重视情境创设、培养核心素养

刘银奎

摘   要：物理教育的最终目标是培养和发展学生的核心素养，而情境教学是物理知识活化并转化为学生素养的必经途径，也是物理学科核心素养落地的重要策略之一。该文以“动能与动能定理”教学为例，通过创设六种不同类型的情境进行教学，全面培养学生的物理学科核心素养。

关键词：核心素养;情境教学;动能;动能定理

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2019）6-0014-5

1    新课程标准凝练了“物理学科核心素养”

2018年1月教育部颁布的《普通高中物理课程标准（2017版）》（下文中简为“新课标”）中指出：“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确的价值观念、必备品格和关键能力，物理学科核心素养主要由‘物理观念‘科学思维‘科学探究‘科学态度与责任四个方面构成”[1]。

全国著名特级教师吴加澍老师曾把物理学科的教育价值精辟地归纳为实现三个转化：“即把人类社会积累的知识转化为学生的个体知识和观念;把前人从事智力活动的思想、方法转化为学生的认识能力和思维方式;把蕴含在知识载体中的观念、态度转化为学生的行为准则。”笔者以为，第一个转化的目标是形成物理观念，第二个转化的目标是培养科学思维，第三个转化的目标则是落实科学态度与责任，而科学探究既是学生要掌握的一种探究能力（提出问题、解决问题、实验能力、论证能力、交流合作能力等），更是实现以上三个转化的手段和途径，自然地渗透在三个转化之中，且始终贯穿在整个物理教学之中。

2    新课程标准提出了“重视情境的创设”的教学建议

“新课标”在教学建议中提出：“在教学设计和教学实施过程中重视情境的创设”，并指出：“创设情境进行教学，对培养学生的物理核心素养具有关键作用”[1]。若把物理知识比喻成“盐”，则教师创设的情境就是“汤”，盐只有溶于汤才好入口，知识只有融入情境才好理解和消化[2]。由此可见，知识的情境化是知识活化并转化为素养的必经途径。实施情境教学是核心素养落地的重要策略之一。

所谓情境教学是指在教学过程中，教师依据教学目的，有针对性地引入或创设真实、生动、具体、形象、适宜的场景或氛围，以引起学生积极的态度体验、行为体验，激活学生的情境思维，从而激发学生主动地理解知识、建构意义。把知识还原到情境中，会使学习者直观感受到知识的原始形式，增强感受力，也同时增强理解力，甚至还会增强创造力。

基于以上两点的认识，笔者就以“动能和动能定理”的教学为例，谈谈如何利用情境教学培养学生的核心素养，为核心素养导向下的物理教学做一些有益的尝试。

3    “动能和动能定理”情境教学的设计

3.1    教学流程图（如图1）

3.2    情境教学具体环节

环节一：创设生活情境，生成动能概念

在课题的引入部分精选了三组图片（视频截图），如图2所示，体现自然界巨大威力的龙卷风和海啸，体现科技前沿的高铁与歼20战机，动物界与人类中奔跑最快的猎豹和博尔特。让学生从感性上认识动能——运动物体具有的能量，并自主生成动能概念，形成能量观念。

设计思路：现实生活是教学的源泉，是科学世界的根基，学生在学习概念之前，基于生活经验已形成了大量的经验性常识，教师要创设体现概念本质特征的生活情境，利用学生头脑中的“经验性常识”自主建构物理概念。

环节二：创设互动情境，定性探究影响动能大小的因素

教师请一男生上讲台配合实验：

活动1：教师用手向他抛去一枚塑料玩具子弹，男生很利落地伸手接住，接着教师把子弹装进玩具手枪，然后迅速地做出瞄准男生的动作，男生本能地显示出害怕并做出躲避动作，引起全班学生大笑！

教师问：第二次你为什么不敢用手接，要躲避？

学生答：第一次速度小，动能小，第二次速度大，动能大，有危险！

活动2：教师从袋中拿出一个网球，然后向后排的一个男生抛去，并承诺接住了就送给他，那个男生很轻松地接住了。其他学生有点心理不平衡，叫喊着也想要个网球。这时教师不失时机地从布袋中又拿出一个球（与网球等大的铁球），自言自语，网球倒没有了，这里有个大铁球。然后做出对着那个叫得最响的学生抛过去的假动作。只见一排学生均显示出害怕与躲避。

