基于真實情境問題解決的教學實踐探索

隋巧虹

摘? ?要：構建真實情境、解決具體實踐性問題的物理課堂教學，是在物理新課標下發展學生物理核心素養、提升物理學科能力的重要方法與途徑。以“密度知識的應用”一節為例，嘗試通過創設開放式、啟發式、體驗式的探究活動環境，解決與密度知識相關的物理問題。

關鍵詞：核心素養；真實情境；教學設計

物理核心素養，是在物理學習時形成的必備品格與關鍵能力；物理學科能力，是學習者得以順利、有效地進行與物理學科相關的認識、問題設計、探索活動和實踐、解決問題時所必備的、長期穩定的、持續的心理認知與調節機制[ 1 ]。而創設真實有效情境、解決實際具體問題的物理課程是發展物理核心素養、提升物理學科能力及落實新課程標準的重要途徑。構建真實、有效的學習環境是轉變被動的學習方式、學會學習的必要前提。在物理教學中，教師可以通過再現物理原始問題及其問題背景，使學生獲得真實的情感體驗，從而將新知與學生的經驗和舊知構成的主體情境相結合，完成知識的充分建構，并使之成為學習主體動態變化、綜合復雜的知能架構中的重要組成部分[ 2 ]。問題解決是在教師指導下，學生在吸收、理解、掌握已有物理教學內容與知識的基礎上，在課前、課中或課后探究中，面對與真實生活情境、生產工程相結合的具體的物理問題，通過調動并整合相關的物理核心概念、規律方法、探究實踐解決這一問題的動態變化心理機制與過程[ 3 ]。基于真實情境問題解決的物理教學，是發展學科核心素養的必要途徑，通過學生在具體情境中學習并遷移知識，有效地落實對學生物理學科能力的深度培養。文章以滬科版八年級物理“密度知識的應用”教學設計為例，闡述在真實情境問題解決中如何落實初中生物理核心素養、學科能力的培養。

1? 基于真實情境問題解決的物理教學設計與實踐（如圖1）

1.1? 基于真實情境問題解決的教學設計

1.1.1? 課前學生活動

（1）查密度表，了解生活中常見物質的密度，思考：如何測定具體物體的密度？

（2）小組討論，選擇生活中常見的物體，利用身邊的器材，設計實驗方案，測量物體的密度；

（3）將實驗結果與理論值進行對比，團隊討論、分析實驗方案的優缺點，完善實驗方案；

（4）將實驗過程拍攝成視頻，用于課上匯報交流。

1.1.2? 創設情境

生活中常常都會遇到這樣的一些問題，買的金銀首飾是不是黃金制成的呢，有沒有摻雜其他物質？如何快速了解一大捆細銅絲的長度呢？教室內空氣質量又有多少呢？

1.1.3? 課中學生活動

活動1：展示學生團隊課前制作的視頻——利用生活中熟悉的器材測量身邊物體的密度。例如，測量硬幣、塑料玩具“皮卡丘”與人體的密度等。

活動2：學生分組實驗，利用密度的知識辨別真假橙汁與真假黃金手鏈，通過對照密度表與利用圖像處理、分析實驗數據進行鑒別，通過團隊討論得出實驗結論。

活動3：現場制作“雞尾酒”，觀察液體分層現象。

活動4：估測實際物體的質量和體積，建立并形成初步解決簡單實際問題的意識與能力。

活動5：初步學會解釋和解決社會生活、工程實踐中與密度相關的現象與問題，并現場觀看走馬燈，感受密度知識與社會生活的密切聯系。

1.1.4? 課后探究與實踐

1.2? 教學過程

1.2.1? 創設真實情境，提出問題

各團隊派代表上臺展示課前探究成果：①利用電子秤與量筒粗測硬幣的密度；②利用質量測量儀、量杯、塑料盒、記號筆等粗測塑料玩具“皮卡丘”的密度；③利用浴缸、學生本人、記號筆、塑料桶、電子秤等粗測人體的密度。學生通過課前活動觀察現象，思考問題，設計方案，分析論證，引入新課。

教師創設情境，向學生展示：①有兩瓶外觀相近的1號和2號液體，其中一瓶是真橙汁，另一瓶是假“橙汁”，如何鑒別？②有幾條手鏈，其中只有一條才是真正的黃金手鏈，請幫忙找出來。

