善用學習空間資源，創設多樣學習情境*
——以高中物理學科為例

趙 博

國務院辦公廳印發的《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》中指出普通高中要“深化課堂教學改革，……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。”教育部發布的《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》中也明確提出了創新實驗教學方式的要求。變革課堂教學方式、開展學科實踐，已經成為新時代高中教育落實立德樹人根本任務的需要。

學習環境的構建是教學方式變革的基礎。優質的學習空間資源是在高中物理教學中開展學科實踐的必要保障。教師要善于運用學習空間資源，為學生創設富于體驗性、生活化、具象化的物理學習情境，讓學生在情境中建構物理概念、探究物理規律、解決實際問題。教師應盡可能開發和利用實驗空間、實踐空間和虛擬空間資源，充分發掘物理實驗和輔助資源的育人功能，帶領學生參與深度學習、發展學科核心素養。

一、開發實驗空間資源，創設體驗性的實驗情境

《普通高中物理課程標準（2017 年版2020年修訂》（以下簡稱“新課標”）中，規定了21 個學生必做實驗，并對36 個教學內容明確提出“通過實驗，認識物理概念或探究物理規律”的教學要求。新課標在加強高中物理實驗教學方面的導向性非常明顯。普通高中物理實驗空間的資源必須滿足課標規定的教學需求。在此基礎上，教師應結合學校實際，盡可能多開發實驗教學的資源，豐富學生的物理學習體驗，以此獲得良好的教學效果。

實驗空間中的新媒體資源能幫助教師讓學生獲得更好的實驗體驗。學生物理概念的建構需要以客觀情境中的經驗或體驗為基礎。對于一些現象較難觀測的演示實驗，教師可以利用手機與一體機的連接投屏技術放大并展示實驗現象。例如，在2019 年人教版普通高中物理教科書（以下簡稱“新教材”）選擇性必修3“氫原子光譜和玻爾的原子模型”一課的教學中，利用分光計可觀察高壓下氫氣放電管發光的現象，并得到氫原子光譜。該光譜需要通過直徑1 厘米左右的目鏡來觀測，只能由一人觀測實驗現象；而且實驗需用到高壓電，不能安排學生分組實驗。這時教師可以利用手機和一體機的網絡連接，將實驗現象實時投屏，解決該實驗現象不易觀測的問題。

教師應深挖新教材中的實驗資源，為學生開發新課標規定范圍外的非必做實驗，豐富符合本校實際的實驗空間資源。例如，新教材必修3“電容器的電容”中的“拓展學習”是“用傳感器觀察電容器的放電過程”實驗。在該節課必做實驗的基礎上，學生在實驗室使用傳感器能獲得更加直觀和準確的電流或電壓隨時間變化的圖像。學生還可以在該拓展實驗中改變放電電路的阻值，研究電容器在不同阻值下放電電流隨時間變化的圖像，獲得對電容器充放電更完整、全面的認識。

二、真實的實踐空間資源，創設生活化的實踐情境

高中物理教學要為學生適應社會生活做準備。學生未來將會面對實際生活中的問題，因此需要具備解決真實問題的能力。學生能否把真實情境中的一段經歷轉化為一個物理探究過程，能否把生活描述情境的文字轉化為物理學科語言，能否把情境中需要完成的具體內容轉化為一個個物理問題，就是應用物理觀念思考問題和應用物理知識分析解決問題的關鍵能力。教師應著眼于學生的能力發展，為學生提供解決真實問題的實踐空間，讓學生有機會面對真實的情境，研究和解決實際的問題，讓學生獲得關聯情境和知識的意識和能力。

