大概念視域下的高中物理真實(shí)情境試題協(xié)調(diào)教學(xué)

摘 要：物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)最終著眼于真實(shí)情境，從真實(shí)情境中抽象出物理知識(shí)，再應(yīng)用于真實(shí)情境解決。高中物理真實(shí)情境試題的復(fù)雜性、綜合性、開(kāi)放性導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)障礙，文章提出真實(shí)情境試題的協(xié)調(diào)教學(xué)。闡述真實(shí)情境教學(xué)、情境試題教學(xué)、協(xié)調(diào)機(jī)制、協(xié)調(diào)式教學(xué)以及協(xié)調(diào)式教學(xué)的實(shí)施。

關(guān)鍵詞：大概念教學(xué);真實(shí)情境試題;協(xié)調(diào)教學(xué);核心素養(yǎng)

1 大概念教學(xué)

大概念教學(xué)是指通過(guò)一個(gè)個(gè)基本概念、基本規(guī)律，有效進(jìn)行學(xué)科知識(shí)整合，連接知識(shí)點(diǎn)目標(biāo)與學(xué)科核心素養(yǎng);建立學(xué)習(xí)內(nèi)容與真實(shí)情境之間的關(guān)系，打通知識(shí)學(xué)習(xí)與應(yīng)用的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)與意義學(xué)習(xí)。

大概念教學(xué)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，旨在通過(guò)將學(xué)習(xí)內(nèi)容組織成大的、有意義的單元來(lái)幫助學(xué)生理解和記憶。這種教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)將學(xué)習(xí)內(nèi)容與真實(shí)的生活情境聯(lián)系起來(lái)，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程，并通過(guò)探究、發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)。

大概念教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠幫助學(xué)生更好地理解和記憶學(xué)習(xí)內(nèi)容，因?yàn)樗鼘W(xué)習(xí)內(nèi)容組織成了有意義的單元。此外，大概念教學(xué)還能夠提高學(xué)生的思考能力和創(chuàng)造力，因?yàn)樗膭?lì)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程，并通過(guò)探究、發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)。

2 真實(shí)情境教學(xué)

20世紀(jì)90年代，情境學(xué)習(xí)論興起。真實(shí)情境教學(xué)認(rèn)為知識(shí)是在具體情境中構(gòu)建的，把學(xué)習(xí)者融入到真實(shí)情境中進(jìn)行科學(xué)的構(gòu)建知識(shí)。物理學(xué)的實(shí)踐性、應(yīng)用性使得情境教學(xué)更具必要性與可行性。

物理學(xué)的實(shí)踐性決定了真實(shí)情境在物理教學(xué)中應(yīng)用的必要性。教師需要結(jié)合真實(shí)情境與物理知識(shí)之間的關(guān)系，為學(xué)生搭建起實(shí)踐與理論的橋梁。物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)最終著眼于真實(shí)情境，從真實(shí)情境中抽象出物理知識(shí)，再將物理知識(shí)應(yīng)用于真實(shí)情境解決問(wèn)題（如圖1）。

物理科學(xué)的應(yīng)用性決定了真實(shí)情境在物理教學(xué)中涉及的可行性。教師要善于發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)、生活中物理課程資源并加以利用，為學(xué)生培養(yǎng)探究能力構(gòu)建可行性的平臺(tái)。生產(chǎn)、生活中涉及的真實(shí)情境很多，例如，家用電器中的電學(xué)、電磁學(xué)問(wèn)題;汽車中的功率、摩擦、振動(dòng)、氣體等問(wèn)題;現(xiàn)代先進(jìn)醫(yī)療手段問(wèn)題;物理儀器中的技術(shù)問(wèn)題;勞動(dòng)教育中的技能問(wèn)題;科學(xué)娛樂(lè)中的場(chǎng)景問(wèn)題等。

在物理教學(xué)中，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)或引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)設(shè)符合學(xué)生認(rèn)知水平的物理情境，使學(xué)生在參與的情境中完成學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)。真實(shí)情境教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，真實(shí)情境是高考命題試題的載體。《福建省高考物理評(píng)價(jià)報(bào)告》中強(qiáng)調(diào)：試題注重理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)合生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科技發(fā)展設(shè)計(jì)真實(shí)問(wèn)題情境，考查學(xué)生學(xué)以致用的能力，凸顯物理學(xué)科在解決實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用價(jià)值。

3 真實(shí)情境試題教學(xué)

