创设认知冲突优化问题情境

黄峰

摘 要：物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。科学探究是发展学生物理核心素养的重要途径。根据建构主义的观点，情境是探究式教学活动开展的前提，不仅要重视创设教学情境，更要重视教学情境创设的优化，以更好地激发学生的探索兴趣，让学生有主动参与学习的愿望，在教学中有效落实对学生物理核心素养的培养。

关键词：核心素养；科学探究；建构主义；教学情境；优化学习兴趣

教育部在《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中提出“教育部将组织研究提出各学段学生发展核心素养体系，明确学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力” [ 1 ]。作为一线教师，我们在从事物理教学过程中不仅要注重学科知识的教学，更要关注对学生物理核心素养的培养。

1 注重科学探究，培养核心素养

物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任，是学生科学素养的重要构成[ 2 ]。笔者认为科学探究活动是发展学生物理核心素养的重要途径。通过科学探究活动，能引导学生形成正确的物理观念和严谨的科学态度，养成科学思维习惯，学会自主学习。而要有效开展科学探究活动，首先要激发学生的学习兴趣和探索欲望，让学生成为知识的主动建构者。

2 关注情境创设，激发探究兴趣

义务教育物理课程标准指出“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一”[ 3 ]。作为物理探究式教学设计的理论基础的建构主义认为：学习是学习者在一定的情境下，借助他人的帮助，利用必要的学习资源，通过主动的意义建构的方式获得的[ 4 ]。学习总是与一定的情境相联系的，所以教学情境的创设是教学设计的最重要的内容之一。

教学情境是指根据教学目标、教材内容以及学生的认知发展水平，教师有目的地创設与教学内容有关的情景。恰当的情境，能有效激发学生的探索欲望。虽然很多教师同行都意识到情境在教学中的重要作用，但在具体教学中，创设的情境还是限于教材引言中提到的案例或将案例进行简单的扩充，补充几个类似的例子，如此创设的情境，学生或许已经提前知道结果，有时很难激发学生的兴趣，在教学中容易让学生产生无趣的感觉。因此，教师在进行教学设计时，应充分考虑所创设的情境是否能激发学生的探索欲望，是否有利于学生对所学知识的意义建构。

3 创设认知冲突，优化问题情境

古人云：“学启于思，思源于疑”，问题能使学生认知上产生冲突，使学生产生解决问题的冲动，激发学习的驱动力。所以笔者认为，在教学中，教师不仅要重视课堂教学情境的创设，还要抓住初中学生好奇心强的心理特点，积极探索情境创设中可优化之处，将问题融入情境中，进而激发学生产生探索其中物理奥秘的欲望。现就本人在教学中创设的两个情境案例，结合具体的教学实施谈一谈情境创设的优化，希望能起到抛砖引玉的作用。

案例一：在“升华和凝华”这节课中，北师大版教材是通过加热碘升华现象导入新课，然后列举一些生活中的升华、凝华现象。由于生活中升华和凝华现象不是很常见，尤其是学生很难想象物质能从固态直接变成气态，所以在以往的教学中，很多学生在学完本课内容后，对升华和凝华现象依然“陌生”。

在本课的教学中，笔者利用碘的升华、凝华现象，改进了实验，创设了新的教学情景，具体做法如下：先将少量的碘装入一个小烧瓶内，用橡皮塞塞紧，并对瓶内的碘进行加热，使之升华，后停止加热，瓶内的碘蒸气重新凝华后附在烧瓶内壁；同时准备两个能够放入小烧瓶的塑料杯子，一个紫色（与碘蒸气的颜色相同或相近）、一个白色，并在紫色杯子内装了半杯热水，在白色杯子内装了半杯冰水。

师：老师这儿有个神奇的瓶子，把这个瓶子放入紫色的杯子里，就能变成紫色，放在白色的杯子里，就能变成原来的颜色，你们相信吗？不相信啊？！那老师就给你们演示一下。

笔者将小烧瓶放入紫色杯子中，原来附在烧瓶壁上的碘在杯子中的热水的加热下重新升华，变成了碘蒸气，整个烧瓶呈现漂亮的紫色，学生对这个漂亮的瓶子感到惊讶和喜欢，然后笔者又将小烧瓶放入白色杯子中，碘蒸气遇到冷的冰水，重新凝华，附在烧瓶壁上，烧瓶重新变成无色透明，反复数次。

学生感到惊讶，于是有聪明的学生质疑：瓶内有什么物质，要求上讲台检查。由于碘的量很少，且学生在学习本节内容前没有接触过碘这种物质，所以在查看的时候并不会注意到这些附在烧瓶壁上的细小的碘颗粒，于是悻悻而归。

这时笔者再问瓶内有东西吗？学生虽然还是怀疑，但还是回答没有，紧接着笔者又问，真没有东西吗？于是把小烧瓶放在展台上，将摄像头拉近、放大烧瓶的画面，调整角度，学生终于看到瓶上附有许多不仔细观察是无法发现的碘颗粒。

