聚焦真实情境创设培养科学态度与责任

裴姗姗 包明 袁勇

摘   要：创设真实情境进行教学，对培养学生的物理核心素养具有关键作用。教学围绕匀变速直线运动和汽车行驶安全这两条主线，创设多种生活实际情境，设置以情境为基础的问题串，引导学生认识安全行驶与物理规律的对应关系，激发学生探索科学本质的兴趣，培养学生严谨认真的科学态度，提高学生遵守交通法规的社会责任感。

关键词：情境；科学态度与责任；匀变速直线运动；行驶安全

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）5-0009-6

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》指出，在教学设计和教学实施过程中要重视情境的创设，物理概念和物理规律的获取需要创设情境，应用物理知识解决具体问题需要结合实际情境［1］。《中国高考评价体系说明》明确提出，要将情境作为实现“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的综合考查载体［2］。

新一轮教学改革之所以如此强调情境，是因为在应试教育的背景下教师常用的教学模式是总结经典题型，让学生通过刷题强化解题套路来获取较高分数。但当教师询问某种常见的生活现象所涉及的物理知识时，学生经常摇头表示不解。这种教学模式脱离了生活实际，学生缺乏观察、体验生活的敏感度，无法准确运用物理知识解决实际问题。杜威认为，学习的本质是经验的“生长”和“改造”［3］。脱离真实情境的教学不仅对学生的思维发展不利，更无法有效提高学生探索事物本质的内在动力。对物理学科教学而言，尤其不能离开情境的创设。

结合以上分析，教师有必要创设与自然、生产生活实践、科技前沿等相关的真实情境，营造生动有趣的课堂氛围，增加学生的学习热情。学生经历模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等思维加工过程，经历问题、证据、解释、交流等科学探究过程，将事实或现象加工转化成为概念、规律、原理、理论等显性的物理知识。随着对情境的理解，学生脑海中隐性的物理观念得以提炼和升华，追求科学本质的热情被激发，严谨的科学态度逐渐养成，强烈的社会责任感深化于内心。对应的物理核心素养培养途径如图 1所示。

粤教版高中物理必修一第二章第五节“匀变速直线运动与汽车行驶安全”是一节利用物理规律解决实际问题并形成安全行驶意识的应用课。这节课常被当作习题课处理，教师通过习题训练增加学生对规律的熟练掌握程度。学生单纯地在学习探索情境下运用物理规律解题，忽视行车安全的必要条件，理论与实际脱离。因此，如何有效创设真实情境将规律与行车安全两部分有机结合是本节的难点。本文以参加湛江市青年教师教学能力比赛的教学实践为例进行分析和探讨。

1    基于真实情境创设的教学设计

围绕匀变速直线运动和汽车行驶安全这两条主线，本节巧妙创设丰富、真实的交通情境，紧密结合情境设置问题串，培养学生应用物理规律解决交通实际问题的能力，形成安全行驶的科学态度与社会责任。教学设计情境和目的分别如下：播放汽车刹车过程的视频，提取匀变速直线运动的物理模型；分析苏炳添在奥运会比赛时的反应时间，认识刹车过程应分为匀速直线运动和匀变速直线运动两个阶段；进一步分析连续驾驶时长对反应时间的影响，认识禁止疲劳驾驶的原因；通过我国交通事故统计报告的分析，认识严禁酒后开车的交通法规；展示微信群的讨论和雪天轮胎绑铁链的图片，了解路面湿滑对加速度的影响，初步认识加速度与力的关系；同桌讨论教材中的安全距离示意图，得出不超速和保持安全距离的行车要求；展示学校门口的交通标志牌和高速公路车距确认标志牌，明确数据确定的方法；观看交警为本班学生录制的视频，提升遵守交规的社会责任。教学中穿插质疑修正、合作讨论、学以致用等环节，最后的教学总结将规律和应用充分融合，起到点睛的作用。学生在熟悉的情境中熟练运用物理规律，形成安全行驶的交通理念，教学流程如图 2所示。

2    基于真实情境创设的教学实践

2.1    创设情境，建立模型

教师展示一段汽车刹车过程的视频，在汽车停下来时刚好没有撞上前方静止的车辆。

师：汽车的运动过程可以抽象为我们学过的哪种运动模型？请同学们画出汽车运动模型示意图，并分析此過程涉及哪些物理量，在示意图中进行标注。

生：匀减速直线运动，涉及初速度、末速度、时间、位移和加速度。

学习本节前学生已经充分掌握匀变速直线运动的特点，但如何从具体的情境中建构运动模型并利用物理规律解释运动过程，仍旧是高一学生比较陌生的内容。因此，教学引入的情境应简洁明了，让学生轻松、主动地参与到教学中，将思维聚焦到研究主题上，并为下一步的深入探讨做好铺垫。教学中学生应用前面所学知识建构汽车刹车模型，并及时帮助同伴修正示意图，学生脸上流露出成功的喜悦，课堂参与感瞬间提升。