本教學環節是通過真實的生活情境創設問題——如何測量身邊物體的密度？學生以團隊為單位，選擇生活中常見的物體，利用身邊的器材，設計實驗方案，測量物體的密度。基于學生課前活動，課堂上教師引導學生將課前活動積累遷移至實際運用——如何鑒別物質，設計“找橙汁”與“找手鏈”的環節，吸引學生注意力，激發學生思考，幫助學生初步建立起將具體的生活、生產情境轉化為學科情境，應用物理原理、規律思考問題，整合并運用物理知識進行討論、設計、分析、探究、修正、實踐、運用、解決問題的思維過程。

2? 科學探究，培養物理思維

（1）問題引導：全班分為13個小組，1-3組團隊隨機抽取一條手鏈，其中只有一條是真正的黃金手鏈（如圖2）；4-13組團隊從“1”“2”瓶中隨機倒取一杯液體（如圖3），其中只有一瓶中裝有真正的橙汁。想知道哪杯是真橙汁，哪條是真金手鏈，該如何鑒別？

（2）科學探究

①找“手鏈”

學生利用電子秤、燒杯、量筒、膠頭滴管等粗測“黃金手鏈”的密度，并與密度表進行對照，找出真正的黃金手鏈。

實驗步驟：

ⅰ.將電子秤輕置于水平工作臺上，同時按下開機鍵；

ⅱ.待電子秤屏幕上顯示示數為零時（如不為零，按清零鍵），將手鏈放在電子秤上，記下示數并記錄；

ⅲ.將一定量的水輕倒入量筒中，記下示數V1，再將手鏈輕輕放置于量筒內，使其浸沒，記下示數V2，利用V1、V2計算手鏈的體積并記錄；

V.根據密度表查找金的密度，并判斷所測手鏈是否為真金手鏈。

分析：查找密度表，若找不到與所測手鏈密度相近的數值，你認為原因可能會是什么？

學生討論：ⅰ.如果先測手鏈體積，對最終測量結果有何影響？ⅱ.如果放手鏈時有液體濺在量筒壁上，會使測量的密度偏大還是偏小？

②“找橙汁”

學生利用電子秤、燒杯、量筒、膠頭滴管等測量“橙汁”的質量與體積，并利用獲取的多組數據繪制m-V圖像，與事先繪制好的鑒別圖像進行比對，能夠重合的即為貨真價實的橙汁。

實驗步驟：

ⅰ.將電子秤輕置于水平工作臺上，同時按下開機鍵；

ⅱ.待電子秤屏幕上顯示示數為零時（如不為零，按清零鍵），將空量筒放在電子秤上，再按下清零鍵；

ⅲ.往量筒中先倒入少量液體，再用滴管添加使其示數為整數，讀出此時量筒和電子秤的示數并記錄；

ⅳ.再往量筒中增加倒入液體，也用滴管添加使其示數為整數，并讀出量筒和電子秤的示數，重復三次實驗并記錄在表2；

ⅴ.將所測得的實驗數據在圖4中通過描點作圖繪制成圖像；

ⅵ.與事先發放的鑒別圖像（如圖5）進行比對，觀察是否能夠重合。

分析：如果繪制的圖像與鑒別圖像非常接近，說明什么？如果差距比較大，又說明什么？

學生討論：圖像的斜率表示什么？

本教學環節基于學生已有的密度知識，讓學生嘗試動手，設計方案，鑒別物質的真假，將生活中可能遇到的問題轉化為真實的物理課堂情境，使學生沉浸在教師搭建、創設的情境中，開啟探究之路，在探究過程中積極調動已有的物理知識，發現并總結規律，快速形成遷移應用的能力，解決具體問題。當學生發現團隊所鑒別的手鏈為真金手鏈時，一致驚呼感嘆，而鑒別出是假手鏈的團隊也感嘆：此手鏈真可以以假亂真，而密度的知識就可以幫助鑒別真偽。探究“找橙汁”的團隊，當發現自己所鑒別的是真橙汁時，立即一飲而盡，學生的天真可愛也展露無遺。將課堂又重新還給了學生，學生對知識的渴望在求索中一次次被點燃，學生的物理思維在探究與遷移中獲得了磨煉與提高。

