核心素養(yǎng)下初中生物理觀念培養(yǎng)中物理情境的應(yīng)用

唐文珠

物理是自然科學(xué)領(lǐng)域中研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、相互作用及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門基礎(chǔ)學(xué)科。初中物理的核心素養(yǎng)涵蓋“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度”等四方面內(nèi)容，其中“物理觀念”是在掌握物理知識(shí)的基礎(chǔ)上形成的，有知識(shí)不一定能形成能力，但是沒(méi)有知識(shí)一定不會(huì)形成能力。“物理觀念”是學(xué)生對(duì)“物質(zhì)”“運(yùn)動(dòng)”及“相互作用”等知識(shí)的基本認(rèn)知，是“物理現(xiàn)象及規(guī)律”在頭腦中的深度提煉與升華，它對(duì)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力提出更嚴(yán)格的要求。為此，文章以“氣體的壓強(qiáng)”一課為例，探討核心素養(yǎng)下初中生物理觀念培養(yǎng)中物理情境的應(yīng)用策略。

一、概念界定

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)生的知識(shí)不是通過(guò)教師講授習(xí)得的，而是在一定的情境下，利用必要的學(xué)習(xí)資源，以建構(gòu)方式獲得的。在物理教學(xué)中，教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)奈锢砬榫呈翘岣呓虒W(xué)有效性的重要手段。合理創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境，有助于學(xué)生更好地理解物理概念，促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化。

物理情境是指在物理教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)一種能夠讓“教”與“學(xué)”同步進(jìn)行、激發(fā)學(xué)生的情感參與、促進(jìn)思維碰撞的情境。

情境教學(xué)的關(guān)鍵是理清“情”與“境”的關(guān)系，兩者相互關(guān)聯(lián)。“情”因“境”生，“境”為“情”設(shè)。“境”把物理現(xiàn)象的概貌呈現(xiàn)在學(xué)生面前，把生動(dòng)有趣的物理環(huán)境帶入教室，活躍課堂，讓學(xué)生不知不覺(jué)中走進(jìn)教材。情境教學(xué)自然注重情境的創(chuàng)設(shè)，“情”通過(guò)學(xué)生課堂表現(xiàn)生成，“境”由教師挖掘，二者相輔相成，相互促進(jìn)發(fā)展。

二、物理情境中建立物理概念的教學(xué)方式

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對(duì)“如何教學(xué)”給出的建議：“物理概念的建立和理解需要在物理情境中實(shí)現(xiàn)。”因此，物理教學(xué)中適時(shí)立足“生活、生產(chǎn)、自然、科技等方面”創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生從情境中體驗(yàn)、思考，建立物理概念。教師根據(jù)授課內(nèi)容分析課標(biāo)、學(xué)情及教材內(nèi)容，在授課前搜集與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的素材，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)感悟、實(shí)驗(yàn)的情境。當(dāng)學(xué)生建立物理概念后，教師再引入生活實(shí)例來(lái)修正概念，讓學(xué)生在大量生活實(shí)例的分析中建立正確的概念，最終形成物理觀念。

三、物理情境中形成物理觀念的教學(xué)

“氣體的壓強(qiáng)”教學(xué)思路：從課標(biāo)、學(xué)生學(xué)情和教材分析三個(gè)方面提出教學(xué)目標(biāo)。當(dāng)教學(xué)目標(biāo)確定后，首先，選定情境素材，創(chuàng)設(shè)趣味生活類物理情境，讓學(xué)生從情境中有所感悟，初步形成概念；其次，創(chuàng)設(shè)實(shí)踐啟迪類情境，讓學(xué)生從實(shí)踐中初步建立概念；再次，創(chuàng)設(shè)升華質(zhì)疑類情境，通過(guò)理論學(xué)習(xí)修正概念；最后，創(chuàng)設(shè)觸類旁通類情境，從實(shí)踐中應(yīng)用概念。

（一）教材分析

“氣體的壓強(qiáng)”是蘇科版八年級(jí)下冊(cè)物理第十章第三節(jié)的內(nèi)容。在“氣體的壓強(qiáng)”這節(jié)課中，第一部分講的是“體驗(yàn)大氣壓強(qiáng)的存在”；第二部分為“估測(cè)大氣壓的值”和“影響大氣壓變化的因素”；第三部分內(nèi)容為“探究流速對(duì)流體壓強(qiáng)的影響”。

（二）學(xué)情分析

學(xué)生經(jīng)過(guò)近一年的物理學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步具備了物理學(xué)科的思維方法和能力，能嘗試解決物理學(xué)科中的問(wèn)題，但依然以形象思維為主。八年級(jí)的學(xué)生有強(qiáng)烈的求知欲，但他們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)還不夠全面，仍需要借助具體形象材料的支持。教師在教學(xué)中應(yīng)充分發(fā)揮生活事例的作用，借助學(xué)生已有的氣壓知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

