基于核心素養培育的高中物理情境教學課堂實踐
——以“圓周運動“為例

向昭輝 唐興華 李鉆鉆

（廈門實驗中學，福建 廈門 361000）

一、情境創設的理論依據

關于情境教學，德國一位學者有過一句精辟的比喻：將15克鹽放在你的面前，無論如何你難以下咽。而將15g 的鹽加入一碗美味可口的湯中，在享用美食時，15g 的鹽早已全部吸收。［1］情境在知識的學習中好比是湯之于鹽。鹽溶于湯中，才能被吸收；將知識溶于情境中，才容易被學生理解和掌握。情境教學旨在通過創設合適情境，營造真實氛圍，以便學生獲取直接經驗，獲得充分感知，深刻領會理論知識，掌握解決問題的方法。物理課堂實踐中，教師可通過生活真實情境、實驗創設情境、多媒體再現或模擬情境等，充分調動和發揮學生學習的積極性、主動性和創造性，變被動接受為主動學習［2］，讓培養學生核心素養落到實處。

二、物理情境的分類

物理情境的創設可分為生活真實情境、實驗創設情境、故事學史情境、表演展現情境等類型。

1.生活真實情境

生活真實情境即根據生活經驗和常識取材于真實生活中，是學生們可以感知、經歷的生活場景。例如，游樂場過山車、摩天輪的運動，自行車車輪、汽車車輪的轉動，學生自己利用身邊物品列舉演示一個軌跡為圓周的運動等，把這一過程錄下來觀察物體運動的軌跡特點得出圓周運動的定義。

2.實驗創設情境

實驗創設情境，即通過教師或學生設計實驗，激活學生學習興趣參與學習過程，通過實驗顯化相關物理知識，從而進行知識的生成。如只能直線行走的“玩具小豬”在細繩的拉力作用下做軌跡為圓周的運動，帶著這樣的問題進行思考分析得出做圓周運動的條件——向心力；做勻速圓周的“玩具小車”突然減小鉤碼的個數“玩具小車”做遠離圓心的運動，通過現象和受力分析得出離心運動的定義和條件。

3.故事、學史情境

故事、學史情境利用發生在身邊或者在物理發展進程中發生的故事作為情境。學生對故事、物理典故充滿了興趣，可通過故事情境對事情真相正確的認知。

4.表演展現情境

表演展現情境即用形式豐富的表演形式讓學生對物理知識進行呈現和演繹，在表演中滲透物理知識。例如，洗衣機脫水原理，讓學生現場將浸濕的衣服放入手拉濕脫水機中，通過一拉一拉動作使脫水桶快速旋轉起來，進而達到脫水效果，脫水原理、離心現象等知識融入其中。

三、物理情境在培育學生核心素養中的應用

1.物理情境中生成物理觀念

在常態課教學中，概念和規律的學習中很多老師直接給出定義或規律，沒有知識鋪墊和思維引導，學生不清楚知識的由來，學習效果差，理解不透徹，在新的情境中不能進行類比、遷移，核心素養的培育未落到實處。在新課標的要求下，物理觀念的實踐教學中，應創設適宜的情境，讓概念和規律在情境中自然生產，學生在情境中學習概念和規律輕而易舉。情境在物理觀念教學實踐中有以下幾個方面應用。

（1）在真實情境中激發學生物理學習的主動性

教學實踐中，一個好的情境能激活課堂，激發學生的學習興趣。在多年公開課聽課中，一堂成功的物理公開課共同特點：教師創設引起學生興趣的情境進行新課引入，可以是出乎意料的演示實驗，可以是具有震撼力的微視頻，可以是像魔術師一樣的魔術表演，也可以是能讓人思考的問題等等，激活學生的學習欲望，打開思維，積極主動參與課堂學習。

例如，在學習向心力之前，教師讓學生將倒扣玻璃罐中乒乓球穿過障礙物（如圖1），學生使乒乓球快速在玻璃罐中旋轉起來，使乒乓球順利穿過障礙物，但將玻璃罐換成小口徑的玻璃杯卻不能將乒乓球轉動起來穿越障礙物，激發學生的學習興趣和思考；離心現象中通過棉花糖制造機現場制作棉花糖（如圖2），制好的蓬松棉花糖進行展示（如圖3），學生歡呼不止而提問棉花糖的制作原理。

圖1

圖2

圖3

（2）借助物理情境的出物理概念

物理的概念具有抽象性，但學生思維往往從形象、具象化來想象，喜歡從直觀的現象中入手進行思考。物理教學實踐中就是使抽象知識顯性化，學生經歷物理知識的得出過程，物理概念、規律的學習就水到渠成。

例如，在向心力概念的學習中，教師拿出小孩子憨態可掬的玩具小豬（如圖4），打開開關小豬可勻速直線行走，如何讓小豬做圓周運動？通過投屏直播學生的做法：細繩牽引著小豬即做圓周運動，對其受力分析得出繩的拉力即小豬所受合外力，拉力始終指向圓心進而得出做勻速圓周運動的物體需要指向圓心的力的作用，這個力稱為向心力。

圖4

（3）利用實驗情境揭示物理規律

物理規律是高中物理學習的核心內容。而物理規律在傳統物理教學中容易以傳授式顯現或硬塞給學生，學生往往知道結論卻不清楚產生過程，尤其是在規律應用中存在思維障礙。讓學生參與知識產生過程中來，實驗情境是絕佳的載體。

例如，在探究皮帶（或齒輪）傳動和同軸轉動線速度、角速度關系時，可利用自行車傳動裝置來研究（如圖5），通過測量鏈條連接的大齒輪和小齒輪在相同時間內轉過的弧長，實驗得出弧長一樣即皮帶（或齒輪）傳動邊緣線速度一樣、角速度于半徑成反比的規律；通過測量同一車輪鏈條不同位置在相同時間轉過的角度，得出同軸轉動角速度一樣、線速度與半徑成正比的規律。

