核心素養背景下創設情境的教學探究

黃珍燕 鄭衛峰

摘? ?要：隨著新一輪課改對高中物理教學提出的更高要求，情境教學成為一種趨勢，如何尋找情境素材并進行教學設計成為教學實踐重要一環。以人教版“萬有引力與宇宙航行”單元為例，從教科書中的情境和生活實踐中的情境尋找素材，以“行星為什么繞太陽運動”等問題為導向，創設探究性情境;利用信息化技術，創設虛擬的扭秤實驗情境;扮演火箭設計者的角色，創設體驗式的啟發性情境等來設計教學，培養學生的核心素養。

關鍵詞：情境教學;萬有引力定律;核心素養

1? 情境教學法的內涵與重要性

《普通高中物理課程標準（2017年版）》中提出教師要“在教學設計和教學實施過程中重視情境的創設”[ 1 ]。2019年《國務院辦公廳關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》中也提出要積極探索基于情境、問題導向的互動式、啟發式、探究式、體驗式等課堂教學[ 2 ]。這都說明教師需重視通過情境教學培養學生的物理學科核心素養。

情境教學法是指教師在教學過程中根據學生的學習心理和學科特點，采用直觀形象的教學手段，有目的地引入或創設與教學內容相適應的場境或氛圍，在這種強烈的情感體驗中激發學生的學習興趣和積極性，進而達到提高教學質量、促進學生全面發展的教學模式[ 3 ]。本文以人教版必修2第七章“萬有引力與宇宙航行”的單元為例，探討情境教學中的情境素材來源和教學設計。

2? 情境的素材來源

2.1? 教科書中的情境素材來源

教科書中的情境素材常分為兩種，一是教科書中的實驗，另一種是物理學史。

教科書中的實驗主要包括教師演示的實驗和學生動手操作的實驗。以實驗為情境，回歸到物理學科的本質，從實驗中發現物理規律，激發學生求知欲，培養學生的科學探究能力。

物理學史中包含著物理學家們探索物理規律的過程中發生的事情和做過的實驗。如在“行星的運動”這一節中，就可以著重介紹托勒密、哥白尼、第谷、開普勒等科學家對行星運動的探索過程，讓學生感受科學本質，養成科學態度。而介紹從托勒密認為地球是宇宙的中心到哥白尼提出太陽才是宇宙的中心，則能體現科學知識的暫定性和創造性。再介紹開普勒花了十六年的時間利用第谷長達二十多年的肉眼觀測得到的行星運動的數據結合數學知識，對行星的軌道是圓到橢圓的認識體現了嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度。這些物理學史內容都是重要的情境素材，可以激發學生探索科學和學習知識的興趣。

2.2? 生活實踐中的情境素材來源

生活實踐中的情境素材主要有三種，分別是大自然中的物理現象、與生產生活相聯系的物理現象和一些科技前沿成果。物理學是一門觀察現象、揭示本質的自然學科，以大自然中的物理現象如電閃雷鳴、彩虹的形成等為情境，通過研究這些現象背后的規律可以讓人們進一步了解大自然、了解宇宙。如在“行星的運動”一節中，以星體運動為情境，帶領學生跟隨科學家們的腳步回溯星體運動規律的探究過程。

與生產生活相聯系的物理現象主要是學生的生活經歷。根據建構主義學習理論，利用與生產生活緊密聯系的物理現象建立學習情境，學生更容易建立起學習新知識的心理狀態。如在“萬有引力定律”一節中，教師可以從“給牛頓帶來靈感的蘋果為什么會從樹上掉落，而繞地球運動的月亮卻不會”引出牛頓的猜想，引導學生進行月地檢驗。

另外，科技前沿成果是高考命題中常常出現的問題情境，比如中國天眼、北斗衛星導航系統、長征系列火箭等，所以教師在平常的教學中也要讓學生了解最新的科技前沿成果，同時培養學生的愛國情感。如在“宇宙航行”這一節中，教師向學生介紹中國航天歷史的發展和最新的科技成果，吸引學生的注意力。

3? 創設物理情境的教學設計

知道情境素材的來源之后，下一步是如何進行情境創設。教師創設物理情境的目的是讓學生更容易沉浸到學習的氛圍當中，提高教學效果，有助于培養學生的核心素養。而學科核心素養的培養需要通過學生的學習活動來實現，這就意味著教學活動的設計組織將成為學生素養培養落實的關鍵環節[ 4 ]。因此教師需在進行物理情境的創設時，考慮如何組織學生的學習活動，并進一步分析該活動如何幫助學生構建物理觀念、形成科學思維、進行科學探究、培養科學態度與責任。

基于以上分析思路，以“萬有引力與宇宙航行”一章為例，列出如圖1的情境設計框架圖。萬有引力的發現過程蘊含著豐富的科學本質教育因素[ 5 ]，圖1從行星繞太陽運動的視頻、虛擬卡文迪許扭秤實驗、天問一號探測器發射視頻三個例子設計教學情境，達到發展學生的科學態度與責任素養的教學目的。如在圖1中，用行星繞太陽運動的視頻創設情境，進行“萬有引力定律”這節教學設計，讓學生在進行萬有引力定律推導的學習活動中，運用模型建構形成更完善的運動與相互作用觀念，從而對“行星為什么繞太陽運動”等問題進行科學探究，進一步提高對科學本質的理解。下面是根據圖1依次創設問題導向的、信息化實驗的和體驗式情境的教學設計。