教师问：你们为什么没有一个敢接这个球？

学生群答：质量大，动能大，太危险了！

设计思路：学生对动能大小的影响因素是有所了解的，但为了更有效地丰富学生的感性认识，更好地建构动能的概念，教师通过创设互动的对比情境，利用看得见、摸得着的情境，完成从经验性常识向物理概念的转变。同时，采用了对比的物理思想方法，有助于培养学生的科学思维，使学生真正地理解动能的实质。

环节三：创设模拟情境，在类比猜想中建构动能表达式

创设模拟情境：如图3所示，某物体的质量为m，在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移，速度由v1增加到v2，试求恒力F所做的功W（用v1、v2表示）。

教师引导：上述（1）式与重力做功和重力势能变化的关系式WG=mgh1-mgh2（2）非常相似。通過对比，你有什么发现？

生1：由（1）式与（2）式比较得出，外力F所做的功等于始末状态下 mv2的差值。

生2：两个式子的左边均为力所做的功，而功又是能量转化的量度。同时，（2）式右侧为重力势能的变化（mgh1-mgh2），mgh即为重力势能的表达式。与之类比，（1）式右侧也应该是一种能量的变化，即 mv2应该也是某一类能量。

生3：当v1=0时，（1）式变为 mv2，正好验证了上一节课的结论（外力的功与速度的平方成正比）。再联想我们刚才的定性探究（质量越大，速度越大，动能越大），因此我认为 mv2就是动能的表达式！

设计思路：模拟情境是根据教学的实际需要而创设的，突出研究问题的主要特征，忽略问题的次要因素，有利于问题的呈现与解决。本环节创设的模拟情境目标清晰（求力F的功）、适应性强（难度适中，适合全体学生进行探究），非常有利于目标的达成。因此，在教师的引导下，学生通过类比、猜想、推理的方法建构了动能的表达式，使学生的科学思维能力得到了充分的发展。

环节四：创设实际情境，演绎推导动能定理

实际情境1：

如图4所示，一架喷气式飞机质量为m，起飞过程中从v1开始滑跑。 当经过位移l时，速度达到起飞速度 v2。在此过程中飞机受到的牵引力为F，平均阻力为f。 试求飞机受到的合力所做的功（用v1、v2表示）。

实际情境2：

如图5所示，一辆质量为 m、速度为 v1的汽车，关闭发动机后在水平地面上滑行了距离l后，速度减小至v2，在此过程中汽车受到的平均阻力为f。试求汽车阻力所做的功（用v1、v2表示）。

教师引导学生分两个小组进行推导，每组由组长把结果写在黑板上的表格中，如表1所示。

教师引导：观察表格中的两个等式，你会有什么发现？

生1：两个等式的右边均为末动能与初动能的差，左边均是合力的功。

教师引导：功是能量转化的量度，WG=mgh1-mgh1表明重力做功等于重力势能的减少量，那么是否会有类似的结论？

生2：物体所受合力的功等于其动能的变化量。

设计思路：本环节教师创设了两个真实的情境，引导学生进行理论探究，并对得出的两个结论进行科学、合理的类比推理，最终得出动能定理，完成本节课的核心任务。在教师的引导下，学生经历了分析问题、收集证据、处理信息、得出结论、表达交流等科学探究过程，发展了科学思维，提升了科学探究能力。

环节五：创设应用情境，拓展深化动能定理

应用型情境1：多过程问题中的动能定理应用

小球从高出地面2 m处由静止自由落下，不考虑空气阻力，落至沙坑表面进入沙坑深0.5 m处停止，如图6所示，设小球在沙坑中受到的阻力恒定，则小球受到的阻力是其重力的多少倍？

说明：教师可引导学生先用牛顿运动定律进行解题，然后用动能定理来解题，让学生体验一下动能定理解题的优越性，为下一环节做准备，同时强调针对多过程问题学生要有整体的思维，对全过程列方程：mg（H+h）-fh=0。

应用型情境2：曲线运动中的动能定理应用

如图7所示，一半径为R的半圆形光滑轨道竖直固定放置，轨道两端等高，不计任何摩擦力，一质量为m，看作质点的小球自轨道端点P由静止开始滑下，重力加速度大小为g，求小球滑到最低点Q时的速度大小。

