基于進(jìn)階理論的物理課堂情境教學(xué)實(shí)踐研究

馬永喜

(永昌縣第七中學(xué)，甘肅 永昌 737200)

1 問(wèn)題的提出

情境通常是指在一定時(shí)間內(nèi)各種情況的相對(duì)或結(jié)合的境況。從物理學(xué)科特點(diǎn)看，情境是運(yùn)用文字、圖表等形式圍繞一定主題加以設(shè)置的，為達(dá)到測(cè)評(píng)目標(biāo)而提供的載體[1]。學(xué)生在解答物理問(wèn)題時(shí)以試題情境為基礎(chǔ)，調(diào)動(dòng)物理知識(shí)和能力進(jìn)行加工和協(xié)調(diào)各種不同的物理知識(shí)和能力，所以，通過(guò)學(xué)生的解題可以顯化學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的缺陷，我們通過(guò)錯(cuò)解、不同解法來(lái)推測(cè)學(xué)生可能存在的缺陷，如易錯(cuò)、易混、易忽視的知識(shí)，幫助學(xué)生完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。筆者把北師大版八年級(jí)下冊(cè)浮力這一節(jié)學(xué)完后又上了一節(jié)浮力的習(xí)題課，其中有一道題是讓學(xué)生去分析和判斷浮力大小，部分學(xué)生的回答很值得回味，特拿來(lái)做一探討。

題目：有四個(gè)體積相同而材料不同的小球，放入水中靜止后如圖所示，則它們受到浮力的關(guān)系是：F1_____F2_____F3_____F4。.

題目出示的意圖：復(fù)習(xí)過(guò)程不可缺少習(xí)題的訓(xùn)練，上這一節(jié)課我們了浮力、浮力的測(cè)量、浮力的產(chǎn)生原因、浮力的大小，從完善知識(shí)的角度出發(fā)考慮將浮力這一類(lèi)問(wèn)題不不同表現(xiàn)形式在習(xí)題中集中編排出來(lái)，有利于學(xué)生體會(huì)不同表現(xiàn)形式下的相同規(guī)律和方法，從不同情境中抽象出相同的模型，進(jìn)而加深對(duì)物理模型的理解。

學(xué)生典型錯(cuò)誤解答摘要：

物體1 的浮力最大，因?yàn)樗瞧〉模〉奈矬w受重力和浮力，二力平衡，只有浮力大了才能這樣，所以它的浮力最大。物體2 漂的不是很厲害，所以浮力沒(méi)有物體1 的浮力大。物體3 和物體4 都是浸沒(méi)，所以排開(kāi)液體的體積相等，所以浮力相等。所以得到答案：

原因分析：當(dāng)然從學(xué)生的回答，我們作為老師能夠判斷學(xué)生的回答是錯(cuò)誤的。但這個(gè)回答代表的是絕大多數(shù)一般學(xué)生的真實(shí)思維過(guò)程。為什么她會(huì)這樣想呢？從該學(xué)生的回答我們發(fā)現(xiàn)了以下信息：

第一，學(xué)生通過(guò)力的作用效果已經(jīng)明確物體是受重力的，所以物體在重力作用下就會(huì)體現(xiàn)重力的作用效果，受重力的物體是會(huì)向下落的，為什么現(xiàn)在受重力的物體不繼續(xù)下落呢？是因?yàn)橛幸粋€(gè)力平衡了重力，靜止在地面上的物體是地面給予的支持力平衡了重力，那么漂浮在液面上的物體是液體給它施加了浮力使之平衡而靜止。從而判斷出物體1，2，3 受浮力，這說(shuō)明學(xué)生已經(jīng)可以提煉平衡模型了。

第二，對(duì)于物體1，2，3 所受浮力大小的排序是學(xué)生從日常生活中獲得的，漂浮的物體露出水面部分越多，肯定浮力越大。這說(shuō)明前概念對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)已經(jīng)有了負(fù)遷移。

第三，對(duì)于物體3，4 浮力大小關(guān)系則是根據(jù)阿基米德原理v排3=v排4,液體又相同，所以浮力相同。

我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生從回答看出學(xué)生由情境學(xué)到的知識(shí)是零散而雜亂的，只是從教師搭建情境中獲取了外界的信息，沒(méi)有思考它們之間的聯(lián)系，沒(méi)有逐步提煉和升華形成物理觀念，更沒(méi)有建構(gòu)起一個(gè)完整的對(duì)浮力知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