2.2    模型分析，规律应用

教师引导学生将真实情境转化为物理模型，在解决问题的过程中提高分析能力和实践意识。

例1 若汽车行驶的速度为108 km/h，发现前方静止的车辆时，马上紧急刹车，并以7.5 m/s2的恒定加速度减速行驶。那么：

（1）汽车经过多久停下来？

（2）若汽车距离前方车辆80 m，汽车是否会与前车相撞？

这是教材例题的改编，目的是让学生结合实际情境充分认识运动过程中涉及的初速度、末速度、加速度、时间和位移。从作答过程可以发现，学生对运动规律的掌握非常牢固，但有个别学生会忽视正方向的选取，加速度的方向不确定，导致得出的时间出现负值的情况。学生在汇报时听到同学的一丝质疑就能立刻发现问题并进行修正，从细节上完善对规律的理解。

2.3    质疑推理，修正模型

师：司机发现前方有车时，会立刻踩刹车吗？

生：不能，从发现情况到采取动作需要一定的时间。

师：这个时间称为反应时间，每个人的反应时间一样吗？为什么？

生：不一样，对于同一个人，精神状态不同时反应时间不一样，更何况不同的人呢！

师：是的，反应时间是可以变化的。百米飞人苏炳添经过长期训练，在奥运会比赛时的反应时间是0.167 s。普通人的反应时间平均为0.4 s～1.5 s。回看上述例题，在反应时间内司机没有采取任何动作，汽车是如何运动的呢？

生：匀速直线运动。

师：如果驾驶员的反应时间是0.5 s，其他条件不变，汽车是否会与前方车辆相撞？

通过计算，学生清晰地认识到汽车停止过程中的两个距离——反应时间内的反应距离与刹车过程的刹车距离，对运动模型有了更精确的认知。教学设计抽丝剥茧地引导学生认识汽车的实际刹车过程，从理想状态回归真实情境，从特殊到一般，这是物理学研究问题的一般方法，也是学生今后探索科学本质的基本思路。

2.4    创设情境，理解规律

2.4.1    禁止疲劳驾驶，严禁酒后开车，注意防滑

材料1：人的反应时间跟注意力集中程度、驾驶经验和体力状态等有关。相关研究发现，一定条件下反应时间与连续驾驶时长之间的关系如图3所示［４］，同学们能发现什么重要信息？请与同桌交流讨论。

生：连续驾驶时长在4 h后反应时间会急剧增加。

师：如果司机驾驶了4.5 h，此时反应时间为2 s左右，上述例题中汽车是否会与前车相撞？

学生计算后发现两车肯定相撞。随着反应时间的增加交通事故发生的可能性更大，所以交通法规规定司机每连续驾驶4小时，至少停车休息20分钟，禁止疲劳驾驶。在对材料分析和推导的过程中，学生从理性、客观的角度认识交通法规背后的本质，形成杜绝疲劳驾驶的安全意识，学会遵守交通规则。

材料2：教师展示一段小学家长微信群中的讨论：“好塞车；下雨天老师不会记迟到的；一辆车的司机睡着了，直接停在马路上；这是怎么回事？估计喝多了！”

学生读完内容，哄堂大笑。这种贴近生活的讨论带给学生极大的熟悉感，而利用物理知识挖掘背后的原因更带来极大的成就感，大部分学生已经跃跃欲试了。

师：有人说司机睡着了，有人猜测司机喝酒喝多了，喝酒会影响什么？

生：酒精会麻痹人的神经，司机的反应时间增加，反应距离会增加很多，很容易造成交通事故（几乎是在抢答，而且思路清晰）。

师：据统计，我国每年发生的交通事故中，因疲劳驾驶而造成的交通事故占总起数的20%左右，占特大交通事故的40%以上。因酒驾导致的交通事故占总起数的30%左右，驾驶员死亡档案中因酒驾导致的占比为59%。因此，《中华人民共和国道路交通管理条例》明确规定：严禁酒后开车。

师：我们再回看讨论，下雨天道路对行车有何影响？

生：雨天路滑，不容易刹车，减速减得慢，也容易发生交通事故。

师：回答得非常好！在北方的下雪天，如图4所示，司机会给车胎绑上铁链，这又是为什么呢？

生：防滑，增大车轮与地面间的摩擦，减速快。

师：这对应哪个物理量呢？

学生回答刹车时间少、刹车距离减小等，却极少联想到加速度。这是由于在最初学习加速度时，学生的认知更多地停留在定义上，物理概念与实际情境脱离，没有建立起直接的对应关系。当教师强调减速减得快，即速度变化快，描述速度变化快慢的物理量是什么时，学生才恍然大悟，原来绑铁链增大了轮胎与地面间的摩擦力，加速度增大，力和加速度之间有一定的关系。真实情境更容易促进学生对物理概念的理解，提高学生理论联系实际的意识，初步建立运动与相互作用观，形成安全行驶的社会责任。通过以上讨论，学生的参与度明显提升，同桌间的讨论交流频率迅速增多。