应用型情境3：变力问题中的动能定理应用

上题中，若轨道不光滑，小球在P点由静止开始滑下，滑到最低点Q时，速度大小变为 ，求小球自P滑到Q的过程中摩擦力所做的功。

说明：教师要在引导中指出，本题中的摩擦力是变力，大小与方向均在变化，用其他方法很难求出，而采用动能定理却容易多了。

设计思路：应用型情境是为了特定的规律应用而创设的，它具有功能单一、目的明确、针对性强的特点。动能定理虽然是由运动学和牛顿运动定律推导出来的，但是其适用范围更广，因此在学生基本掌握动能定理的应用后，不失时机地创设更为丰富的应用情境，来帮助学生深入理解动能定理的内涵与外延，让学生把动能定理顺应到自己的知识结构中，初步建构能量观念。

环节六：创设对话情境，理解内化动能定理

情境创设：刚才同学们均很用心、很顺利地解决了上述3个例题，下面请同学们谈谈心得体会。

生1：动能定理与牛顿运动定律有时可以解决同一个问题，体现了两者在解决问题上的等效性。

生2：在解决比较复杂的问题时，动能定理有很明顯的优势——方便、快捷。

师：能具体说说有哪些优越性？

生3：用牛顿运动定律解题时，要对过程进行准确的运动分析与受力分析，明确做何种运动，还要具体知晓运动时间、位移、加速度及速度等，而采用动能定理只需要知晓全程初末两个状态的速度、全程中各个力的功便可列式求解了，省去了很多不必要的中间量的计算。

生4：针对有些曲线运动或变力作用下的运动，用牛顿运动定律已经无法求解了，而用动能定理却可以，这个优越性更大。

师：难道掌握了动能定理，从此牛顿运动定律就可以不必用了？用动能定理就可以“独步江湖”了吗？

生5：那也不是，如果问题中还需求一些具体的运动量，如时间、加速度时，动能定理也就无能为力了，这时还是要靠牛顿运动定律与运动学公式的。

设计思路：学生在学习物理规律的过程中，经常会出现一种新的、更优越的规律或方法来解决先前的问题（包括以后要学的动量问题）。此时，教师应及时地对两种规律进行必要的辩证分析，引导学生列举不同方法的优缺点、适用条件。这样既可防止学生盲目、全盘套用新规律，而丢弃老方法，同时，又能使学生不会固守旧方法，而不愿意接受新规律。创设对比、思辨的对话情境，一方面可以加深对新规律的理解，另一方面使原有的知识也能更快、更顺利地与新知识发生同化与顺应作用，共同构建学生的知识结构。

4    情境教学的反思

本节课通过六个环节创设六个情境让学生自主建构动能和动能定理，让学生在生动、形象的情境中完成知识的学习，使学生在不知不觉中培养了物理学科核心素养。

在核心素养导向下的物理教学课堂中，情境教学将会被广泛地应用，它必将对物理教学活动产生积极的促进作用：

第一，情境可以有效地刺激学生，把被动的学习过程转化为对知识主动接受的过程，让学生自主建构物理观念。

第二，情境可以使枯燥乏味的物理知识产生丰富的附着点和切实的生长点，使物理教学转化为物理教育，培养学生的科学态度与责任，落实立德树人的育人目标。

第三，情境极大地增加了物理学习过程的趣味性和直观性，让学生经历运用物理知识解决实际问题的过程，并从中积累大量经验，提升解决问题的能力。

总之，物理概念与规律只是核心素养的媒介和手段，知识转化为素养的重要途径是情境，“情境是沟通学生生活世界与科学世界的桥梁、沟通知识与思维的桥梁”[2]。因此，构建从丰富的情境中学习知识的认知路径，是物理知识通向素养的必然要求。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版，2018：4-5.

[2]余文森.核心素养导向下的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017：191-205.

[3]陈利军.“动能和动能定理”教学设计与反思[J].中学物理教学参考，2016，45（10）：30-32.

[4]肖凯龙，张军朋.创设多元情境、优化概念教学[J].物理教师，2017，38（11）：5-8.

（栏目编辑    赵保钢）