指向核心素養(yǎng)的初中物理情境化教學(xué)實(shí)踐
——以“壓強(qiáng)”為例

溫亞莉

(廣州市執(zhí)信中學(xué)琶洲實(shí)驗(yàn)學(xué)校 廣東 廣州 510000)

物理來源于生活,又走向生活,既能給物理課堂提供豐富的情境空間,也能激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣,讓他們體會到學(xué)科價(jià)值.但忽視情境教育價(jià)值的課堂,是為了情境而情境、流于表面的、空洞的課堂.《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》課程實(shí)施模塊明確提出“倡導(dǎo)情境化教學(xué),突出問題教學(xué)”[1],如何開展有深度的情境化教學(xué),在情境中培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)是值得探討的問題.

1 情境化教學(xué)

情境的本質(zhì)是“人為優(yōu)化的環(huán)境”[2].情境化教學(xué)認(rèn)為,幾乎所有的知識都具有情境依賴性,主張知識是在人與情境相互作用中動態(tài)建構(gòu)而成的,強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的真實(shí)發(fā)生.教師在創(chuàng)設(shè)情境時(shí),不是隨意的選擇.因?yàn)榧词故峭磺榫?不同的環(huán)節(jié)開展,也可能具有不同的使用目的和價(jià)值功能.情境的選擇要有明確的教育目標(biāo),貼近學(xué)生的真實(shí)經(jīng)驗(yàn),盡可能地呈現(xiàn)教材中規(guī)定的情境,營造具有學(xué)科氛圍的情境,體現(xiàn)人與情境的情感交流[3].

壓強(qiáng)的情境化教學(xué)實(shí)踐是從核心素養(yǎng)目標(biāo)出發(fā),分析不同類型情境的價(jià)值功能,旨在促使學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)在真實(shí)情境中發(fā)生和生成.

2 指向核心素養(yǎng)發(fā)展的目標(biāo)分析

2.1 物理觀念

壓強(qiáng)概念的建構(gòu)和深化是本節(jié)課的主要目標(biāo).學(xué)生具備大量和壓強(qiáng)有關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn),這些經(jīng)驗(yàn)有正確的,也有錯誤的;有清晰的,也有模糊的,以此為教學(xué)起點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識并澄清壓力和接觸面積這兩個(gè)基礎(chǔ)概念.再進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生通過控制變量法和比值定義法建構(gòu)壓強(qiáng)的概念.壓強(qiáng)概念還要在不同情境的應(yīng)用解釋過程中深化理解.

2.2 科學(xué)思維

學(xué)生要能在定性實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上,遷移應(yīng)用比值定義物理量的方法,抽象概括出壓強(qiáng)的概念,思維也實(shí)現(xiàn)了從感性到理性的飛躍.抽象概括能力具有內(nèi)隱性,教學(xué)中可以采用問題引導(dǎo)的方式,在一個(gè)個(gè)小問題的解決過程中,外顯化邏輯推理過程,幫助學(xué)生逐步尋找出事實(shí)的本質(zhì).

2.3 科學(xué)探究

控制變量是物理實(shí)驗(yàn)研究的重要思想,也是初中生必備的實(shí)驗(yàn)方法之一.大多數(shù)學(xué)生對控制變量的理解停留在字面意思,對于為什么要控制壓力大小一定或者受力面積一定,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思考過程并不清晰.學(xué)生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材,設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)過程,根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論,經(jīng)歷完整的探究過程,在簡單的探究實(shí)驗(yàn)中發(fā)展最基本的科學(xué)探究素養(yǎng).

2.4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

學(xué)生經(jīng)歷了壓強(qiáng)概念的建構(gòu)過程,體會到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神,養(yǎng)成實(shí)事求是的態(tài)度,體會科學(xué)家持之以恒的探究精神.體驗(yàn)不同類型的壓強(qiáng)情境,意識到物理與生活和社會的聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的社會責(zé)任感.

3 指向核心素養(yǎng)的情境化教學(xué)實(shí)踐

3.1 運(yùn)用“游戲”情境 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)

游戲情境能調(diào)動學(xué)生全部的感官進(jìn)入情境的認(rèn)知活動中,將物理概念形象化、具體化,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性,為接下來的學(xué)習(xí)活動做好心理準(zhǔn)備,為感性經(jīng)驗(yàn)順利過渡到理性知識架起橋梁.

