基于情境認知理論的新授課教學(xué)
——以“動量 動量定理”為例

(江蘇省南通市白蒲高級中學(xué)，江蘇 南通 226511)

情境認知理論認為：實踐是與學(xué)習(xí)相關(guān)聯(lián)的，知識的習(xí)得是學(xué)習(xí)個體在設(shè)置的情境中動態(tài)構(gòu)建與組織而得的；教師的課堂教學(xué)行為應(yīng)以學(xué)習(xí)者為主體，教學(xué)內(nèi)容的選擇和活動的開展要盡可能地與真實的情境相關(guān)聯(lián)。在新授課的教學(xué)中，基于情境認知理論，教師要有意識地將學(xué)生身邊的常見場景和事物通過結(jié)構(gòu)化處理后引入課堂，在學(xué)習(xí)者與情境的交互作用中構(gòu)建知識體系，培養(yǎng)、發(fā)展其關(guān)鍵能力。本文以“動量 動量定理”一節(jié)課的幾個教學(xué)片段為例，談?wù)勄榫痴J知理論在實際教學(xué)中的應(yīng)用。

本節(jié)教材是選修3-5中第一章的第二節(jié)內(nèi)容，位于第一節(jié)“追尋守恒量”之后。從高考背景看，2018年江蘇的考試說明(物理)中明確把“動量定理”作為高考考點，這是近幾年中第一次；從知識體系看，將“動量定理”作為教學(xué)內(nèi)容，有助于學(xué)生加深對力學(xué)處理方法的掌握，構(gòu)建完善的力學(xué)體系；從培養(yǎng)能力方面看，將這部分內(nèi)容與“功能觀點”形成對比，通過比較，明確力在“時間”與“位移”上的積累的不同效果，深刻理解教材所涉及的研究方法——從“一般(變的原因研究)”到“特殊(守恒)”。

1 片段1——創(chuàng)設(shè)生活情境，引入新量

考慮到本節(jié)內(nèi)容位于選修系列且高考難度不大，考慮到現(xiàn)行高考模式、課時設(shè)置等多重因素，本節(jié)教學(xué)通過一組問題的引入，意在創(chuàng)設(shè)一種輕松、愉快的氛圍來盡快抓住學(xué)生的思緒，吸引學(xué)生的注意力。

演示:請一位學(xué)生配合，教師扔出一個粉筆頭，提出3個問題：(1) 一顆粉筆頭，以5m/s的速度向你飛來，你敢不敢接住它？(2) 換成一個10kg的大鉛球，你敢不敢徒手接住它？(3) 你敢站在5m/s的速度運動的火車前面嗎？

設(shè)計意圖：通過師生配合，在“扔—接”的情境中，引入本節(jié)課內(nèi)容，同時以粉筆頭這一教室必備的常規(guī)物品引入，拉近了學(xué)生與物理、物理與生活、學(xué)生與課堂的距離，把學(xué)生常見的“游離狀態(tài)”調(diào)整為“高度參與狀態(tài)”。以上3個問題的設(shè)計，通過“對比”“放大差異”等手法，讓學(xué)生明確感知到影響物體對人作用的有兩個參量——速度與質(zhì)量，教師借此順勢提出動量的概念，并明確提出“動量”也是描述物體運動的一個物理量，而且它比速度包含的意義更豐富，它包含了運動物體的特性——質(zhì)量，也包含了運動狀態(tài)的特征——運動的快慢和方向。

2 片段2——創(chuàng)設(shè)嘗試情境，辨析性質(zhì)

在物理教學(xué)中，當我們引入一個新的物理量時，我們總要去辨析它的標、矢量特征，通常的做法是依據(jù)動量的表達式P=mv，利用“告訴”的方式說明，因為速度是矢量，故動量也是矢量。這樣的處理方式往往會導(dǎo)致學(xué)生不理解，產(chǎn)生負遷移等影響。例如，學(xué)生會類比遷移在必修2“功”一節(jié)中，會問：“功的表達式為W=Fxcosθ，其中力F和位移x均為矢量，那功為什么不是矢量呢？”從而混淆概念，造成負效應(yīng)。筆者認為，這部分內(nèi)容可以設(shè)置一個問題情境，讓學(xué)生在試錯中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，找出真相。

圖1

問題：如圖1所示，小物塊在水平面上運動，設(shè)其x軸方向上的速度為4m/s，y軸方向上的速度為3m/s，物塊質(zhì)量為1kg。試求：(1) 物塊在x方向上的動量多大？(2)y方向上的動量多大？(3) 物塊的合速度是多少？(4) 物塊的實際動量多大？(5) 物塊的實際動量與兩軸上對應(yīng)的分動量之間滿足什么關(guān)系？