3? 學以致用，遷移提升

（1）學生活動1

創設情境：同學們見過雞尾酒嗎？雞尾酒因其特質，有很強的觀賞性，今天的物理課堂，我們也一起來制作一杯美味的“雞尾酒”吧！

問題引導：如何使不同密度的液體產生神奇的分層現象呢？

實驗器材：水、洗潔精、食用油、綠色與紅色色素、玻璃棒、一次性杯子若干等。

學生討論：①將一定量的水、洗潔精和食用油分別倒入三個一次性杯中；②取適量綠色、紅色色素，分別滴入水和食用油中（如圖6）；③查詢密度表，將三種液體按照一定順序混合，觀察實驗現象并記錄實驗結果。

本教學環節從生活中有趣的現象——雞尾酒入手，鼓勵學生實踐創新，嘗試利用提供的材料也調制一杯“雞尾酒”，構建起有效的實踐體驗與合作交流的學習環境，幫助學生完成知識建構，掌握科學的思維、研究與實踐方法。

（2）學生活動2

創設情境、問題引導：采石場中有一體積為2 m3 的大石塊，無法直接稱量它的質量，同學們分團隊討論并在導學案中寫下你們設計的測量方法和步驟。

學生討論：取一小塊同種石料，測出其密度ρ，利用等密度特性、待測大石塊的體積V以及計算公式m=ρV，求出大石頭的質量m。

完成例題：某學習小組想要測出一體積為2 m3的礦石質量，取10 cm3樣品并稱得其質量為24 g，求：

①礦石的密度；

②礦石的質量。

本教學環節利用工程、生產實踐中的具體事例，幫助學生初步建立起應用課本知識、規律、方法去解決實際問題的意識，使學生認識到學習活動不再是封閉的環節，而是走向生活、生產與社會，感受生產與物理的緊密聯系。

（3）學生活動3

創設情境1：密度知識不僅在工農業生產中發揮重要作用，在醫學領域、科學技術中，密度知識也同樣重要。骨骼密度是反映骨骼強度的重要指標，研究骨密度有利于人們了解骨骼的生長發育及其病變情況，對于醫生進行醫療診斷具有極其重要的意義；研究地球不同圈層物質密度，有利于人類進一步了解地球運動及其變化規律，并合理開發、利用自然資源及有效預防地震、海嘯等自然災害；宇宙天體物質密度含有大量、豐富的可供人類研究的信息，研究這些信息有利于科學家了解天體的年齡、質量、體積等性質，幫助人類探索宇宙的奧秘。

創設情境2：同學們玩過走馬燈嗎？走馬燈有著悠久的歷史，起源于漢朝，它是我國傳統的節日玩具。今天就請同學們帶著你們的思考，跟隨老師一起來欣賞一下神奇的走馬燈吧（如圖7）。

問題引導：大家觀察到了什么現象？ 原因又是什么？思考一下，走馬燈的原理是什么呢？請利用今天所學的知識來解釋一下，在導學案上寫下你們的思考。

學生討論：點燃蠟燭，隨著蠟燭逐漸燃燒，下方空氣溫度升高，受熱膨脹、密度減小，小于上方空氣的密度，迫使下方空氣向上運動，從而推動走馬燈。

本教學環節通過介紹密度知識在不同領域的廣泛應用以及傳統節日玩具——走馬燈，拓寬學生的知識視野，以宏大的科學背景向學生展示密度的豐富用途，培養學生將所學致力于科學發展的民族自豪之情，使學生充分感受物理之美。

（4）作業設計

本節課的作業分為學生的課前團隊探究活動與課后探究、實踐作業。

{1}想一想：

i.北方的冬天，放在室外的水缸常常破裂，請你針對這一情況，提出一個合理的問題并解答。

本題從生活中實際問題出發，引導學生從生活經驗思考轉變為從物理概念、規律、方法出發，針對所提出的問題，自主進行科學探究。

ii.請你列舉出至少三個密度與社會生活密切聯系的例子。

本題要求學生結合課堂所學內容，利用網絡、圖書等各種線上、線下資源，對密度知識的應用做進一步的挖掘。

{2}算一算

體積為6 cm3的某鋁制小球，質量為12 g，請同學們計算看看，該鋁制小球是空心還是實心呢？（請嘗試至少用兩種方法進行解答）

{3}做一做

i.團隊合作，嘗試動手設計一個走馬燈。

本題設計目的要求學生明確走馬燈的原理，并通過具體實踐動手制作走馬燈，學生既需要考慮所制作的走馬燈是否可行，同時也需要考慮走馬燈圖案的設計與美感，在“玩”中學，同時也滲透對我國傳統文化的教育。