圖5

又例如，探究離心運動的條件時，細繩系住玩具小車通過鉤碼提供做圓周運動的向心力，先讓小車按照實現預定好的軌道做勻速圓周運動，突然間斷繩子能直觀看到小車沿直線運動；減少鉤碼個數或提高車速，玩具小車脫離原來軌道做遠離圓心的離心運動。學生通過實驗的觀察和條件的分析自然而然得出離心運動的規律。

2.情境教學中啟迪科學思維

學生的思維應在課堂教學中得到發展，因此情境顯得尤為重要，要讓學生學習知識的同時思維與能力得到提升。在思維與能力培養過程中，物理情境重要作用主要體現在以下幾個方面：

（1）利用情境構建物理模型

模型思維是學習物理的重要方法，也是解決實際問題的重要能力，問題分析的過程，本質上來講就是模型建構的過程。［3］

物理情境在模型建構的過程中起到重要的作用。例如，創設鉤碼通過細繩牽引著玩具小車做勻速圓周運動的實驗情境（如圖6），受力分析得出細繩的拉力提供玩具小車勻速圓周運動所需的向心力，從而建立F供=F需時物體做圓周運動模型；減少鉤碼個數從而減小提供的向心力或增大小車速度，從而建立F供＜F需時物體做離心運動；增加鉤碼個數增大提供的向心力或減小玩具小車的速度，從而建立F供＞F需時物體做近心運動的模型。因此，圓周運動的動力學問題形成完整的知識體系。

圖6

（2）在情境教學中激活學生的創新能力

生活中很多創新都是受其他事物的啟發而觸類旁通，從而激發創新的靈感。在課堂教學中，一方面呈現知識的邏輯過程；一方面也要啟發學生質疑創新能力。學生在學習新的知識后利用課堂所學解決實際問題就是一種創新。

例如，在學習了“科學探究：向心力”這節后，回到為什么小口徑玻璃杯不能使乒乓球轉起來，學生對其受力分析和運動分析得出旋轉半徑太小、杯壁的支持小使的重力大于摩擦力而掉下來，有什么增大摩擦力？學生想到增大向心力，利用課堂所學可以增大旋轉半徑，學生勇敢的舉手在課堂上表演以身體為旋轉中心、伸直手臂為杯子的旋轉半徑快速旋轉起來（如圖7），當緩慢將正向拖住的杯子翻轉過來乒乓球與玻璃杯一起做圓周運動而不掉下來時，學生的掌聲和歡呼聲在這一創新應用情境將課堂推向新的高點。

圖7

3.實驗創設情境培養科學探究能力

在科學探究之前，學生要弄清楚探究的要素可能有哪些，哪些要素會影響物理量的變化并合理對其進行猜想。在情境中對合理的猜想進行正確的指引。

例如，在“科學探究：向心力”之前，學生需猜想向心力的大小與哪些因素有關。為了讓學生合理進行猜想，先讓學生直觀體驗向心力。同桌2 人為一組，用一細繩系住的小球穿過塑料細管，一位同學使小球做圓周運動，細繩的另一端系一個繩套勾在一學生手指上，感受繩套給手指力的作用（如圖8）。更換質量更大的小球、增大小球運動的角速度和增大旋轉半徑，通過手指直觀感受力的大小變化。于是，影響向心力大小的三個因素——質量、半徑和角速度，學生很容易就猜想出來了。接下來學生通過向心力演示儀半定量研究，得出向心力與質量、半徑成正比，與角速度的平方成正比。但在與角速度的關系探究時，由于僅有一組數據，不足以形成定量關系，教師在輔以DIS 實驗（如圖9）進行多組數據的一次關系和二次關系擬合，得出向心力與角速度的平方成正比（如圖10）［4］，進而形成科學、嚴謹的科學探究。

圖8

圖9

圖10

4.借助情境滲透科學態度和社會責任

在核心素養四個要素中，科學態度和社會責任是必備品格。所謂科學態度，既包括勇于戰勝困難的決心和毅力，也包括事實就是的科學態度。例如，飛行員需要承受很重的負荷，在電影《無問西東》王力宏飾演的沈光耀，在祖國需要時，克服一切困難挑戰身體極限，成功選上飛行員，報效祖國。

物理來源生活，最終要服務于生活，即將所學知識服務于社會的意識和責任感。例如，在學習車輛轉彎、過橋時，要培養學生利用所學知識解決生活實際問題，并在現實生活中提出建議：在父母駕駛時，提醒父母過橋或轉彎時不要超速行駛。

在物理教學過程中，通過生活情境培養學生刻苦鉆研、勇攀科學高峰的精神。［1］例如，新冠肺炎肆虐全球，中國疫情控制得好，保障了人民的生命安全，這離不開中國科研人員的攻堅克難。中國能快速地對新冠病毒基因進行測序，這其中離心機起到了非常關鍵的作用。未來世界，傳染病是影響人類生活的一個重要因素，希望同學們努力學習，為人類的生命健康作出貢獻。

四、結語

核心素養的培養是課堂教學的落腳點，提升學生核心素養應是課堂教學的目標。情境教學是物理教學和物理學習的必由之路。課堂教學過程中，教師要注意觀察生活，引導學生把生活經驗轉化為物理知識；巧妙設計實驗，學生在實驗中體驗、感知、思考，喚醒學生學習的興趣和學習欲望；創設實驗情境，讓學生合理猜想、實驗探究培養學生科學探究能力；知識回歸生產、生活，讓學生感受知識在科技、生活中的應用，感受社會的發展，從而培育學生的核心素養。