從真實素材到真實情境:教學情境的設計策略
——以初中《科學》九年級“能量的轉化與守恒”復習為例

葛元鐘

(杭州市行知中學，浙江 杭州 310012)

在初中科學的課標里有這樣一個觀點:“如何讓初中生逐步形成用科學的知識、方法和態度解決個人與社會問題的意識,要著力于發展初中生在科學知識與技能、技術、科學、環境、社會,科學探究等方面的認識和能力”．[1]中考命題的趨勢在這些年中偏向題目與現實生活和社會實際聯系．[2]然而初中科學課堂教學中有關情境的創設還存在著一些急待解決的問題．

1 當前教學中的困惑

1.1 創設情境所需素材不豐富

目前許多教師僅在公開課、展示課上精心準備情境,而在家常課中創設情境的意識還比較欠缺;創設情境所需素材基本來源于教材或自身所見所聞,素材來源和種類都不夠豐富．

1.2 創設情境思慮過程不清晰

許多教師在設計教學情境時,經常花費過多時間,導致效率低下,這一現象在公開課、展示課上尤為明顯;情境的生成和修改,沒有相對固定的生成模式,缺少整體規劃與統籌設計,花大力氣創設的情境常常仍不如人意．

1.3 創設情境質量指標不明確

創設的情境常常不如人意的一個重要原因是不知道從哪些維度標定情境的質量．有的教師強調情境的真實性;有的教師強調情境的生活化;有的教師強調情境中的知識素材和方法素材．但由于沒有整體把握指標,往往顧此失彼．

由于這些情境創設問題,課堂效率通常不能得到有效保證．為了能更快更好地創設符合學生科學學科素養發展要求的情境,可以先從情境的素材選擇和加工開始．本文以《科學》教材九年級上冊第3章的一堂復習課為例,集合該章第2節“機械能”和第八節“能量的轉化與守恒”的真實素材進行加工和深入處理．

2 真實情境的素材來源

素材來源于生活,現實生活的原始材料豐富,但未經整理加工．這些生活中的有用素材可經加工成為教學中的真實情境．學生的親身經歷是教師最先考慮的情境素材,演示實驗和學生實驗也可以形成很好的參與式教學情境,物理學史上的討論、經典實驗等也常常成為教學情境素材．

2.1 教材中的真實體驗

教材中的真實體驗可以分為二類,一類是教材中提到的生活場景,另一類是通過演示實驗和學生實驗構建出來的真實情境．

浙教版《科學》教材九年級上冊第3章第2節“機械能”中提到的場景有:游樂園中驚心動魄的云霄飛車、天空中展翅飛翔的小鳥、馬路上急馳而過的汽車、飯后悠然行走的人;擲出的鉛球、流動的水、被舉起的課本、射箭運動員拉彎的弓、網球拍擊打的網球;奧運會上撐桿跳高、壯闊的水力發電站,人造衛星、運動場上立定跳遠、彈簧控制門、自行車溜下坡．[3]通過這些素材來說明物體的動能和勢能．

浙江教育出版社出版的九年級《科學》教材中,第3章第8節“能量的轉化與守恒”中提到的場景有:金屬湯匙放到熱水里、定滑輪、森林火災、特技跳傘;太陽光照射到綠色植物的葉片上,太陽能轉變為空氣的動能,太陽能熱水器將太陽的光能轉變為水的內能,太陽能電池板將太陽的光能轉變為電能;以燃料為基礎的火力發電廠,青蛙一躍而起的捕食過程,電動機將重物提起,雜技演員沿竹竿下滑等．[3]通過這些素材來說明不同物體之間能量的轉化與守恒關系．

教材中還設計了不少實驗,真實情境恰好可以基于這些實驗來建立,對于激發學生學習興趣、引發思考有積極作用:圖1展示了小鋼球碰撞木塊的實驗;圖2實驗可以探究影響重力勢能的大小的因素;圖3則展現了一系列動勢能的轉化．

圖1 小鋼球撞木塊

圖2 小球下落實驗

圖3 動勢能轉化的系列實驗

除了實驗,教材中還給了幾個從情境出發的討論話題:討論相同速度的汽車和摩托車的動能大小,同一公路對小型客車、大型客車的限制速度不同,擺錘和滾擺上升的高度減小最后停在最低點,機械能的減少;青蛙捕食時消耗的能量、獲得的能量,這些能量的來源和去向．這些討論題是教學中極好的創設情境的素材．