物理學科專用的學生實踐空間，能為學生完成物理實踐作業或課題研究提供資源和學習場域。新教材每一冊的最后幾頁都有“課題研究”內容，教師可以根據其中的“研究樣例”和“參考選題”為學生設計階段性的實踐性任務作業。例如，教師完成拋體運動、圓周運動等教學內容后，可向學生布置“研究投擲標槍動作的物理原理”作業；在學生學會測量電源電動勢和內阻后，教師可給學生布置“研究充電寶不同電量時電動勢和內阻大小”的作業。這些實踐性的課題研究作業，讓學生經歷提出問題、制訂計劃、發現證據、交流表達等過程。在完成實踐研究作業的過程中，教師可根據學校作息時間安排，定時向學生開放實踐性專用室（如學生創意工坊），為學生提供必要的實驗器材、小組合作的機會、交流和展示成果的場地。在教學中組織實踐性課題研究，教師不僅要關注學生研究得到的結論，更要重視學生研究的過程，幫助學生在實踐情境中發展科學思維、提高科學探究的素養。

教師還可以將一些生活化的實踐情境開發為學習評價任務。學生能在真實情境中完成任務，代表他們已真正理解了某些物理概念或規律。例如，新教材必修1 的教學中，可用“制作人的反應時間測量尺”任務，評價學生是否掌握自由落體運動的規律；可用“利用phyphox 軟件獲得電梯從8 樓運行到1 樓的a-t圖像，估測電梯勻速運行時的速度”任務，評價學生對加速度概念和運動圖像的理解。新教材選擇性必修2的教學中，可用“設計能產生交流電的發電裝置，說明輸出電流是否為正弦交流電”任務，評價學生對交流電產生原理的學習情況。教師可搜集一些優秀學生的實踐作品或研究方案、成果，以展柜或海報等形式在實踐空間中展示，讓實踐空間成為學生實踐作品或研究作業交流和展示的平臺。

三、靈活的虛擬空間資源，創設具象化的仿真情境

一些教學內容中的物理現象很難真實呈現，教師應該靈活利用虛擬學習空間資源，讓學生比較直觀和便捷地進行相關實驗。教師可運用網絡資源、虛擬實驗軟件、科普動畫視頻等信息技術輔助手段，把不易或不能在課堂教學中展示的現象或實驗具象地呈現給學生。

物理教師要善于使用虛擬空間資源，幫助學生創設仿真學習情境。學生在仿真情境下學習，能避免一些真實實驗可能存在的不安全因素。例如，在新教材必修3“實驗：練習使用多用電表”的教學中，學生進行真實實驗之前，教師可以讓學生先用虛擬實驗軟件完成實驗。如果電路連接出現問題，虛擬的多用電表將報警表示燒壞。這樣，學生就會思考和發現電表燒壞的原因，修正自己不正確的操作，并在后續的真實實驗中避免之前的錯誤操作。

建設虛擬學習空間仿真實驗室，讓學生參與虛擬實驗，能彌補一些真實實驗的不足。例如，新教材選擇性必修3 中的演示實驗“用顯微鏡觀察花粉的布朗運動”，投屏實驗現象很難確保清晰，此時教師可補充虛擬實驗幫助學生認識布朗運動——“分子間作用力與分子間距的關系”。借助虛擬軟件的演示，能幫助學生認識無法在課堂教學中觀察的微觀現象。一些虛擬空間資源能幫助學生打破學習空間和時間的限制，使其更好地認識物理與生活的聯系。例如，觀察“常見地球人造衛星及軌道分布模擬軟件”，可以幫助學生認識近地衛星、同步衛星等人造衛星的軌道、線速度、周期等特點；播放“三峽水電站內部結構及工作原理動畫”，可以幫助學生認識大型水力發電機內部的工作原理，促使其發現實際工程應用與課堂實驗的不同。

學習情境的創設離不開學習空間資源的支持。聯系實際、強調體驗、重視整合的優質學習情境是學生建立物理概念、探究物理規律、應用物理知識解決問題的基礎。本文是筆者在教學中對高中物理學習空間資源利用方面的一點實踐感悟，高中物理學科學習空間的建構應該有科學的理論模型、建設標準和評價策略，這些內容還有待進一步地學習和研究。