（三）教學(xué)目標(biāo)

1.利用生活中的物理情境，讓抽象的問(wèn)題具體化，讓復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。

2.讓學(xué)生認(rèn)識(shí)大氣壓、了解氣壓的影響因素，能用氣壓概念解釋自然現(xiàn)象，掌握氣壓的物理概念。

3.通過(guò)情境逐層推進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、分析、論證的能力，形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

（四）教學(xué)過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)趣味生活類情境，感悟情境中的物理知識(shí)，初識(shí)物理概念

體驗(yàn)物理情境：在空的礦泉水瓶中裝入少許熱水，擰緊瓶蓋，搖晃熱水后將瓶靜置在桌面上，觀察瓶身的變化；播放手壓式水泵工作原理視頻，觀察水泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

學(xué)生活動(dòng)1：觀察礦泉水瓶變癟實(shí)驗(yàn)和手壓式水泵工作視頻，思考：“為什么瓶身變癟？誰(shuí)對(duì)瓶身施力？水在水泵中為什么能從低處流向高處？誰(shuí)對(duì)水施加了向上的力？”

學(xué)生活動(dòng)2：讓學(xué)生嘗試用塑料片覆蓋住裝滿水的水杯口，將水杯倒置，觀察杯中水是否外流。

學(xué)生活動(dòng)3：學(xué)生在杯身側(cè)面戳一個(gè)孔，觀察水和塑料片。

設(shè)計(jì)分析：新課教學(xué)開篇引入生活中的物理情境，學(xué)生對(duì)此情境不陌生，躍躍欲試，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，課堂上掀起一段小高潮。通過(guò)觀察現(xiàn)象，嘗試實(shí)驗(yàn)、小組討論與分析，試著嘗試用“非正式學(xué)習(xí)”環(huán)境下獲得的知識(shí)解釋物理現(xiàn)象的成因，引出現(xiàn)象中關(guān)聯(lián)的知識(shí)，初識(shí)概念“大氣壓”。在活動(dòng)2中，學(xué)生共同完成一個(gè)難度不大的實(shí)驗(yàn)，他們?cè)趯W(xué)中做、在做中學(xué)，在利用“大氣壓”初概念解釋現(xiàn)象時(shí)，又發(fā)現(xiàn)大氣壓作用方向的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。活動(dòng)3情境中，學(xué)生觀察到大氣壓把塑料片和水壓在杯中不流出，初步感受大氣壓的大小，隨后在杯身側(cè)面戳完孔后，氣體便可從孔中進(jìn)入杯內(nèi)，將水壓出，為之后分析物體內(nèi)外氣壓不平衡時(shí)會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象做鋪墊。至此，“大氣壓”的初概念已經(jīng)在學(xué)生頭腦中形成。

學(xué)生活動(dòng)4：模擬“馬德堡”半球?qū)嶒?yàn)。教師將兩個(gè)透明大吸盤底部對(duì)齊，隨后用力擠壓出內(nèi)部空氣，在兩個(gè)吸盤連接處涂上凡士林，安排兩名學(xué)生同時(shí)向兩側(cè)用力，嘗試將吸盤分離。

設(shè)計(jì)分析：學(xué)生利用兩個(gè)透明吸盤，排盡其內(nèi)空氣，彼此向兩邊使大力才能勉強(qiáng)把吸盤分開，感受大氣壓的威力。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中毫無(wú)疑問(wèn)確認(rèn)了大氣壓的存在，真切感受到大氣壓的強(qiáng)大，同時(shí)也能佐證關(guān)于大氣壓的方向問(wèn)題。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生確認(rèn)初識(shí)概念的準(zhǔn)確性，在這些能找到共性的實(shí)驗(yàn)中初步建立“大氣壓”和“大氣壓”有大小的概念。

在引入環(huán)節(jié)，概念為本的教學(xué)促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，“情”和“境”的二重性在此發(fā)揮了重要作用。

2.創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)啟迪類情境，感知情境中的物理知識(shí)，初建物理概念

學(xué)生活動(dòng)1：將一個(gè)透明吸盤貼在金屬板上，用力擠出內(nèi)部空氣，吸盤吸附在金屬板表面，接著不斷向吸盤下掛重物，觀察吸盤的變化（如圖1）。

學(xué)生活動(dòng)2：利用吸盤、彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)線粗略估測(cè)大氣壓值（如圖2）。

設(shè)計(jì)分析：學(xué)生在吸盤下掛重物不掉落的現(xiàn)象中加深對(duì)大氣壓大小的認(rèn)知。為了幫助學(xué)生從概念的感知發(fā)展到建立準(zhǔn)確概念，本活動(dòng)指導(dǎo)學(xué)生利用器材估測(cè)大氣壓的值，讓學(xué)生基于觀察去發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的方法，觀察與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，建立從現(xiàn)象到概念的發(fā)展，幫助學(xué)生理解新概念。教師在教學(xué)中利用同系列器材引導(dǎo)學(xué)生估測(cè)大氣壓，符合邏輯關(guān)系的發(fā)展。