2.2 生活里的親身經歷

從學生的生活經歷角度思考,可把情境類別分為以下幾種:交通中的科學,主要指學生在出行過程中所見到的現象,并用原理進行解釋,如機械運動、剎車、限速、慣性等等;家庭中的科學,主要指學生對家庭現象的解釋,如正確合理使用廚房用具和衛生用具,家庭電路、各種用電器等等;校園里的科學,主要指學生在學校觀察到的現象的解釋,旗桿上的定滑輪、學校里的各種植物、操場上的各種活動中的科學原理等;吃穿中的科學,主要指學生在營養攝入、動植物的各種器官、衣服材料、摩擦、不透明物體的顏色、熱傳遞等方面的理解與解釋．

2.3 歷史上的場景回放

科學史也是情境創設的優良素材,許多著名科學家的趣事、歷史上極具影響力的科學實驗,都可以很好地激發學生學習興趣．如在學習“能量的轉化與守恒”這一章節的時候,我們可以著重向學生介紹幾位科學家,從科學史的角度提高學生對科學本質的理解．

達·芬奇設計出了“永動機”,并且認為能量可以不斷地從永動機里得到．瓦特制造出了第一臺有實用價值的蒸汽機,從而實現內能向機械能的轉化,推動了西方工業革命．[3]邁爾分析了多種能量的轉化和守恒的現象,為能量守恒定律奠定了基礎．焦耳在研究熱的本質時,發現了熱和功之間的轉換關系,并由此得到了能量守恒定律．亥姆霍茲在1847年發表了《論力的守恒》,系統、嚴密地闡述了能量守恒思想,第一次以數學方式提出能量守恒定律．通過對科學史的學習,可以讓學生深刻地感受到科學知識在不斷地完善,能量轉化和守恒定律是眾多科學家集體智慧的結晶．

3 真實情境的創設過程

3.1 基于學情組織素材

創設真實情境,首先需要基于學情,了解學生已經掌握的情境、知識、方法及思維發展水平．分析新舊知識之間的關聯,分析學生已掌握的研究方法是否能夠實現對新知識的探究,分析新的真實情境是否可以承載正確的情感、態度與價值觀．

比如在復習第3章內容時,教師應該了解學生已經知道些什么知識,什么方法,熟悉了哪些情境和活動,思考過哪些問題,看過哪些視頻．這樣才能更好地挑選情境所需的素材．

在第3章的復習課中,有的教師以長征五號火箭上天為素材,有的以汽車中的剎車系統設計和改良為素材,有的以蹦極運動為背景進行情境創設．所有的素材組織都要考慮學情,考慮是否能激發學習興趣．

3.2 立足素養創設情境

在創設真實情境的過程中不僅要考慮學情,還應立足學科素養．在創設過程中,要考慮情境中是否有真實的、有實際意義問題;解釋和探究的過程中是否可以用到本章節包含的知識和所要形成的思維方法．以第三章的一節復習課為例,在學生的復習課中設計了以下幾個情境,圍繞情境全方位提升學生核心素養．如圖4如示．

圖4 能量的轉化與守恒復習課的情境設計

3.2.1 要創設有問題的情境

機械能的復習一共創設了4個情境,每個情境都有可研究的問題．

情境1:小明和家人跟團坐大巴出去旅游,在高速公路上,大巴車突然剎車失靈,所有人都陷入了恐慌．針對這個情境可提出3個問題:大巴車在高速行駛中有什么能,和前車撞擊停下后,能去了哪里?交警依據什么來判斷事故前的車速?大巴車從運動到靜止,能量發生了什么樣的轉化?

情境2:以PPT展示高速公路上的一些標志,帶領學生一起學習如何在高速公路上安全出行,保證自己的人身安全．如圖5所示．針對這個情境討論4個問題:為什么高速公路上的標志牌要設最高限速和最低限速?為什么要設車距輔助牌?為什么在同樣道路上,不同車型的限速不一樣?

