

遷移應用：請兩名學生抓住衣服四角，然后把衣服在空中水平繃緊張開。教師捧出一個生雞蛋，把雞蛋用力摔在衣服上，蛋殼竟然毫發無損（為了防止意外，可以把生雞蛋放在透明的薄塑料袋里）。在學生的固有認知中，生的雞蛋需要小心呵護，因為很容易破碎。反復用力摔在衣服上，而雞蛋沒有破碎的實驗現象，啟發學生用今天學過的動量定理來解釋。必要時可以引導學生聽雞蛋摔在衣服上的聲音，并與雞蛋磕碰在碗邊上的聲音進行比較。學生可以自然地應用動量定理解釋，在雞蛋動量變化相同的條件下，摔在衣服上的作用時間比較長，作用力就比較小。

這個減小作用力的方法在我們的生活中還有別的應用嗎？快遞包裝、跳高海綿墊、跳遠沙坑、塑膠跑道操場、氣墊運動鞋底、軟式排球等不勝枚舉。學生的思維是如此的生動活潑，知識和規律與生活結合的是如此緊密，學習是這樣的輕松愉快。這樣的課堂遠離了灌輸式的死記硬背、機械訓練，有了積極主動的思維和深入的科學探究，實現了從解題向解決問題的轉移。

依據科學探究的基本要求我們可以概括為以下基本思路。

三、通過創新實驗的開發和利用，提升教師的教學智慧

我們所說的創新實驗未必是要創作一個新的實驗儀器，也無需實驗經費的大量投入。擁有高超教學智慧的教師，可以利用身邊的一切適用的物品作為教學的實驗儀器設備來完成課堂實驗。比如，用張開的手掌靠近臉頰，臉頰立刻就可以感受到來自手掌的紅外輻射，如同靠近熊熊的火爐或者不發光的暖氣片一樣;用兩根粉筆（或者鉛筆）并攏在一起，平行于教室的日光燈管，通過中間的狹縫觀測，就可以明顯地看到明暗相間的衍射條紋等。這樣一些實驗簡陋而不簡單，便于學生模仿并在課內外重復實驗，在體驗中學習物理知識和規律。

在物理學習中，經常有某些物理問題由于學生缺乏生活經驗而難以理解。例如，考查牛頓運動定律的瞬時性問題，常常會用豎直靜止的彈簧兩端各連接一個質量相等（或者不同）的小球。當放開上端小球的時刻，下端小球的加速度為零。我們就設計采用玩具彩虹圈（彩虹圈是一種螺旋彈簧玩具，也是一個物理玩具，可以用來做許多物理實驗）來模擬。當豎直的彩虹圈上端由靜止釋放逐漸下落時，彩虹圈的下端竟然紋絲不動。我們可以讓學生親眼看到彈簧的形變的延緩性。在學生驚嘆之余，教師進一步用微元的方法從上向下逐段分析，引發學生的更加高階思維。

學生是課堂的主體。課堂上學生的觀察點、思維的起點和轉折點都需要教師積極有效的引導。在摩擦力的教學過程中，我們設計教師用黑板擦在黑板上反復做擦黑板的動作，然后再把板擦從黑板的上沿處由靜止釋放，緊接著瀟灑地向下揮手摁住快速下落的黑板擦。在創設了這樣有比較的物理情境以后，提出物理問題：你看到了什么？你聽到了什么？你想到了什么？你有什么問題？你有什么思考？你得到了什么樣的判斷？學生可以看到兩種情況下，黑板擦和黑板之間都有相對運動，也可以看到兩種情況下手對黑板擦的按壓作用力不同，可以聽到前者有摩擦的聲音，而下落沒有摩擦聲音。通過師生之間的交流和學生之間的討論之后得到滑動摩擦力的產生不僅需要直接接觸的物體間有相對運動，相互擠壓的彈力也是必不可少的條件。

用身邊的器材做創新實驗，需要教師有一雙智慧的眼睛。教師發現身邊器材的教學價值，并在課堂上靈活應用，學生就會模仿，會覺得物理就在我們的身邊。教師的垂范更為學生的課外實驗提供了榜樣作用。這樣的創新實驗成本低，但教學效果不低、教學智慧不低。用創新實驗建構情境化的課堂，是培養學生學科素養的重要途徑，也是考查物理教師學科教學技能的側重方面。

用創新實驗構建物理情境化課堂的要素是要聯系生活創設真實情境，引發沖突，基于實驗創設探究情境，激活知識創設應用情境，引導學生參與，創設生成情境。與以灌輸知識為目標的課堂教學不同，用創新實驗構建的物理情境化課堂在課堂組織形式上不只是教師講解、傳授知識，而是師生互動，激活思維。課堂教學過程不再是平鋪直敘、索然無味，而是曲徑通幽、引人入勝;教學的目標不只是學科的結論，學生學到的也不僅僅是解題技能。教師教的是學科思維，學生收獲的是科學智慧。在培養目標上不再是培養對科學和生活毫無興趣只會解題的考生，而是處處留心皆學問，從解題走向解決問題，能適應創新型社會發展所需要的新型人才。

創新實驗的情境化課堂中，學生活動的設計應當基于課程標準的要求和學生的學科認知特點以及心智養成需求，依托真實的物理情境，指向學生科學核心素養的發展。通過單元學習活動，學生能夠體會到物理知識間的邏輯性，并在提出物理問題，建構物理模型，解釋物理現象等學科實踐活動過程中，習得科學思維、科學方法，逐步發展為進行科學探究解決實際問題的能力。因此，單元學習活動可以包括這些環節和路徑，以情境引發問題，以問題引領活動的展開，以活動促使獲得結論，以結論促進知識的應用，以應用促進學生創新能力的發展。

作者單位 ?陜西省西安市西電中學