初三科学进阶复习的情境化教学策略研究

朱红莉

摘    要：中考科学试卷注重依托具体的情境，考查学生的杠杆模型建构能力、利用杠杆平衡条件分析推导和解释应用的能力。因此，教师可梯度设计复习教学使学生在进阶中发展思维，并依托情境使学生在建构中进阶学科能力。一轮复习中，教师可采用如下策略：引入情境，化抽象概念为具象认知;情境再现，建构杠杆模型化研究;模型运用，促进实际问题的解决。二轮复习中，教师可采用如下策略：转换情境，引发探究;运用模型，深入推理;提炼方法，自我迁移。

关键词：初中科学;复习教学;情境化教学;学科能力进阶

一、杠杆类问题引发的思考

（一）关注学生的核心素养

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“《课程标准》”）对杠杆内容的要求为：知道简单机械杠杆的特点，并能用其解释一些生活实例。笔者对近三年杭州中考关于杠杆知识的考查进行了分析，发现每年的分值稳定于6分，可见其重要地位。这些试题依托于具体的情境，考查学生的杠杆模型建构能力、利用杠杆平衡条件分析推导和解释应用的能力。其中，变化的是知识所依托的情境，不变的是素养立意下调动所学知识解决实际问题的能力要求。

（二）初三复习课的现状

《课程标准》指出，要“突出学生的主体地位……创设良好的学习情境，设计适宜的探究问题，引发学生认知冲突，激发积极思维”，但复习课中教师很少创设情境。实际上，复习课是学生对碎片化知识进行网络建构的过程，更需要创设真实情境来激发学生的“疑”与“思”，让学生动手又动脑，提高复习的效率。

例如对《生活中的杠杆》的复习，传统策略是：一轮复习，回顾杠杆五要素的定义，省力、费力、等臂三类杠杆的分类和杠杆平衡条件的实验，炒冷饭式地复习已学内容，通过大量习题训练加以巩固;二轮复习，依旧采用反复练习的方式强化对杠杆平衡条件的动态分析。这样的复习尽管在内容难度上有了递进，但仍会导致学生的公式化学习，不利于培养学生的高阶思维。

二、复习课的进阶设计

（一）梯度设计，在进阶中促进思维发展

掌握建模能力是学生核心素养中高阶能力的体现。物理情境建模分析，即在不断变化的情境中提炼信息，建立与之对应的模型，并运用模型分析解决问题，其一般步骤详见图1。这对思维正处于从具象向抽象转变阶段的初中生来说，具有一定的挑战性。

复习课的设计要基于教师对学生已有水平的了解，并根据学生的困难点进行突破。通过前测，笔者发现学生难以对生活情境中的杠杆进行建模，尤其缺乏通过建模分析解释生活现象并解决实际问题的能力。故在一轮和二轮复习中，笔者将教学目标分解成两步：一轮复习通过情境实验与模拟体验，逐步建构生活中复杂杠杆的模型化研究;二轮复习以大情境转换小情境，问题深入进阶，提高学生在实际问题中的理论推导分析能力。由此，学生在应对新的情境时，就能够自主形成分析、解决问题的思路和方法，促进思维发展。

（二）依托情境，在建构中促成能力进阶

学科关键能力指学生在学科课程的学习过程中形成的具有典型的学科特性并与特定的学科素养相关联的能力。教师应引导学生积极开展建构学习、探究学习和问题解决学习，促进学生科学学习方式的转变。借助情境的建构，笔者将一轮和二轮复习中的学科关键能力进行分层，使学生在体验和创造中实现能力进阶，提升核心素养，详见表1、表2。

三、情境化教学实施策略

（一）《生活中的杠杆》一轮复习策略

1.情境引入，抽象概念具象认知

笔者准备两种不同的开瓶器（图略），开瓶的作用力方向是不同的，让学生在体验中概括总结：在杠杆（开瓶器）转动过程中，不动的点为支点O，使杠杆（开瓶器）转动的力为动力F1，阻碍杠杆（开瓶器）转动的力为阻力F2。进而概括出杠杆的定义：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒。