3.1 真實(shí)情境試題

核心素養(yǎng)是學(xué)生解決真實(shí)具體、陌生而不確定的情境問(wèn)題時(shí)所需要的關(guān)鍵能力、必備品格。真實(shí)情境為現(xiàn)實(shí)的世界與學(xué)科的領(lǐng)域搭建橋梁，從而為引發(fā)核心素養(yǎng)的表現(xiàn)提供載體，為凸顯科學(xué)思維呈現(xiàn)落腳點(diǎn)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)也只有在解決真實(shí)而復(fù)雜的物理情境中得到培養(yǎng)和發(fā)展。以真實(shí)情境為基本的教學(xué)素材，通過(guò)情境的理論化、模型化、結(jié)構(gòu)化、組合化、關(guān)聯(lián)化等可以創(chuàng)設(shè)各種復(fù)雜程度的學(xué)習(xí)任務(wù)單或情境化試題。

3.2 真實(shí)情境試題教學(xué)

在情境化試題的教學(xué)過(guò)程中，教師通常以結(jié)構(gòu)化簡(jiǎn)單的情境模型（典型例題）展開(kāi)，情境的創(chuàng)設(shè)是為了使教學(xué)更加順利地開(kāi)展，在教師的主導(dǎo)下順應(yīng)教師預(yù)設(shè)的思路進(jìn)行探究。考查核心素養(yǎng)的層級(jí)比較低。

在情境化高考的命題設(shè)置中，物理學(xué)科命題依托科學(xué)技術(shù)、體育運(yùn)動(dòng)、生產(chǎn)、生活等真實(shí)情境，突出主干知識(shí)考查，強(qiáng)化關(guān)鍵能力考查，落實(shí)核心素養(yǎng)考查，促進(jìn)學(xué)生終身發(fā)展。試題的情境蘊(yùn)含大量的、復(fù)雜的、開(kāi)放的干擾因素。考查要求學(xué)生從真實(shí)情境中獲取信息關(guān)聯(lián)，構(gòu)建正確的物理模型。考查核心素養(yǎng)的層級(jí)比較高。

試題包括理論化、模型化、結(jié)構(gòu)化、組合化、關(guān)聯(lián)化的學(xué)習(xí)探索情境，用來(lái)考查學(xué)生對(duì)一些重要物理概念和規(guī)律的理解和應(yīng)用能力[ 1 ]。改變真實(shí)情境的結(jié)構(gòu)、組合、關(guān)聯(lián)化程度，就可以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題難度，形成核心素養(yǎng)考查梯度。將核心素養(yǎng)與真實(shí)情境高度融合也就形成學(xué)習(xí)者最大的障礙。而時(shí)代需要解決真實(shí)復(fù)雜情境問(wèn)題的人才[ 2 ]。因此，面對(duì)真實(shí)情境試題的復(fù)雜性、綜合性、開(kāi)放性以及學(xué)生學(xué)習(xí)障礙，筆者提出協(xié)調(diào)式教學(xué)，拋磚引玉。

4 協(xié)調(diào)式教學(xué)

4.1 協(xié)調(diào)機(jī)制

協(xié)調(diào)指溝通交流使矛盾得到解決，達(dá)到意見(jiàn)統(tǒng)一，目標(biāo)一致。協(xié)調(diào)機(jī)制在數(shù)學(xué)奧林匹克競(jìng)賽中指：如果選手的解題方法與數(shù)學(xué)家們給出的幾種標(biāo)準(zhǔn)答案不同，且評(píng)委無(wú)法判定其方法是否可以獲得正確結(jié)果時(shí)，允許學(xué)生在競(jìng)賽結(jié)束后繼續(xù)按原來(lái)的思路解題，若能得出正解，仍可按步驟適當(dāng)?shù)梅諿 3 ]。

4.2 協(xié)調(diào)式教學(xué)

引用數(shù)學(xué)奧林匹克競(jìng)賽中的協(xié)調(diào)機(jī)制，應(yīng)用到真實(shí)情境物理教學(xué)中。把認(rèn)為最綜合、最復(fù)雜的試題選出來(lái)，在課堂中與學(xué)生一起解題;或選出一個(gè)真實(shí)的復(fù)雜情境，在課堂上與學(xué)生一起編題，并完成解題。而不是在做充足準(zhǔn)備的情況下，將解題過(guò)程中遇到的困難和障礙全部隱去[ 3 ]，在學(xué)生面前展現(xiàn)教學(xué)的基本功。教師不需要擔(dān)心在自己學(xué)生面前出丑，而是大膽地將自己最真實(shí)的一面展示出來(lái)。允許教師和學(xué)生在解題的過(guò)程中試錯(cuò)。正是因?yàn)槲覀兝蠋煻疾粫?huì)，激發(fā)學(xué)生興趣與熱情，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)交流討論，從而解決問(wèn)題。這樣學(xué)生可以在教師的引導(dǎo)下展現(xiàn)學(xué)習(xí)的自信，尊重思維的方式，呵護(hù)好奇的火花，體驗(yàn)成功的自豪。