【游戲情境1】如圖1所示,設(shè)置“指壓板”游戲,全班學(xué)生按照7人一組分組,游戲過程中學(xué)生需要光腳,順次分別走在平地上和指壓板上.

圖1 指壓板游戲情境

【游戲情境2】甲學(xué)生背著乙學(xué)生站在指壓板上.

思考：(1)指壓板對腳底的壓力,所產(chǎn)生的效果是什么?

(2)對比走在平地上和指壓板上的腳感、腳印有何不同?

(3)對比單獨(dú)一人站在指壓板上和背起另一位同學(xué)站在指壓板上的腳感、腳印有何不同?

【生成性內(nèi)容】壓力作用效果的影響因素,觀察能力、分析能力.

設(shè)計(jì)意圖：游戲情境中平地上走和指壓板上走的真實(shí)觸覺,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;對比觀察情境中腳印的不同,視覺體驗(yàn)再次強(qiáng)化壓力作用效果的感性認(rèn)識.在此基礎(chǔ)上概括總結(jié)出影響壓力作用效果的兩個(gè)因素:壓力大小和受力面積.學(xué)生的觀察能力、對比分析能力得到發(fā)展.

3.2 運(yùn)用“實(shí)驗(yàn)”情境 啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力

實(shí)驗(yàn)情境是眾多情境中最具有物理學(xué)科教育價(jià)值的情境,它不僅承載著科學(xué)知識、科學(xué)方法,還隱含了科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的素養(yǎng)培養(yǎng).

實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè),是為學(xué)生搭建探究學(xué)習(xí)的支架,協(xié)助學(xué)生運(yùn)用已有知識制定探究計(jì)劃,選擇符合情境要求的實(shí)驗(yàn)器材,在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程中獲取客觀、真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析得出物理規(guī)律,實(shí)驗(yàn)探究能力獲得提升,也發(fā)展了實(shí)事求是、精益求精的科學(xué)精神.

【實(shí)驗(yàn)情境1】如圖2所示,分別用金屬片、鐵釘壓氣球,觀察對比壓力傳感器顯示的壓力大小.

圖2 比較壓力作用效果的實(shí)驗(yàn)情境

思考：(1)金屬片、鐵釘分別對氣球施加的壓力所產(chǎn)生的效果是什么?

(2)兩個(gè)氣球的受力面積大小相同嗎?哪種情況下受力面積更大?

(3)兩個(gè)氣球爆炸的瞬間,壓力大小分別是多少?

(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn),壓力越大,壓力的作用效果越明顯這種說法正確嗎?為什么?

(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn),如何正確的根據(jù)壓力大小和受力面積,比較壓力的作用效果呢?

【生成性內(nèi)容】控制變量的思想,邏輯推理能力,批判質(zhì)疑的品格.

設(shè)計(jì)意圖：對比實(shí)驗(yàn)情境下,巧設(shè)問題鏈,通過層層遞進(jìn)的問題,強(qiáng)化壓力的作用效果,引發(fā)學(xué)生“壓力越大,壓力作用效果不一定越明顯”的認(rèn)知沖突,自然而然地引導(dǎo)學(xué)生利用控制變量的思想比較壓力作用效果的明顯程度.科學(xué)方法和思想在層層遞進(jìn)的問題中,逐步的生成,內(nèi)化為學(xué)生自己學(xué)科素養(yǎng)的一部分.

【實(shí)驗(yàn)情境2】如圖3所示.準(zhǔn)備小桌、海綿、砝碼,引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)影響壓力作用效果的探究性實(shí)驗(yàn).

圖3 探究影響壓力作用效果的因素

思考：(1)實(shí)驗(yàn)中通過什么現(xiàn)象判斷壓力作用效果的大小?

(2)探究壓力大小與壓力作用效果的關(guān)系時(shí),控制哪個(gè)量不變?改變哪個(gè)量?

(3)探究受力面積與壓力作用效果的關(guān)系時(shí),控制哪個(gè)量不變?改變哪個(gè)量?

(4)根據(jù)提供的器材,設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn),觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告.

【生成性內(nèi)容】經(jīng)歷探究實(shí)驗(yàn)的過程,動手操作能力,強(qiáng)化控制變量的思想.

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生能根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材,自主設(shè)計(jì)并完成探究實(shí)驗(yàn)過程,通過實(shí)際操作,觀察真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出影響壓力作用效果的因素.真實(shí)的探究實(shí)驗(yàn)情境,學(xué)生全身心融入其中,獲得的不僅是知識和能力,也能感受到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性.