接着，笔者以问题“为什么使用开瓶器时，动力的作用点要远离支点”，引导学生结合开瓶过程中动力的方向垂直于力臂，加深对力臂定义的理解，从而总结出寻找最小动力的方法。

初中生对于物理概念的理解往往感到抽象，加之杠杆有五个要素，部分学生会产生排斥情绪。引入情境化实验，能吸引学生积极参与课堂，使其经历“两种不同开瓶方式”的真实体验，增加对物理概念的感性认识。这不仅能突破其对物理概念的機械记忆，更能激发其复习兴趣，为后续课堂的深入研究作好铺垫。

2.情境再现，建构杠杆模型化研究

（1）转换角度，简化建模过程

面对生活中复杂的杠杆，笔者引导学生从杠杆的定义出发，先找到“硬棒”，简化成“线杠杆”，然后从立体的文件夹实物到侧面平面图再到建立线杠杆模型，帮助学生解剖复杂的物理情境，打开杠杆建模的思路。同时，“线杠杆”模型更易分析出动力臂和阻力臂的变化，再结合杠杆平衡条件，学生就容易分析动力的变化规律。

对于生活情境中的简单杠杆如“跷跷板”“杆秤”，学生能很快找到其中的五个要素并画图进行分析，但是对于较复杂的物体，学生往往束手无策。因此，笔者展示具体实物，选择侧面角度抽离出“平面上的线杠杆”模型，为生活中各类复杂杠杆简化建模提供思路。

（2）模拟情境，促使建模可视化

日常生活中经常可看到广告牌被大风吹倒，笔者让学生思考并分析原因。在这个动态变化的复杂过程中，学生光靠想象难以建模，因此用小的模型（平面镜成像实验的器材）代替广告牌，用吹气代替风，小组合作模拟吹倒的过程，再选择侧面视角作图转化为“线杠杆”，最后结合杠杆平衡条件，就可分析出广告牌被吹倒的原因。

以模拟实验将生活中的情境再现，可化抽象为具体，化复杂为简单，使学习内容直观化。这一过程中，学生能够迅速从复杂杠杆中找出对应的支点、力和力臂，并作图将其可视化。

3.模型运用，促进实际问题的解决

学习杠杆时，学生不仅需要判断和识别出杠杆模型，更需要运用杠杆模型解决实际问题。在此过程中，学生需要将题目中的信息提取出来，转化成与之对应的物理量，运用杠杆平衡条件求解相关物理量之间的变化，从而建立逻辑关系。

如何改进使广告牌不容易被吹倒？学生根据建立的杠杆模型，给出了三种解决方案：一是增加广告牌的自身质量;二是增大广告牌底盘的半径;三是降低广告牌的高度。从平衡条件分析实际问题，学生的思维更加严谨，解决问题的策略也更加多元。

此外，笔者将“如何改进宜家衣柜使其不倾倒”，留给学生课后迁移建模研究，激发学生解決实际问题的兴趣。这种“情境模拟+建模推导”的方式，提供了分析实际问题的一般方法，可降低学生解决实际问题的思维难度，有利于培养学生的高阶思维。

（二）《生活中的杠杆》二轮复习策略

复习不是简单意义上的知识重复，而是以基础知识为前提的更深层次的理解和应用。因此，二轮复习更应在一轮复习的基础上进行深入建构——情境设计由易到难、问题设置步步深入，激发学生的积极思维。

1.转换情境，引发探究

主情境：一袋物体重50N，一根扁担长1.2m。

[情境一：挑扁担]

小组合作探究如何操作能让我们挑扁担时肩部所受到的压力更小？

要求：在体验过程中，不可以减少仪器，忽略扁担重力。尽可能多地寻找可行方法，并将可行的方案记录在任务单上。

[情境二：平地抬扁担]