ii.情境一：小陽同學利用模型自制冰棒，完成后從冰箱取出，發現模型中的冰竟“鼓”了出來，如圖8。

情境二：小予同學將蠟水倒入模型中冷卻，發現模型中的蠟竟“凹”了下去，如圖9。

問題：物質的溫度降低后，體積增大還是減小？請你結合小陽和小予的經歷，試著動手做一做，說說你更支持誰的看法，理由是？

動手實踐：將一定量的水、蠟水、食用油分別裝滿三個相同模型，放入冰箱，待冷卻后觀察三種不同物質的體積變化，記錄實驗結果。

本題著重培養學生的科學探究能力，以生活中的實際情境作為背景，學生可以根據題目情境在生活中通過真實場景再現、親身體驗，充分感受科學探究的奇妙樂趣，對物理題目涉及的實驗設計背景與社會生活的緊密聯系也有了更深刻的體會。

4? 教學實踐反思

4.1? 構建真實情境，培養學科素養

學科知識及其內在邏輯聯系是學習者學科核心素養形成的重要支撐與載體，教師精心準備的課堂活動是學習者將知識與能力內化為核心素養的主要路徑，而將知識置于具體的情境之中，能夠幫助學習者將知識有效地進行理解與內化。學習者從真實情境入手進行學習，是知識、方法轉化為學科素養的必經途徑，而創設真實情境的物理課程是完成對學生物理學科核心素養培養的有效方法。具體情境可以把知識形象化、生動化，以知識為核心創設的各種情境，包括以知識形成為背景的故事情境、以社會生活工程實踐為背景的問題情境、調動學生各種感官參與的探究活動情境等，可以有效促進課堂思維的發生與增長，完成知識網絡的初步形成與建構，其中探究活動情境有助于學習者科學探究能力的培養與提升。同時，情境化教學在激發學生對知識的渴望、調動學生各種感官體驗、充分開發學生潛力方面，有著傳統教學無法比擬的優勢，是創建以學為主的新型課堂的最有效途徑。構建真實情境的課堂教學，可以最大化地激起學生學習的積極性與主動性，使學生能夠充分地體驗、質疑、探究并實踐知識，將傳統以教為主的方式向以學為主的現代方式轉變，是有效落實以生為本教育理念的重要方法與途徑。

4.2? 問題引導，提升學科能力

教師精心設計和創設的情境和問題是一節課能夠順利推進的關鍵。通過課前、課中、課后三位一體的教學設計，將真實情境的問題解決貫穿于教學始終，學生通過解決教師所設置的問題，使科學思維得以鍛煉，有效提升學生學習能力，充分體現學習即研究的教育教學思路。把本節課涉及的知識和方法置于實際需要當中，把課堂引向縱深，讓學生在親歷研究的過程中習得解決問題的方法。書本中的物理概念、規律、方法并不是憑空產生的，是幾千年來人類在不斷發現與解決問題中形成和總結的。因此，要重視課堂的情境創設與問題引導，將知識放在合理的背景中，重視實驗探究、關注過程中問題的引導、重視團隊的參與、共同建構物理概念。物理教學應更多地站在學生的視角進行設計，以生為本，創建以學生為主體的民主、開放的課堂。教師應當減少對課堂的控制，通過生活化的情境與問題引導串聯所要學習的內容，重視物理概念、規律的建構過程，使學生在問題的解決過程中不斷激發探索求知的內驅力，不斷提高基于真實情境解決實際問題的能力，同時促進其學科核心素養的提升。

參考文獻：

［1］ 郭玉英，姚建欣，張玉峰，等．基于學生核心素養的物理學科能力研究[M]．北京：北京師范大學出版社，2017．

［2］ 衡海紅．真實性情境教學在中學物理教學中的應用初探[D]． 南京：南京師范大學，2014．

［3］ 曹麗丹．物理核心素養下培養高一學生物理問題解決能力策略研究[D]．上海：上海師范大學，2019．