4.3 協(xié)調(diào)式教學(xué)實(shí)施

真實(shí)情境協(xié)調(diào)教學(xué)的基本步驟（如圖2）。

4.3.1 以真實(shí)情境為前提，誘發(fā)主動(dòng)性

從真實(shí)情境開(kāi)始，在真實(shí)情境的體驗(yàn)中，誘發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。學(xué)生體驗(yàn)央視科學(xué)娛樂(lè)節(jié)目，《加油！向未來(lái)》科學(xué)單元10實(shí)驗(yàn)一：橄欖球狙擊寶劍[ 4 ]。模擬彈道學(xué)，探究發(fā)射體運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及伴隨發(fā)生的有關(guān)現(xiàn)象，比如發(fā)射、空中運(yùn)動(dòng)、撞擊等物理現(xiàn)象。節(jié)目節(jié)選觀看后，拋出問(wèn)題：“能否根據(jù)該情境進(jìn)行命題？也讓我們體會(huì)一把命題專家的感覺(jué)。”從而將學(xué)生從感性的淺表性學(xué)習(xí)導(dǎo)向深度學(xué)習(xí)。讓學(xué)生沉浸在真實(shí)探索情境或生活實(shí)踐情境中開(kāi)展學(xué)習(xí)，有效促進(jìn)學(xué)生掌握未來(lái)學(xué)習(xí)和生活所需技能[ 5 ]。

4.3.2 以模型建構(gòu)為手段，貫穿實(shí)踐性

真實(shí)情境呈現(xiàn)的規(guī)律具有簡(jiǎn)明的共性，從真實(shí)情境回歸物理模型的建構(gòu)是將真實(shí)的、復(fù)雜的情境簡(jiǎn)單化的一個(gè)關(guān)鍵。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理模型，簡(jiǎn)單畫(huà)出模型草圖，初步編寫(xiě)題干文字。

如圖3所示，A為一彈射裝置，在距離A x=10 m處P點(diǎn)正上方O點(diǎn)處電磁鐵懸掛一質(zhì)量為m2=1 kg重物，OP高度差為h=10 m，現(xiàn)彈射裝置將質(zhì)量為m1=0.5 kg的球?qū)?zhǔn)重物發(fā)射，發(fā)射速度為v0=14.1 m/s，彈射裝置與電磁鐵聯(lián)動(dòng)，球發(fā)射出去的同時(shí)重物下落。

引導(dǎo)學(xué)生按事件發(fā)生的順序表達(dá)編寫(xiě)題干信息，師生通過(guò)交流溝通形成比較合理的文字表達(dá)。一方面可以提高學(xué)生文字表達(dá)的邏輯性;另一方面讓學(xué)生初步感悟試題命制。

4.3.3 以問(wèn)題創(chuàng)設(shè)為線索，開(kāi)展探究

在教學(xué)的過(guò)程中，問(wèn)題的引導(dǎo)是推進(jìn)教學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵。為了保證教學(xué)的順利推進(jìn)，完成教學(xué)目標(biāo)，在創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境的時(shí)候，教師需要提前做好教學(xué)準(zhǔn)備、問(wèn)題預(yù)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生以教師提出的問(wèn)題為學(xué)習(xí)的入手點(diǎn)展開(kāi)教學(xué)。課堂實(shí)施以教師為主導(dǎo)，基于學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，教學(xué)有效。但是上課聽(tīng)懂到考試隔著萬(wàn)水千山。以真實(shí)情境為載體的試題，學(xué)生存在心理畏懼。因此，問(wèn)題創(chuàng)設(shè)可以讓學(xué)生自主討論提出。學(xué)生分組討論后匯總以下問(wèn)題：

（1）彈射裝置對(duì)小球至少做多少功？（2）球能否擊中重物？（3）球在哪里擊中重物？（4）球經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間擊中重物？（5）球與重物撞擊后球的速度以及重物的速度分別是多少？（6）碰撞后球和重物分別做什么運(yùn)動(dòng)？（7）碰撞后球和重物會(huì)不會(huì)同時(shí)落地？（8）碰撞后球落地點(diǎn)到P點(diǎn)的距離多少？（9）碰撞后物體剛好落在保護(hù)網(wǎng)的最低點(diǎn)Q，那么PQ間的距離多少？

教師在實(shí)施教學(xué)的過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生按事件發(fā)生的順序?qū)?wèn)題進(jìn)行排序。最后，讓學(xué)生自行解題。

