基于科学思维培育的物理情境创设研究①

李安发

(广东省广州市花都区秀全街雅正学校，广东 广州 510800)

1 引言

创设适合学生形成物理观念和发展科学思维的学习情境，给学生搭建展示物理学科核心素养的平台,是课程标准对物理教学的基本要求。创设教学情境，就是将物理问题融入生活情境，让学生深入到情境中，引导学生对问题进行深入的思考和探究，在解决问题的过程中建构物理知识，培育科学思维，提高核心素养。本文旨在探讨物理情境在培育学生科学思维中的重要作用和策略。

2 物理情境的创设

2.1 物理情境分类

按照功能不同，可以将物理情境分为问题情境、心理情境等类型；根据来源不同，可以将物理情境分为生活情境、实验情境、历史情境等类型。

生活情境就是来自生活中的真实场景，在教学中可以借助文字、图片、视频来创设真实的生活情境。

实验情境是指以物理实验现象作为教学情境，引导学生思考和探究。实验情境不能过于复杂，要能够有效地促进学生的思维发展。实验情境要能够化复杂为简洁，化旁观为体验，化抽象为直观，还要能够驱动学生的思维，引发学生的质疑，促进学生自主建构意义。

历史情境是选用物理学史作为教学资源的情境，人类文明史所发生的与物理原理密切相关的史实都可以作为历史情境，物理学发展史上的思维碰撞、典型思辨、著名实验等都可以开发为教学资源。

2.2 物理情境特点

2.2.1 新奇性

情境所呈现的场景跟学生已有的认知有差别，学生依靠已有的知识经验不能理解或解释，造成认知冲突。这种认知冲突能快速激发学生的好奇心和求知欲，有助于教学的深入开展。这就要求教师创设的情境要新颖，产生的现象要奇特，学生见了能耳目一新。

2.2.2 问题性

合理的教学情境总能给学生带来挑战性的问题，为了解决这些问题必然会带动学生积极思考。

3 情境创设在科学思维培育中的作用

科学思维的诱发不是无本之木，无源之水，所有思维链条都是靠具体的教学情境驱动的。先呈现一个恰当的物理情境，向学生提出该情境中需要解决的问题，这时学生首先要学会将情境抽象为物理模型，再利用模型根据物理规律去推理，找到解决问题的方法。学生对观点和结论的质疑也必须建立在情境的基础之上，让学生通过分析情境，产生认知冲突，再利用实验探究和科学思维，矫正错误，得到科学结论。

4 创设情境培育科学思维的策略

情境在培育科学思维过程中有非常重要的作用，创设合理的情境是培育科学思维的必经之路。下面列举几个教学案例，探讨创设情境培育科学思维的策略。

4.1 模型建构，启动思维引擎

教学情境要蕴含将要学习的物理原理，在呈现教学情境后，需要让学生将物理情境抽象为物理模型。例如，在学习《简单机械》时，教师给出竖立电线杆的生活情境(图1)。

任务1:画出图1对应的物理模型。

图1

分析：基于竖立电线杆的情境，促使学生建构物理模型——杠杆，感受劳动人民的智慧，提高模型建构能力。在画图的过程中要对力的方向进行分析，用竹叉向上推电线杆和用绳子沿着竹杆的方向斜向上拉电线杆可以产生相同的效果，这个力就是动力F1，电线杆所受重力就是阻力F2，电线杆与坑的接触点就是支点O，电线杆是一根围绕支点O转动的杠杆，于是可以画出如图2所示的模型图。

图2

总结：模型的建构为科学分析做好了铺垫，为接下来的科学推理搭建平台，学生以此打开思考的大门，启动思维引擎。

4.2 科学推理，拓展思维深度

当学生对物理情境进行模型建构后，教师应当借助该模型，提出需要科学推理才能解决的问题，以此培养学生的高阶思维，推动思维向纵深发展。如图1所示，需要很多工人配合才能完成竖电线杆这项工作，而且具有一定的危险性，怎样使这项工作既安全又省力？