圖5 高速公路上的標志牌

情境3:觀看剎車系統的視頻,討論3個問題:剎車系統的原理是什么?剎車距離和剎車系統中哪些結構有關?能否讓卡鉗將剎車盤一下鎖死?并對剎車系統提出設計建議．

情境4:怎樣處理在汽車高速行駛時出現的剎車失靈情況．針對此情境,也提出兩個問題:如何從能量角度分析高速公路上的汽車從運動到靜止?剎車失靈的原因是什么?基于這些問題展開開放性討論“增加什么裝置應對剎車失靈”,進行師生、生生互動．

3.2.2 要創設有知識的情境

創設真實情境的首要要求是基于將要學習的基礎知識和技能．[4]吳喆、何善亮老師在文中指出:情境教學應該要包含情境化、去情境化與再情境化．[5]可見,要確保在課堂教學中去情境化后有明顯的知識和思維顯現的基礎上,再來創設情境．

比如問題:前車撞擊停下后,動能去了哪里?去掉情境后,可用來復習“做功來量度能量轉化的多少”;問題:剎車系統的原理是什么?剎車距離與剎車系統中哪些因素有關?可用來復習能量的轉化和守恒定律以及動能大小與什么因素有關的實驗問題:剎車失靈的原因是什么?旨在引導“外界對物體做功增加物體內能”這一概念的落實．

3.2.3 要創設有思維的情境

所創設的情境不僅要包含基礎知識和技能,還要指向學生思維水平的提高．比如問題:交警依據什么來判斷事故前的車速?解決這個問題就是用了轉換法的科學思維,交警根據車禍現場車子及物品的損壞程度(即動能轉化為其他形式能的多少)來判斷車子碰撞前的速度．針對問題:為什么要設最高限速和最低限速?學生們要回答這個問題,就要建立一個剎車的模型,并了解剎車系統中的能量轉化,要求不同類型的車子在規定的安全距離內將車子的動能全部轉化為其他形式的能．針對問題:對剎車系統提出設計建議．需要學生們有分析、綜合、評價的思維,通過這此思維,對現有的剎車系統進行改進．

3.2.4 要創設有意義的情境

養成學生的學科價值觀和社會責任感,是真實情境需要做到的,[4]也是真實情境的優勢所在．比如鼓勵學生提出升級剎車系統的建議,可促使學生追求創新,同時培養合作分享的精神．在課堂教學中展示高速公路上的一些標志,通過學習既能掌握機械能轉化的知識,也可以向學生普及基礎的高速公路安全駕駛守則,保證自己的人身安全．

3.3 關注體驗打磨情境

真實情境應便于學生體驗,要便于學生進行實驗探究、信息查閱、交流討論及成果體驗．因此,在情境的實施過程要注意以下幾點.

3.3.1 注重教學情境渲染

情境不能突兀,需要渲染,渲染符合該情境的氛圍,讓學生能夠身臨其境,投入其中．[6]當教師設計好客觀情境,實施過程很重要,如果情境渲染得當,可很好地激發學生的學習興趣．

3.3.2 幫助學生進入情境

真實情境往往有人的要素在內,但是客觀情境只是學生作為旁觀者聽到或者看到,讓學生模擬參與其中,能讓學生充滿熱情,興趣盎然,相當于擔當角色、扮演角色．[6]在課堂活動中,教師要著力幫助盡可能多的學生進入情境角色．

4 真實情境的質量指標

要建立情境的評價指標,從多個維度指導教師創設情境,從而提高情境的質量．一般的情境創設要考慮以下幾個方面．如表1所示．

表1 情境的評價指標

4.1 從情境內容本身評價

情境的來源要圍繞學生的生活,從學生的家庭、學校、閱讀的書籍里找到素材,對收集的素材要進行挑選和整合,構成適切、有一定思想的真實情境,并用清晰的語言進行表達．

4.2 從情境使用過程考慮

情境使用指標參照核心素養,從是否能有效提高學生的科學核心素養角度來考慮．情境的創設考慮是否有利于學生形成科學觀念、有利于學生進行思考、有利于學生探究、有利于學生形成科學態度．讓學生始終對事物對世界保持好奇心,培養學生的實事求是精神、學科價值觀和社會責任感．

4.3 從情境使用效果考慮

情境使用效果可以設計這樣幾個指標:情境中的知識學生是否掌握,情境中的現象學生是否可以解釋,情境中的任務學生是否可以完成．好的情境產生可以完成的任務,這些任務可以提高學生學習的參與度,可以在完成任務中養成合作、分享、創新的優秀品質,通過學習可以用知識解釋情境內容,解決情境問題．

5 結語

根據生活中的真實素材,創設一些基于學情、立足素養,有問題、有知識、有思維、有意義的情境,可激發學生的學習興趣,可促進學生的合作探究．在課堂實施中，真實情境還要注意渲染，關注體驗，設計一些學生可以扮演的角色，提高學生的參與率.同時建立多個維度的情境評價指標，從而更好地提高學生的科學素養.