接着笔者继续将紫色杯子内的热水倒入透明的大烧杯中，将小烧瓶放进大烧杯中，通过投影让学生观察瓶壁上的碘颗粒重新变成碘蒸气的过程，为了能够帮助学生理解这个过程中，碘是直接由固态变成气态的，笔者又将准备好的少量冰块放在另一个烧杯中进行加热使之熔化并最终完全汽化，让学生对比两个过程。

在实际教学操作时应注意：

（1）由于碘这种物质的熔点为113℃，直接对碘进行加热，过高的温度容易产生碘熔化的现象，造成学生学习的障碍，而要展示碘的升华过程，水浴法是个很好的选择。

（2）.烧瓶内放入的碘的量要少，这样凝华后附在烧瓶壁上的碘颗粒很少，不容易被发现。

（3）为使升华、凝华现象明显，杯子中应装入温度较高的热水和温度较低的冰水，这样碘充分升华后色彩更绚丽，凝华后烧瓶更通透。

类似的演示实验加上不一样的情境，可以带来不一样的课堂效果。在这个改进后的实验情境中，碘蒸气的绚丽令学生惊叹，然而凝华后的烧瓶看似空无一物，能引发了学生的强烈质疑，这样的情境能让学生记忆犹新，同时激发了学生探索的兴趣，调动了学生学习的积极性。通过最后对现象的分析，培养了学生的评判性思维，让学生学会要认真观察现象。当然，对升华和凝华这两种物态变化的理解更加深刻了，同时也能举一反三，发现生活中的升华、凝华现象，学生的科学态度和思维能力也在这样的潜移默化中得以形成和发展。

案例二：在北师大版八年级物理“物体的颜色”这节课中，教材的编写是从展示彩虹这种色散现象导入新课的。彩虹虽美，但产生的原因学生们早已熟知，而教师在上课时还是以色散这种现象来导入新课，势必又是一个“平淡”、“无趣”的开始，如何激发学生的探索欲望、调动学生学习的积极性？笔者对本课的新课导入设计了一个“越擦越黑的绿‘黑板”实验情境。

出于保护学生视力的目的，现在学校教室基本上配备的都是绿色的“黑板”（以下简称绿板），笔者以这种绿板为创设情境的素材。在开始上课前，笔者先用沾有白色粉笔灰的黑板擦先将绿板擦过一遍，让绿板沾上一层白色粉笔灰，然后用白色粉笔随便在绿板上写几个与上课无关的文字。接着在电脑上新建一个PPT空白文档，将文档底色设置为大红色，并将PPT课件全屏播放。准备好这些，开始上课了，笔者设计了一些问答：

师：“我们这个‘黑板是什么颜色的？”

生：“绿色的。”

师：“大家现在看到的‘黑板是什么颜色的？”

生：“红色的。”

师：“如果我用湿布把黑板上的这些字擦掉，‘黑板會是什么颜色的呢？”

生：“当然还是绿色的。”

然而，当笔者用湿布擦掉黑板上的这些字和粉笔灰，绿板呈现的是黑颜色时，学生感到惊讶，为什么绿色的“黑板”真的变成黑色了，带着这样的疑惑自然对将要学习的物体的颜色之谜更加有兴趣了。

在这个情境的创设中要注意的是：

（1）擦去绿板上的文字时，要用湿布，尽可能露出绿板本来的颜色。

（2）要将教室中的其它光源关闭，只保留投影仪投射的红光，否则容易出现如日光灯的白光照射在擦去文字的绿板上，绿板依然呈现绿颜色。

这个教学情境的创设利用的是物体颜色原理，白色的物体能反射所有颜色的光，而绿色的物体能反射绿颜色的光，吸收其它颜色的光，将绿板事先用带有白色粉笔灰的黑板擦擦过后，绿板上会沾上一层白色的粉笔灰，把PPT背景设置为红色，投射到绿板上的红光能被反射出来，学生看到的绿板是红颜色的；而用湿布擦去粉笔灰，露出的绿板吸收了投影仪投射的红光，由于没有光反射出来，绿板看起来就是黑色的。好奇是人的天性，好奇心是探索的驱动力，充分利用学生的好奇心，创设令人意想不到的情境，能够引发学生的认知冲突，当学生的好奇心被调动起来后，自然会不找到答案誓不罢休，当学生原有的认知结构无法解释遇到的问题时，会促使学生针对问题展开积极主动的思维活动，进而重新建构起新的认知结构；同时在发现和解决问题的过程中，学生能感受到探求知识的快乐和获得成功的喜悦，并形成正确的物理观念和严谨的科学态度。

因此，广大教师同行在进行教学设计时应该充分考虑教学情境创设的优化，避免情境创设落入 “俗套”，让物理课堂更有吸引力，进而有效落实发展学生物理核心素养的教学目标。以上两个情境案例在实际教学的实施中能有效激发学生探究兴趣，相信以广大物理教师的聪明智慧能创设出更多更好的情境案例。

参考文献：

[1]教育部.教育部关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见[EB/OL]. http：//old.moe.gov.cn//publicfiles/business/htmlfiles/moe/s7054/201404/xxgk_167226.html，2014-04-08.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：师范大学出版社，2011.

[4]李远蓉，朱霞，邓磊.物理探究式教学设计与案例分析[M]北京：高等教育出版社，2003.