3.1? 以“行星為什么繞太陽運動”等問題為導向，創設探究性情境

問題是科學研究的出發點，是開啟科學思維的鑰匙[ 6 ]。因此創設問題導向的探究性情境有助于促進學生核心素養發展。以“萬有引力定律”一節為例，引導學生推導出萬有引力定律是這節課的重點。根據情境設計框架，教師可用行星繞太陽運動的視頻創設情境，設計出行星繞太陽運動的系列問題（如圖2）。以問題“行星為什么會繞著太陽運動？”為導向，讓學生跟隨物理學家們的腳步，從“行星受到太陽的引力大小與什么因素有關？”到“行星繞太陽做什么運動？”，追根溯源，知道“行星繞太陽運動的向心力誰提供的？”，逆向思考“行星對太陽是否也有引力作用？”，總結出太陽與行星間的引力F=G。接著驗證牛頓的猜想“地球對蘋果的力與地球對月球的力是同一性質的力？”，將天地統一，得出萬有引力定律。

在推導萬有引力定律的過程中，需要建構行星運動模型，而模型建構的關鍵就是從實際問題情境中忽略其他次要因素，抓取主要因素從而構建模型。行星運動模型的關鍵在于如何將行星運動簡化成勻速圓周運動。教師可以引導學生利用橢圓和圓的偏心率分別是0.3和0，而八大行星的偏心率（如表1）均小于0.3，從而可以將橢圓軌道近似看成圓軌道。又由開普勒第二定律知道行星運動是勻速率運動，從而構建行星繞太陽做勻速圓周運動的模型。

教師以一系列問題為導向，創設探究性情境，步步引導學生進行科學探究。課堂中重點探究核心問題而不是直接傳授結論，基于探究天性，學生自然能像科學家那樣以理論內部一致和理論與事實相符為準則進行不斷的探索、檢驗和修正，直至得到合理的結論[ 7 ]。

3.2? 利用信息化技術，創設虛擬的扭秤實驗情境

物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗在物理教學中是必不可少。在傳統的物理教學中，由于場地受限、儀器有限等客觀因素的影響，很多實驗教師都無法演示或者讓學生動手做。隨著信息技術的發展，多媒體引入課堂已經成為一種趨勢，現在的物理實驗除了通過常態的視頻播放，還可以通過手機Phyphox、仿真物理實驗室等軟件讓學生在課后自己動手做或者是教師在課堂上實時操作。因此創設信息化的實驗情境是促進學生實驗能力和核心素養發展的重要方法之一。

以NB虛擬實驗室中的卡文迪許扭秤實驗為例（如圖3），根據情境設計框架，教師在課堂上演示虛擬的卡文迪許扭秤實驗，讓學生在虛擬實驗的活動中，觀察因鋼球的引力作用而扭轉的鏡子反射的紅色激光在直尺上移動的現象，對實驗現象進行解釋，了解卡文迪許是利用微小量放大法的思想進行扭秤實驗，提高科學推理能力，對萬有引力定律有進一步了解。

3.3? 扮演火箭設計者的角色，創設體驗式的啟發性情境

《論語》有言：“不憤不啟，不悱不發”。啟發性原則在教學中有不可替代的重要地位。而對于學生而言，如在課上舉行小型辯論賽、實地參觀、角色扮演等體驗式的教學情境更能抓住他們的目光，所以創設啟發性的體驗式情境也是物理情境教學的重要方法之一。

以“宇宙航行”一節為例，根據情境設計框架，教師通過展示中國長征五號遙四運載火箭搭載天問一號探測器發射升空（如圖4）的視頻，創設體驗式的啟發性情境，讓學生扮演火箭的設計者，啟發學生思考“天問一號探測器至少要以多大的速度發射？這個速度有最大值嗎？如果探測器偏離了預定軌道I（如圖5），要怎么修正？”，讓學生在討論發射速度與變軌問題的活動中，利用科學推理能力，基于證據給出自己的觀點“發射速度要大于環繞地球運動的第一宇宙速度，但要小于第二宇宙速度。當探測器偏離軌道I，要回到高軌道II，在P點要做離心運動，探測器點火加速;當探測器在軌道III要往軌道II運行時，在Q點要做向心運動，探測器剎車減速”，培養發展國家科技的社會責任感和科學推理能力。

4? 結束語

情境教學是促進學生物理核心素養發展的教學模式之一，創設問題導向的、信息化實驗的、體驗式的情境有利于教學。但是在注重真實情境的同時，不能本末倒置，為了情境而設置情境，反而阻礙教學的進行。情境是教學設計的一部分，教師要引導學生自然而然地進入問題情境。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[ 8 ]。總之，教師應當多創設恰當的物理情境進行教學，促進學生核心素養更好地發展。

參考文獻：

[1] 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.

[2] 國務院辦公廳. 國務院辦公廳關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見[J]. 中華人民共和國國務院公報，2019（18）：35-39.

[3] 趙慧杰，蘇玉成. 物理情境教學法的理論與實踐探究[J]. 教學與管理，2015（30）：105-107.

[4] 段才盛. 基于物理核心素養提升的深度教學思考與實踐——以“氣體實驗定律：查理定律”為例[J]. 中學物理教學參考，2021，50（9）：1-3.

[5] 姜曉民. 教材中物理學史的呈現引發的教學思考——“萬有引力與宇宙航行”教學建議[J]. 中學物理教學參考，2020，49（18）：16-17.

[6] 劉娜，鄧靖武.核心素養背景下真實情境的高中物理課堂教學策略[J].物理教學，2020，42（10）：6-9.

[7]林輝慶，蔡鐵權. 從核心問題的探究中發展學生科學思維——以“萬有引力定律”教學為例[J]. 物理教學探討，2020，38（12）：11-15，23.

[8] 李吉林. “情境教育”的探索與思考[J]. 教育研究，1994（1）：51-58.

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