3.創(chuàng)設(shè)升華質(zhì)疑類情境，掌握情境中的物理知識(shí)，修正物理概念

學(xué)生活動(dòng)1：觀察家用壓力鍋煮飯；用注射器向肌肉注射藥液；熱水壺瓶塞被頂起。

設(shè)計(jì)分析：學(xué)生在初步建立“大氣壓”概念之后，讓他們回歸生活，觀察上述三個(gè)生活中的場(chǎng)景，利用情境引發(fā)學(xué)生思考，上述幾個(gè)現(xiàn)象的產(chǎn)生是否都與“大氣壓”有關(guān)。在加強(qiáng)對(duì)大氣壓認(rèn)識(shí)與理解的過(guò)程中，教師組織學(xué)生熱烈討論，得出的不同答案又掀起本節(jié)課的高潮。大部分學(xué)生發(fā)現(xiàn)：并不是所有與氣體壓強(qiáng)有關(guān)的現(xiàn)象都與“大氣壓”有關(guān)，理由是大氣壓不等同于氣壓。本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)充分考慮到要讓學(xué)生經(jīng)歷通過(guò)現(xiàn)象建立的初概念是需要用事實(shí)佐證的過(guò)程，修正對(duì)“大氣壓”的理解。氣體壓強(qiáng)和大氣壓概念的認(rèn)知偏差，此番探討修正了學(xué)生的物理概念，認(rèn)知的邏輯系統(tǒng)和概念的準(zhǔn)確建立，這種層次關(guān)系通過(guò)一定的系統(tǒng)思維有序、有結(jié)構(gòu)的整合，形成完整的認(rèn)知體系。

4.創(chuàng)設(shè)觸類旁通類情境，內(nèi)化情境中的物理知識(shí)，應(yīng)用物理概念

學(xué)生活動(dòng)1：觀察大風(fēng)大雨中，路人的雨傘變成了“喇叭傘”（如圖3）。

學(xué)生活動(dòng)2：拼搭竹蜻蜓，雙手輕輕一搓，竹蜻蜓便“扶搖直上”。

學(xué)生活動(dòng)3：利用吹風(fēng)機(jī)從乒乓球一側(cè)向上吹，觀察乒乓球的狀態(tài)（如圖4）。

設(shè)計(jì)分析：這部分知識(shí)與氣壓緊密聯(lián)系，流體氣壓與流速的關(guān)系緊密銜接氣壓的概念，又作為進(jìn)階的物理概念，學(xué)生修正氣壓和大氣壓概念之后，通過(guò)這些活動(dòng)充分了解氣壓的大小可以通過(guò)改變其流速實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步完善物理概念。這些情境的引入來(lái)源于生活，在自然銜接中突破本節(jié)課的難點(diǎn)，重構(gòu)學(xué)生物理認(rèn)知。

（五）教學(xué)成效

通過(guò)創(chuàng)設(shè)不同類別的物理情境，學(xué)生先后感知物理知識(shí)、感悟概念知識(shí)、掌握物理知識(shí)和應(yīng)用物理知識(shí)，由初步形成物理概念、初建物理概念、修正物理概念到應(yīng)用物理概念，最終在自己的頭腦中形成了物理觀念，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理知識(shí)的重新建構(gòu)。

學(xué)生活動(dòng)1：中國(guó)農(nóng)村有一種原始的煙囪，在其上部用磚塊砌成一個(gè)橫向的風(fēng)道，能說(shuō)說(shuō)設(shè)計(jì)上的作用嗎？

學(xué)生活動(dòng)2：賽車的車尾都會(huì)安裝尾翼，你知道其中的奧秘嗎？

學(xué)生活動(dòng)3：動(dòng)手實(shí)踐——利用三個(gè)塑料瓶蓋、一塊橡皮膜、膠帶、塑料注射器一個(gè)、一根塑料管，制作一個(gè)手壓式壓水器（如圖5）。

設(shè)計(jì)分析：通過(guò)應(yīng)用和實(shí)踐類情境，把物理概念關(guān)聯(lián)生活，形成完善的物理觀念，學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在實(shí)踐探究過(guò)程中鍛煉物理思維，這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供多樣化的途徑，著眼于學(xué)生的發(fā)展。

四、總結(jié)

基于教學(xué)情境的物理教學(xué)，能讓學(xué)生從情境中觀察、思考、分析、論證，在應(yīng)用過(guò)程中形成物理觀念。當(dāng)教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境后，學(xué)生可以在探究和實(shí)踐中對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行深度加工，建立物理概念。并且，教師還需要借鑒生活情境，引導(dǎo)學(xué)生利用所形成的物理觀念解釋生活中的實(shí)際問(wèn)題。

（作者單位：蘇州市第十六中學(xué)校）

編輯：溫雪蓮