2 自己教學(xué)中設(shè)計(jì)進(jìn)階情境的梳理

由于同一知識(shí)點(diǎn)的不同視覺(jué)表征同時(shí)呈現(xiàn)和整合可以形成視覺(jué)表象，通過(guò)它們之間的內(nèi)在聯(lián)系可以使學(xué)生對(duì)物理本質(zhì)把握的更加深刻和全面，所以筆者嘗試根據(jù)課本呈現(xiàn)的順序通過(guò)進(jìn)階框架把本節(jié)課主要涉及到浮力的概念、方向、浮力產(chǎn)生原因和浮力的大小進(jìn)行了進(jìn)階式的整合。具體進(jìn)階步驟如下：

進(jìn)階水平1（進(jìn)階起點(diǎn)）：學(xué)生從日常生活中認(rèn)識(shí)到漂浮的物體是受到浮力的，所以學(xué)習(xí)浮力的起始應(yīng)該是通過(guò)事實(shí)經(jīng)驗(yàn)明確日常生活中的浮力。在這一步從重力開(kāi)始：演示乒乓球從手中丟下向下運(yùn)動(dòng)，分析下落原因是受到重力，但是當(dāng)把乒乓球置于水中卻不下落，究其原因是水給它施加的浮力抵消了重力的作用效果，這個(gè)抵消的力就是水施加給物體的浮力。乒乓球受到的重力和浮力是一對(duì)平衡力，所以浮力方向豎直向上。

進(jìn)階水平2：漂在水面上的輕乒乓球受到水給它向上托的浮力那么浸沒(méi)在水中重的石頭受不受浮力呢？通過(guò)稱(chēng)重法探究，明確浸沒(méi)在水中的石頭也是受浮力的。并且用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量了浮力的大小。

進(jìn)階水平3：為什么浸在液體中的物體會(huì)受到浮力呢？演示實(shí)驗(yàn)知道浮力的本質(zhì)是物體受到液體壓力的合力。

進(jìn)階水平4：通過(guò)稱(chēng)重法把物體逐漸浸入水和鹽水中，讓學(xué)生體會(huì)到浮力變化，總結(jié)出浮力與V排和液體密度之間存在因果關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到物體排開(kāi)液體的體積等于物體浸入液體的體積。

進(jìn)階水平5：實(shí)驗(yàn)探究F浮與G排的關(guān)系，介紹阿基米德原理，引導(dǎo)F浮=ρ液gV排。

3 如何利用情境在新課教學(xué)中來(lái)進(jìn)階物理知識(shí)

3.1 以基礎(chǔ)情境為依托，喚醒學(xué)生思維的起點(diǎn)

物理是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，很多物理概念的建立都是以堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)為支撐的。那么在實(shí)際物理教學(xué)中應(yīng)該做哪些實(shí)驗(yàn)、做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)才能從感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上完成概念的建構(gòu)和提煉呢？筆者反思教學(xué)過(guò)程發(fā)現(xiàn)應(yīng)該尋找貼近生活恰當(dāng)?shù)奈矬w情境做基礎(chǔ)性的情境，通過(guò)基礎(chǔ)的具體情境問(wèn)題的體驗(yàn)、分析和歸納實(shí)現(xiàn)知識(shí)和方法的系統(tǒng)進(jìn)階。在以基礎(chǔ)情境為問(wèn)題依托，設(shè)計(jì)與之相關(guān)的進(jìn)階問(wèn)題鏈，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，啟發(fā)學(xué)生思維。伴隨問(wèn)題的深入和教師的追問(wèn)，學(xué)生的思維得以逐漸加深和擴(kuò)展。整個(gè)過(guò)程中教師將知識(shí)問(wèn)題化，以問(wèn)題貫穿學(xué)生知識(shí)獲得全過(guò)程，所以要強(qiáng)調(diào)問(wèn)題設(shè)置的層次性和系統(tǒng)性。

3.2 以“去情境化”的思路促進(jìn)思維的進(jìn)階

知識(shí)并不是一套獨(dú)立于情境之外的符號(hào)，而是存在于具體的、情境性的、可感知的活動(dòng)之中的，是不可能脫離實(shí)際情境而抽象存在的，即知識(shí)是情境化的知識(shí)，一切知識(shí)均來(lái)源于情境。在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境能夠更好地幫助學(xué)生理解知識(shí)的來(lái)源。而“去情境化”就是將知識(shí)從具體情境中剝離出來(lái)，超越情境，推動(dòng)學(xué)生思維從感性知識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，概括性的一般知識(shí)[2]。基于此，我們要在所選的情境要有思維含量，要有典型性、代表性和探究性。反觀在筆者教學(xué)設(shè)計(jì)的進(jìn)階水平2，我們從漂在水面的乒乓球受浮力過(guò)渡到一般浸沒(méi)在水中重的石頭的浮力，去掉漂浮的情境，讓學(xué)生建立起一般浮力的模型，探索普適的一般規(guī)律，使認(rèn)知更加全面而系統(tǒng)。從進(jìn)階的角度看，此時(shí)根據(jù)北師大課本的順序引進(jìn)進(jìn)階3 顯得就有點(diǎn)突兀了，打斷了整個(gè)思維的過(guò)程，又重頭開(kāi)始了。此時(shí)應(yīng)該乘勝追擊把進(jìn)階水平4 提前，通過(guò)測(cè)量石頭浸在液體中的不同情況，通過(guò)進(jìn)階的情境來(lái)剝離具體的情境，從而總結(jié)出浮力的大小決定于排開(kāi)液體的體積和液體的密度。整個(gè)過(guò)程中通過(guò)指導(dǎo)使學(xué)生從情境中抽象概括出合理的科學(xué)的知識(shí)、方法、規(guī)律、概念等，完成教學(xué)的“去情境化”。