4.3.4 以科學(xué)思維為重點(diǎn)，培養(yǎng)創(chuàng)造性

杜威“五步教學(xué)法”，即真實(shí)情境—提出問(wèn)題—科學(xué)思維（界定問(wèn)題）—科學(xué)推理—科學(xué)論證。真實(shí)情境體驗(yàn)獲得好奇心，提出問(wèn)題刺激主動(dòng)性，科學(xué)思維（界定問(wèn)題）培養(yǎng)創(chuàng)造性。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中很少有界定問(wèn)題的機(jī)會(huì)，一般而言教師在命題的過(guò)程中都進(jìn)行順性約束，給定的問(wèn)題都是經(jīng)過(guò)命題者深思熟慮的良性問(wèn)題，基本不會(huì)出現(xiàn)劣構(gòu)問(wèn)題。顯然，針對(duì)以上學(xué)生自己提出的問(wèn)題，在解題的過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)題目中或問(wèn)題中存在不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤健Ｒ龑?dǎo)學(xué)生將所提出的問(wèn)題，吻合到相應(yīng)的物理過(guò)程中，進(jìn)行創(chuàng)造性的條件約束，學(xué)生科學(xué)思維將在問(wèn)題界定的過(guò)程中得到培養(yǎng)，形成完整、連續(xù)、順暢的思維鏈。第（1）問(wèn)涉及功能關(guān)系，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，彈簧對(duì)球做功問(wèn)題;第（2）（3）（4）問(wèn)涉及運(yùn)動(dòng)的合成與分解、自由落體或參考系問(wèn)題;第（5）問(wèn)涉及碰撞中的動(dòng)量守恒與能量守恒問(wèn)題，怎么碰，斜碰還是正碰？很明顯此處需要進(jìn)行條件約束：假如球到O點(diǎn)正下方時(shí)剛好到達(dá)最高點(diǎn)，并與重物發(fā)生彈性碰撞。第（6）-（9）問(wèn)涉及平拋和斜拋問(wèn)題。最后根據(jù)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)化組合成題如下：

如圖3所示，A為一彈射裝置，在距離A 10 m處P點(diǎn)正上方O點(diǎn)處電磁鐵懸掛一質(zhì)量為1 kg重物，OP高度差為10 m，現(xiàn)彈射裝置將質(zhì)量為0.5 kg的球?qū)?zhǔn)重物發(fā)射，發(fā)射速度為14.1 m/s，彈射裝置與電磁鐵聯(lián)動(dòng)，球發(fā)射出去的同時(shí)重物下落，球和重物都可以看成質(zhì)點(diǎn)。

（1）球能否擊中重物？若能夠擊中，經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間擊中？

（2）如果球到O點(diǎn)正下方時(shí)剛好到達(dá)最高點(diǎn)，并與重物發(fā)生彈性碰撞，那么撞擊后球的速度以及重物的速度分別是多少？

（3）碰撞后物體剛好落在保護(hù)網(wǎng)的最低點(diǎn)Q，那么PQ間的距離多少？

通過(guò)溝通交流，讓學(xué)生自主經(jīng)歷從真實(shí)情境的命題與解題的過(guò)程。師生協(xié)調(diào)一致，達(dá)成統(tǒng)一意見(jiàn)。命題的過(guò)程是將真實(shí)情境“模型化”，設(shè)問(wèn)的過(guò)程是將復(fù)雜問(wèn)題“簡(jiǎn)單化”，解題的過(guò)程是將結(jié)構(gòu)模型“拆分化”。

4.3.5 以情境教學(xué)為基礎(chǔ)，構(gòu)建大概念

威金斯認(rèn)為，大概念是“為理解而教”的核心[ 6 ]。以一個(gè)真實(shí)情境為錨點(diǎn)，幫助學(xué)生將離散的知識(shí)進(jìn)行有效的整合，并賦予一定的意義。以利于學(xué)生把握學(xué)科核心概念、規(guī)律的本質(zhì)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)真實(shí)世界、解決真實(shí)情境問(wèn)題的能力。

當(dāng)真實(shí)情境引起的心理活動(dòng)和過(guò)去的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系在一起，在師生協(xié)調(diào)的過(guò)程中將舊觀念與新觀念相互融合，理論和實(shí)際統(tǒng)整，核心素養(yǎng)就會(huì)在經(jīng)歷明了、聯(lián)系、系統(tǒng)、方法的過(guò)程中慢慢落實(shí)。

5 應(yīng)用展望

真實(shí)情境試題的協(xié)調(diào)式教學(xué)的好處很明顯，把情境教活，把題目教活，把課堂教活，把學(xué)生教活，把過(guò)程教活。讓學(xué)生的學(xué)習(xí)從淺層走向沉浸，從順從走向自主，從單一走向開(kāi)放，從抽象走向具體，從零碎走向整體，從基礎(chǔ)概念走向大概念。學(xué)生在真實(shí)的情境中自覺(jué)體驗(yàn)，自行命題，自我挑戰(zhàn)，自主學(xué)習(xí)，合作學(xué)習(xí)，從而深刻理解觀念，掌握規(guī)律，獲得情感。

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