用创新实验构建物理情境化课堂

贝鸿

物理是一门实践性很强的学科。物理教师经常会有这样的困惑：我们费了很大的力气，为什么学生的成绩提高不明显呢？比如学习游泳，对教练讲的很多技术要求和动作要领已熟记于心，但如果缺乏科学的实际训练和多次修正，是不可能真正学会游泳的。华东师大钟启泉教授指出：“核心素养不是直接由教师教出来的，而是在问题情境中借助问题解决的实践培养起来的。”

以创新实验创设真实物理情境，能唤醒学生的回忆，激发学生的感悟，让学生在体验中得到启示，进而产生情感的共鸣。学生在家庭、学校、社会等活动中可能会遇到各种各样的情境，在面对这些具体情境时的思维和行动体现一个人的素养水平，因此我们在教学中就要注重学生情境体验的创设，以便使其积累足够多的经验能力，从而迁移到可能遇到的生活情境中去。本文将以真实的教学案例来呈现基于创新实验的物理情境化课堂建构。

一、建立真实模型克服抽象思维的障碍

电场是物质存在的一种特殊形式，它看不见摸不着，并且在学生的日常生活中缺乏可借鉴的直接经验，也是教材中一个典型的难点内容。我们尝试用以下情境化的创新实验来突破这个难点。

先通过一个引导实验激发学生的好奇心：一个用化学纤维布料摩擦的空矿泉水瓶靠近干燥的易拉罐时，铝制易拉罐被吸引，并向矿泉水瓶运动。教师引导学生猜想相互吸引的可能原因。有学生会想到摩擦起电。静电看不见摸不着，猜想是否正确呢？除了理论分析，能否进一步实验验证呢？学生容易想到验证实验，用没有经过摩擦的矿泉水瓶靠近易拉罐，不会产生相互作用。这就进一步证实和强化了矿泉水瓶和干燥的易拉罐之间的作用力属于静电作用力。

学生的思维被充分调动起来以后，教师提出新的问题：“我们经常体验的作用力很多是接触力，两个不接触的物体之间会发生相互作用力吗？”物理学上从来都没有超距作用，带电的矿泉水瓶的周围一定存在着一种看不见的物质，它是作用的媒介物质，从而顺利地得到结论：“带电的物体周围存在一种看不见又摸不着的物质，它是电荷相互作用的媒介，这种物质叫做电场。”无影无形的物质——场，在我们的生活中并非罕见，地球的周围存在重力场。今天接触的电场也像重力场一样，有力的作用，也有能量的性质。

以情境引发问题，以问题引领活动的展开，以活动促使获得结论，以结论促生知识的应用，以应用促进学生创新能力的发展。在解决实际问题的情境中，由创造性思维形成的这种思维与行动，一旦形成就可以有效且无痕地迁移到其他生活情境中。

二、创设生动真实的情境，激发学生思考和分析物理问题

物理学科单元活动设计是要围绕着教学重点和难点，通过整合的物理概念和规律，以科学探究问题为基本落脚点，促进学生进行科学实践，让学生逐步形成物理科学思维、科学探究以及科学态度。在《动量和动量定理》的教学中我们会创设以下教学情境：

动量概念的引入：教师抛出一个足球，请学生用头把足球顶回。教师再出示一个铅球，问可否将铅球也顶回，为什么？高速运动的子弹，虽然质量不大，为什么也会对人有很大的作用？通过讨论，总结出物体间的相互作用与物体的质量和速度有关，描述物体相互作用的物理量动量，进而得出动量的物理意义、定义、矢量性以及物理量单位。

冲量概念的引入：在竖直叠放的多枚象棋子下面放一张白纸，拉动白纸，要求使象棋子获得较大的速度，应当如何操作？组织分组讨论后，学生尝试急速拉动和缓慢拉动两种操作。实验表明缓慢拉动反而能使象棋子获得较大的速度。巨大的思维反差，使学生对原因发生了极大的兴趣。在两种实验条件下滑动摩擦力大小是相同的，在缓慢拉动时象棋子受到摩擦力作用的时间比较长，经过讨论得出冲量概念、定义、矢量性以及物理量单位。

概念间的联系：教师引导学生观察、比较两个概念在物理意义、定义方式等方面有巨大差异的物理量竟然有着相同的物理单位，这说明两个物理量一定有某种内在联系。教师启发学生用已经学过的牛顿定律来分析问题、解释疑问，揭示冲量与动量之间的因果关系，得到动量定理的科学结论。引导学生体会与以往的物理实验定律的不同，动量定理是用理论推导的方式得到的。

迁移应用：请两名学生抓住衣服四角，然后把衣服在空中水平绷紧张开。教师捧出一个生鸡蛋，把鸡蛋用力摔在衣服上，蛋壳竟然毫发无损（为了防止意外，可以把生鸡蛋放在透明的薄塑料袋里）。在学生的固有认知中，生的鸡蛋需要小心呵护，因为很容易破碎。反复用力摔在衣服上，而鸡蛋没有破碎的实验现象，启发学生用今天学过的动量定理来解释。必要时可以引导学生听鸡蛋摔在衣服上的声音，并与鸡蛋磕碰在碗边上的声音进行比较。学生可以自然地应用动量定理解释，在鸡蛋动量变化相同的条件下，摔在衣服上的作用时间比较长，作用力就比较小。