3.3 用“再情景化問(wèn)題”發(fā)展進(jìn)階的思維

遷移創(chuàng)新能力是學(xué)生利用物理核心知識(shí)方法解決陌生和不確定性問(wèn)題以及探尋新知識(shí)和新方法的能力[3]。我們通過(guò)進(jìn)階1，進(jìn)階2，進(jìn)階4 已經(jīng)明確了浮力的概念、浮力的方向，浮力大小的決定因素。下面我們利用進(jìn)階5 來(lái)介紹阿基米德原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究F浮與G排的關(guān)系，介紹阿基米德原理，引導(dǎo)得出F浮=ρ液gV排。通過(guò)聚合思維使學(xué)生明確在一定程度上根據(jù)聯(lián)想和經(jīng)驗(yàn)性直覺(jué)對(duì)待解決的物理問(wèn)題進(jìn)行初步估計(jì)和判斷是正確的，使學(xué)生明白了阿基米德原理這一經(jīng)驗(yàn)背后是存在原因的。

修改后的進(jìn)階水平5：

①做阿基米德原理得到F浮=G排

②推到阿基米德原理

③通過(guò)推導(dǎo)可知浮力大小決定于ρ液，V排，與前面的實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論是相同的。

順勢(shì)提出問(wèn)題：“為什么浸在液體中的物體會(huì)受到浮力呢？”，此時(shí)進(jìn)行修改后的進(jìn)階3，通過(guò)理想模型讓學(xué)生明確物體浸在液體中存在抵消不掉的壓力，壓力的合力即為浮力。完成對(duì)浮力完整而系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

修改后的進(jìn)階水平3：

①?gòu)钠〉钠古仪蜻^(guò)渡到漂不起來(lái)的乒乓球

②演示實(shí)驗(yàn)明確浮力產(chǎn)生的原因是壓力差

③從壓力的角度更進(jìn)一步理解阿基米德原理

假設(shè)一立方體浸沒(méi)于水中，浮力產(chǎn)生的原因是壓力差。

所以，F(xiàn)浮=F下—F上

=p下s下—p上s上=ρ液g h下s下—ρ液g h上s上

=ρ液gs(h下—h上)=ρ液gsL=ρ液gV排

這里揭示出阿基米德原理的本質(zhì)還是壓力差的本質(zhì)。

3.4 整合概念規(guī)律，實(shí)現(xiàn)進(jìn)階的目標(biāo)

學(xué)生通過(guò)一系列的情境，知道了物體浸在液體中會(huì)受到浮力，浮力的方向是豎直向上的，浮力的大小決定于ρ液和V排，浮力產(chǎn)生的原因是物體浸在液體中各個(gè)面受到液體施加的液體壓力的合力。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)專(zhuān)門(mén)習(xí)題的討論、交流、質(zhì)疑充分理解了浮力的本質(zhì)。相信經(jīng)過(guò)這樣的進(jìn)階學(xué)習(xí)，尤其是經(jīng)過(guò)討論后，學(xué)生對(duì)于浮力有了更深刻的理解。

4 結(jié)語(yǔ)

在基于進(jìn)階理論的物理課堂教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在以往的教學(xué)實(shí)踐中的學(xué)情分析，往往都是粗略分析，缺乏對(duì)學(xué)生前概念和能力的具體分析，導(dǎo)致教學(xué)時(shí)不能針對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以基于進(jìn)階理論的物理教學(xué)中首先要厘清物理概念和規(guī)律的宏觀知識(shí)框架，必要時(shí)可以根據(jù)知識(shí)的結(jié)構(gòu)改變教材的上課順序，以?xún)蓷l主線(xiàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)：一是基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的概念建構(gòu)路徑；二是基于學(xué)科能力發(fā)展進(jìn)行探究性的情境創(chuàng)設(shè)。在設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)，不僅需要考慮教材上的知識(shí)點(diǎn)，還要充分考慮學(xué)生的學(xué)情，設(shè)計(jì)具體明確的教學(xué)目標(biāo)，有利于教學(xué)的操作。