3.3 運(yùn)用“理論”情境 構(gòu)建學(xué)生理論表達(dá)的能力

【理論情境】比較物體運(yùn)動的快慢,有兩種方法:相同時(shí)間比路程,路程越大,運(yùn)動得越快;相同路程比時(shí)間,時(shí)間越短,運(yùn)動得越快.

思考：(1)物體運(yùn)動的快慢用哪個(gè)物理量描述?

(2)物體運(yùn)動的快慢的定義方法?

(3)你能否用類似的定義方法,給壓力的作用效果下定義,并給出計(jì)算公式?

【生成性內(nèi)容】壓強(qiáng)的概念及計(jì)算公式,比值定義法,類比分析能力、歸納能力.

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在此理論情境中,應(yīng)用數(shù)學(xué)中比值的方法,遷移“速度”概念的抽象過程,順利過渡到“壓強(qiáng)”計(jì)算公式的建構(gòu),強(qiáng)化物理學(xué)中運(yùn)用比值構(gòu)建物理量概念的方法.

3.4 運(yùn)用“社會”情境 發(fā)展學(xué)生遷移能力和社會責(zé)任感

社會情境中的育人素材更豐富,教育價(jià)值更具多樣性.社會情境中應(yīng)用壓強(qiáng)設(shè)計(jì)的破窗錘、火車軌道等等體現(xiàn)了物理知識的應(yīng)用價(jià)值,盲道、地鐵安全線等則體現(xiàn)了社會的人文關(guān)懷和安全意識.

【社會情境1】(1)如圖4所示,哪些地方要增大壓強(qiáng)?哪些地方要減小壓強(qiáng)?它們是通過什么方法增大或減小壓強(qiáng)的?(2)實(shí)例中增大或減小壓強(qiáng)的理論依據(jù)及推理過程?

圖4 增大或減小壓強(qiáng)的社會情境

【生成性內(nèi)容】增大或減小壓強(qiáng)的方法,運(yùn)用公式分析物理問題的能力、知識遷移能力.

設(shè)計(jì)意圖：用學(xué)到的壓強(qiáng)知識定性解釋社會情境中的相關(guān)現(xiàn)象,了解物理和生活的聯(lián)系;在情境中提取相關(guān)物理量,通過理論推導(dǎo),深化壓強(qiáng)概念的理解和應(yīng)用,發(fā)展學(xué)生在新情境中的知識遷移能力.

【社會情境2】估測“人站在平地上”和“人站在指壓板上”兩種情境中人對地面的壓強(qiáng),并思考人行道上盲道設(shè)計(jì)的物理原理?

(1)估計(jì)壓力大小:根據(jù)自己的體重估計(jì)人對地面的壓力大小;

(2)估測接觸面積(圖5):①利用坐標(biāo)紙測量人站在地面上時(shí)鞋底和地面的接觸面積;②利用坐標(biāo)紙測量指壓板與鞋底的接觸面積;

(3)根據(jù)公式計(jì)算出兩種情境中人對地面的壓強(qiáng),并比較大小.

(4)搜集盲道的種類,并簡要說明不同類型盲道的涵義?從所收集到的信息中你學(xué)到了什么呢?

【生成性內(nèi)容】理論計(jì)算的規(guī)范過程、借助坐標(biāo)紙估測不規(guī)則圖形面積的方法,知識遷移能力、社會責(zé)任感.

設(shè)計(jì)意圖：“盲道”承載了理論計(jì)算、數(shù)據(jù)處理的方法、估計(jì)生活中常見物理量大小的能力、社會責(zé)任等,是一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性社會情境,既拓展了學(xué)生的思維深度和廣度,也引發(fā)了學(xué)生對公共設(shè)施設(shè)計(jì)的社會責(zé)任感.

4 教學(xué)反思

初中物理教學(xué)離不開真實(shí)的情境,不同類型的情境蘊(yùn)含的育人價(jià)值不同.在實(shí)際教學(xué)中,要立足于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展目標(biāo),深挖情境的學(xué)科知識價(jià)值、學(xué)科方法價(jià)值、學(xué)科態(tài)度價(jià)值,才能讓學(xué)生在真實(shí)的情境中全方位體驗(yàn)學(xué)科的學(xué)習(xí)氛圍,感受真實(shí)的發(fā)生學(xué)習(xí).