师：如果电线杆倒下来，怎样做才能让工人避开电线杆？

生：工人站在高处拉电线杆就可以避免被砸中的危险。

师：在附近没有高地供工人站立，难道要再搭建高台吗？

生：可在旁边立一根木棒，木棒顶端固定一个定滑轮，用绳子来拉电线杆，绳子绕过定滑轮，通过定滑轮改变力的方向，工人就可以避免危险了。

师：这个想法很好，请大家画出模型图。

学生画出如图3所示的模型图。

图3

师：这个方法确实比较安全，但定滑轮不能省力，如何做到既安全又省力？

生：加动滑轮，与定滑轮组成滑轮组，就可以既安全又省力，于是学生又画出滑轮组模型(图4)。

图4

总结：通过问题情境引导学生思考，步步递进，使学生的思维螺旋上升，通过分析推理，学生将物理原理应用于具体问题的解决之中，既开拓了思维，又获得了成就感。

4.3 科学论证，促进思维发展

在学习“电阻”之前，笔者先在白纸上用铅笔画了一段电路(图5)，问学生：如果把电路连接起来，灯是否发光？让学生用身边的物品把电路连起来，有的用塑料尺，有的用橡皮，灯都不亮，有的用铁夹，灯亮了(图6)。

图5

图6

有一位同学用两只手指将两段电路连接起来，灯也亮了(图7)。这时有很多同学都举手上来，要用自己的手将电路接通。上来的同学越来越多，这时笔者说大家手拉手，看灯还会不会亮。结果灯还是发光的，但拉手的人越多，灯越暗，电流表的示数越小(图8)。

图7

图8

于是笔者让学生分析刚才的实验。

师：将塑料、橡皮连入电路中灯不亮，将金属、人体连入电路中灯亮，这说明什么问题？

生：说明电阻与材料有关。

师：拉手的人越多，灯越暗，又说明什么问题？

生：导体的电阻与导体的长度有关，导体的长度越长，电阻越大。

师：我们刚才用了不同的物体把电路接通，有没有更简单的方法接通电路？

生：直接用铅笔画线就可以把电路接通！

师：下面我用铅笔画线将电路接通，看灯发不发光。

于是笔者画了一条线将电路连接起来(图9)。

图9

师：灯亮了吗？

生：没亮。

师：怎么办？

生：你继续画线，多画些线，画粗一点。

于是笔者继续画线，线越画越粗，灯居然奇迹般地亮起来了，而且线条越粗，灯越亮，电流表的示数越大(图10)。

图10

师：这个现象说明了什么？

生：说明电阻与导体的横截面积有关，导体的横截面积越大，导体的电阻越小。

师：很好。通过刚才的体验，我们已经得出了影响电阻大小因素的初步结论，如何通过实验来验证我们的结论？

于是，同学们开始讨论，设计实验方案，准备实验器材，进行实验验证。

总结：通过新奇的实验引导学生进入学习环节，并得出初步的结论，然后再设计实验进行验证，使学生思维更活跃，有效促进了学生思维的发展。

4.4 质疑创新，引领思维升华

学生在学习物理之前，在生活中已经积累了一些物理前概念，真正接触物理后，其中的很多前概念会与科学认识产生矛盾，这就需要引导学生大胆质疑，转变错误认识。例如，在生活中人们把泡沫塑料块丢在水里，它会漂浮在水面，把石块放入水中，石块会沉入水底。泡沫给人的印象是轻，石块给人的印象是重，于是人们在潜意识里会得出以下结论：轻的东西浸入水中后会上浮，重的东西浸入水中后会下沉，漂浮的物体所受浮力大于沉底物体所受的浮力。

引导学生分析：如果从大石块中砸下一小块，再扔入水中，这个小石块会沉下去，还是会浮上来？学生试了一下，发现质量很小的石块丢入水中也会下沉。这就说明“轻的物体会浮在水面”这个结论有问题。然后再让学生逐一分析其他结论是否正确，并设计实验进行探究。在探究的过程中，学生需要用称重法测浮力，要学会根据浮力与重力的大小关系来研究浮沉问题，最终得出结论：影响物体浮沉的关键因素是物体密度与水密度之间的大小关系。

在教学中，教师基于真实生活情境，使学生发现问题并引导学生探究问题，培养学生的质疑能力，学会用科学的方法对问题进行研究，提高批判性思维能力。

5 结语

科学思维能力的培养目标不是一朝一夕可以达到的，必须渗透到平时的教学中，教师要利用物理情境为学生的思维发展搭建平台，促进学生思维能力的全面提升。