这个减小作用力的方法在我们的生活中还有别的应用吗？快递包装、跳高海绵垫、跳远沙坑、塑胶跑道操场、气垫运动鞋底、软式排球等不胜枚举。学生的思维是如此的生动活泼，知识和规律与生活结合的是如此紧密，学习是这样的轻松愉快。这样的课堂远离了灌输式的死记硬背、机械训练，有了积极主动的思维和深入的科学探究，实现了从解题向解决问题的转移。

依据科学探究的基本要求我们可以概括为以下基本思路。

三、通过创新实验的开发和利用，提升教师的教学智慧

我们所说的创新实验未必是要创作一个新的实验仪器，也无需实验经费的大量投入。拥有高超教学智慧的教师，可以利用身边的一切适用的物品作为教学的实验仪器设备来完成课堂实验。比如，用张开的手掌靠近脸颊，脸颊立刻就可以感受到来自手掌的红外辐射，如同靠近熊熊的火炉或者不发光的暖气片一样;用两根粉笔（或者铅笔）并拢在一起，平行于教室的日光燈管，通过中间的狭缝观测，就可以明显地看到明暗相间的衍射条纹等。这样一些实验简陋而不简单，便于学生模仿并在课内外重复实验，在体验中学习物理知识和规律。

在物理学习中，经常有某些物理问题由于学生缺乏生活经验而难以理解。例如，考查牛顿运动定律的瞬时性问题，常常会用竖直静止的弹簧两端各连接一个质量相等（或者不同）的小球。当放开上端小球的时刻，下端小球的加速度为零。我们就设计采用玩具彩虹圈（彩虹圈是一种螺旋弹簧玩具，也是一个物理玩具，可以用来做许多物理实验）来模拟。当竖直的彩虹圈上端由静止释放逐渐下落时，彩虹圈的下端竟然纹丝不动。我们可以让学生亲眼看到弹簧的形变的延缓性。在学生惊叹之余，教师进一步用微元的方法从上向下逐段分析，引发学生的更加高阶思维。

学生是课堂的主体。课堂上学生的观察点、思维的起点和转折点都需要教师积极有效的引导。在摩擦力的教学过程中，我们设计教师用黑板擦在黑板上反复做擦黑板的动作，然后再把板擦从黑板的上沿处由静止释放，紧接着潇洒地向下挥手摁住快速下落的黑板擦。在创设了这样有比较的物理情境以后，提出物理问题：你看到了什么？你听到了什么？你想到了什么？你有什么问题？你有什么思考？你得到了什么样的判断？学生可以看到两种情况下，黑板擦和黑板之间都有相对运动，也可以看到两种情况下手对黑板擦的按压作用力不同，可以听到前者有摩擦的聲音，而下落没有摩擦声音。通过师生之间的交流和学生之间的讨论之后得到滑动摩擦力的产生不仅需要直接接触的物体间有相对运动，相互挤压的弹力也是必不可少的条件。

用身边的器材做创新实验，需要教师有一双智慧的眼睛。教师发现身边器材的教学价值，并在课堂上灵活应用，学生就会模仿，会觉得物理就在我们的身边。教师的垂范更为学生的课外实验提供了榜样作用。这样的创新实验成本低，但教学效果不低、教学智慧不低。用创新实验建构情境化的课堂，是培养学生学科素养的重要途径，也是考查物理教师学科教学技能的侧重方面。

用创新实验构建物理情境化课堂的要素是要联系生活创设真实情境，引发冲突，基于实验创设探究情境，激活知识创设应用情境，引导学生参与，创设生成情境。与以灌输知识为目标的课堂教学不同，用创新实验构建的物理情境化课堂在课堂组织形式上不只是教师讲解、传授知识，而是师生互动，激活思维。课堂教学过程不再是平铺直叙、索然无味，而是曲径通幽、引人入胜;教学的目标不只是学科的结论，学生学到的也不仅仅是解题技能。教师教的是学科思维，学生收获的是科学智慧。在培养目标上不再是培养对科学和生活毫无兴趣只会解题的考生，而是处处留心皆学问，从解题走向解决问题，能适应创新型社会发展所需要的新型人才。

创新实验的情境化课堂中，学生活动的设计应当基于课程标准的要求和学生的学科认知特点以及心智养成需求，依托真实的物理情境，指向学生科学核心素养的发展。通过单元学习活动，学生能够体会到物理知识间的逻辑性，并在提出物理问题，建构物理模型，解释物理现象等学科实践活动过程中，习得科学思维、科学方法，逐步发展为进行科学探究解决实际问题的能力。因此，单元学习活动可以包括这些环节和路径，以情境引发问题，以问题引领活动的展开，以活动促使获得结论，以结论促进知识的应用，以应用促进学生创新能力的发展。

作者单位  陕西省西安市西电中学