2.4.2    不超速，保持车距

师：如果不疲劳驾驶、不酒后驾车、注意防滑，就能保证安全行驶吗？

材料3：学生自主分析教材中汽车行驶安全距离示意图（图5），随着汽车初速度的增加，大家发现了什么信息？请同桌两人分析后低声交流，交換意见并说明原因。

生：速度越大，停车距离越长，越危险；不能超速行驶；要跟前方车辆保持车距。

通过对以上材料的分析，学生从不同角度认识了安全行驶需要做到的基本条件：不疲劳驾驶，禁止酒后开车，注意防滑，不超速，保持安全距离。这是我们每一个社会公民安全出行的社会责任和基本规范。不同情境的设问提高了学生的分析推理、演绎归纳、讨论交流能力，更大程度地增加了学生的学习兴趣和探索欲望。

2.5    拓展延伸，联系实际

2.5.1    学校门口道路标志

在行驶过程中不能超速，汽车上有车速表用来观察，那车距如何确定呢？教师展示学校门口交通标志的图片，路边为40 km/h的限速牌，如图6 所示。经过教师亲自测量，发现马路中央的白色虚线长4 m，前后相邻两条白色虚线的距离为6 m，如图7所示。当学生看到这两幅图片时，马上联想到图6中的数据，发现汽车以40 km/h的速度行驶时，反应距离为10 m，刹车距离为10 m，当两辆汽车间隔两条白线时距离正好是20 m。原来距离的判断方法早就已经在地面上显示出来了，此时学生不得不感叹交通标志的物理魅力。

2.5.2    高速公路车距判断方法

在高速公路上行驶时，司机如何判断车距呢？有少数学生回答，曾见到高速公路旁有车距确认的标志牌，标记着0 m，50 m，100 m。但询问还有其他确认方法吗？有学生说可以估测。当教师对学生的方法表示肯定后，又介绍了4种车距确认的辅助方法，如图 8所示。

方法一：每10公里设置一组距离确认标志，0 m，50 m，100 m，200 m的距离标志。

方法二：白色斑马线即车距确认标线，与路边车距确认标志牌配合使用，或利用3秒准则。

方法三：车道分割线的白色虚线长6 m，间隔9 m，即虚线和间隔总长15 m。

方法四：左边护栏上的反光标记每间隔20 m安装一个。

学生看到老师亲自测量的路面标志（安全情况下）、学校门口路牌和高速公路车距标志牌时，感叹到原来物理早已融入生活的各个角落，物理不再是脱离实际生活而孤立存在的抽象概念，而是学生在未来世界中解决复杂问题的重要工具。学生的切身体会形成了深刻的认知，这是创设真实情境的教学意义所在，是培养学生物理核心素养的有效途径。

2.6    学以致用

例2 假设高速公路上汽车的行驶速度为100 km/h，驾驶员的反应时间为1 s，刹车时以7.5 m/s2的恒定加速度减速行驶，求汽车的停车距离；若驾驶员反应过缓时反应时间为3 s，求汽车的停车距离。

学生在计算时重新回顾了反应时间内的匀速直线运动和刹车过程的匀减速直线运动，掌握基本的物理规律。《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》规定，车速超過100 km/h时应当与同车道前车保持100 m以上的距离，学生的计算结果与交通法规基本符合，充分说明了国家在制定交通法规时严谨认真、科学把控的态度。

2.7    归纳总结

2.7.1    知识总结

教师引导学生利用物理规律和行驶安全的5个注意事项进行总结（图9），不仅对规律有了进一步的理解，也更清晰地认识两者之间的对应关系，形成完整的知识体系。物理规律、五个注意事项、“安全第一条”分别用黄、绿、红三种交通信号灯的颜色呈现，进一步提醒学生遵守交通法规，肩负社会责任，安全出行。

2.7.2    交警寄语

教师邀请本地交警为本班学生录制视频，介绍安全行驶的重要性，同时鼓励大家努力学习，用知识保障自身安全，督促家人遵守交通法规，提升自身安全行驶的社会责任感，学会敬畏生命。当学生看到交警出现的瞬间，眼神中充满了崇拜与激动。

3    结  论

情境来源于生活实践或学习探索，可简单，可复杂。教学应以情境为基础，以内容为中心，设置有效问题串，让物理不脱离实际而存在。情境与问题相辅相成，实现形散而神聚、育人于无形的教学。学生在真实情境中解决实际问题时，科学思维能力得以锻炼，合作能力不断加强，探索科学本质的兴趣更加浓厚，对社会发展的关注度增加，科学态度和社会责任也在潜移默化中形成，物理核心素养逐渐提升。

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年版２０２０年修订）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［２］教育部考试中心．中国高考评价体系说明［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

［３］杜威．民主主义与教育［Ｍ］．王承绪，译．北京：人民教育出版社，１９９０．

［４］段才盛．从“解题”走向“解决问题”式教学在规律应用课中的实践——以“匀变速直线运动与汽车行驶安全”为例［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２１，５０（１６）：７－１２．

（栏目编辑    赵保钢）