当重物在两个人之间移动时，对两个人的压力是否会发生变化？如何移动能够帮助一方省力？一方省力时，对方省力了吗？

要求：在体验过程中，不可以减少仪器，忽略扁担重力。每个学生都进行抬扁担尝试，并把分析推导的过程写在任务单上。

[情境三：爬楼梯抬扁担]

当两个人抬着扁担爬楼梯，若重物处于杠杆中间时，分摊在两人肩上的力一样吗？（假设肩对杆的力始终竖直向上）

要求：每个学生都进行抬扁担尝试，并把证明的过程写在任务单上。

在一轮复习对生活中的杠杆进行建模指导后，二轮复习再对生活情境中的“扁担”深入研究，通过大情境“扁担”串联三个小情境，从一人挑扁担到平地抬扁担再到爬楼梯抬扁担，受力的对象从一个人到两个人，场景从平地到有坡度的楼梯，复习深度逐步推进。

2.运用模型，深入推理

[情境一：挑扁担]

学生经过尝试，发现当货物放在肩膀的后面，不论肩膀离支点O多远，此时动力臂都小于阻力臂，是一个费力杠杆。他们最终经讨论画出了最省力的方式，详见图2（见下页），并提供了证明（略）。

[情境二：平地抬扁担]

此时情境一中的二力平衡分析方法已经无法计算出一方肩膀杠杆的支持力，因为另一方肩膀对杠杆的力是未知的。学生总结后发现若将过支点的力舍去（此时力臂为0），问题就迎刃而解。

[情境三：爬楼梯抬扁担]

在楼梯上抬扁担时，学生发现杠杆分析的方法与情境二是一样的，难点在于力臂长度要结合数学三角函数的公式进行表达，可假设倾角为θ，再进行受力分析和证明。

在对实际的杠杆模型进行分析时，往往会涉及很多知识，例如浮力、密度、电学、电磁等，信息量大、思维跨度高，需要学生学会使用数学语言进行问题求解，从定量的角度写出表达式，从函数关系的角度分析物理量的变化，且具备严谨的逻辑推理能力和扎实的数学功底，能够将所学知识进行有效整合。教师要借助情境中具体问题的分析，不断提高学生的综合应用能力。

3.提炼方法，自我迁移

在情境问题深入探究的过程中，学生的分析推导能力也在螺旋式上升。在教师的引导下，面对同一个情境中需要变化支点分析不同受力时，学生能够归纳总结出建立“双支点”杠杆的一般分析方法，详见图3，并能在复杂的斜坡情境中加以迁移应用。

二轮复习的重要目的是培养学生的高阶思维能力，即知识运用从单点到多点再到关联，分析推导从定性到定量再到数理结合，思维要求从分析到推导再到归纳迁移。随着问题链的推进，学生学习的主观能动性充分发挥，用理论知识解决实际问题的能力得到提升。

四、实践反思

情境化复习教学模式详见图4，其在初中科学课堂上的应用，能够更好地体现“学为中心”的教育理念，调动学生的学习兴趣和参与热情，促进学生对科学知识的理解和运用，进而有效提高课堂复习效率。

在实际教学中，情境素材的选择是教师面临的痛点，尤其是复习课。教师要根据复习课的教学目标，基于学情组织素材，筛选出学生有经历、能体验的情境。在创设情境的过程中，教师要选择真实且有意义的情境，挖掘能启发学生思维的问题，设置具有挑战性的任务，在探究学习中培养学生解决真实问题的能力。

德国教育家第斯多惠说：“教育艺术的本质不在于传授知识，而在于激励、唤醒和鼓舞。”在初三科学进阶复习课中，利用情境将零散且复杂的知识结构化，促进学生的思维发展，提高学生的科学素养，是一线教师的奋斗目标。