設(shè)計意圖：以上5個問題層層遞推，在“分—合”中幫助學(xué)生辨析清楚：合動量與分動量遵循的法則是平行四邊形定則，從而確認“動量是矢量”這一特質(zhì)。通過5個問題，讓學(xué)生在嘗試中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，不僅有助于加深對相關(guān)知識點的理解，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生敢于嘗試、創(chuàng)新的科學(xué)精神。

3 片段3——創(chuàng)設(shè)體驗情境，定性感悟

問題：(1)在本節(jié)課開始時，我們提了一個問題：一個10kg的大鉛球以5m/s的速度向你飛來，你敢不敢接住它？很多同學(xué)說太重了，接的時候作用力太大了。現(xiàn)在我的問題是：如果允許你增添裝備，你為了接住它且不受傷，會怎樣處理？學(xué)生七嘴八舌，有的說找個箱子，墊上厚厚的海綿；有的說可以穿防彈衣……(2) 為什么要墊上厚厚的海綿？學(xué)生一般會說“作用力小了”，教師適時引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注作用時間。(3) 生活中還有哪些類似的現(xiàn)象？

體驗情境1：(1) 實驗器材：兩個生雞蛋，透明塑料小桶一個，厚海綿一塊，毛巾；(2) 第一次演示：將一個生雞蛋從某一高度釋放，落入桶中(實驗前，先讓學(xué)生預(yù)估結(jié)果)；(3) 在桶內(nèi)墊上厚海綿，四周用毛巾圍起，防止碰撞，第二次將雞蛋從同一高度處釋放(實驗前，先讓學(xué)生預(yù)估結(jié)果)。

圖2

體驗情境2：(1) 實驗器材：鐵架臺、兩個小鐵球(分別系有細線和橡皮筋)；(2) 如圖2懸掛小球，先后兩次將小球從同一高度處釋放，觀察現(xiàn)象。注意：為使現(xiàn)象更明顯，釋放高度應(yīng)大些。

兩次實驗操作后，教師適時追問：(1) 同一個實驗先后兩次操作中，研究對象的初動量和末動量有何關(guān)系？(2) 動量改變量有何特點？(3) 如何定性解釋相關(guān)現(xiàn)象？此時教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注在相同的動量改變量下，作用時間和作用力的特點。

設(shè)計意圖：(1) 問題串的設(shè)計意在與本節(jié)課開頭的問題形成呼應(yīng)和延伸，基于生活經(jīng)驗，通過想象，解決問題；(2) 兩個體驗情境中的小實驗是對問題串的實驗驗證，同時也利用小實驗引出“力在時間上的作用效果”和“相同動量改變量下，延長作用時間，減少作用力”；(3) 體驗情境的創(chuàng)設(shè)，進一步點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對后繼相對枯燥的理論推導(dǎo)起調(diào)適作用。

4 片段4——創(chuàng)設(shè)探究情境，定量推導(dǎo)

圖3

探究情境：光滑水平面上，一質(zhì)量為m的物體，在某一水平恒力的作用下，經(jīng)過一段時間Δt，速度由v變?yōu)関′，如圖3所示，請嘗試推導(dǎo)F的表達式。

設(shè)計意圖：(1) 本問題與常見設(shè)計的區(qū)別在于讓學(xué)生嘗試推導(dǎo)，在常規(guī)課堂中，為了節(jié)約時間，相關(guān)定理的推導(dǎo)一般都是由教師推導(dǎo)完成的，學(xué)生只是位于“看”的位置，印象不深，而本設(shè)計讓學(xué)生參與推導(dǎo)，讓他們在嘗試中加深理解，拓展思維，提升能力；(2) 通過“定性感知”和“定量推導(dǎo)”的相互匹配和強化，進一步感知“力在時間上的效果”的特征，為后面引出“沖量”和從因果關(guān)系、數(shù)量關(guān)系、矢量關(guān)系等角度理解動量定理打下基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

從本節(jié)課的幾個教學(xué)片段看，涉及了“生活情境”“嘗試情境”“體驗情境”“探究情境”等設(shè)置。通過生活情境的引入，調(diào)節(jié)課堂氛圍，引起學(xué)生的注意，并通過對比、放大差異等方法引導(dǎo)學(xué)生思考“是什么原因影響了被測試者的不同反應(yīng)和行為”；通過嘗試情境和探究情境的創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生帶著疑問去開展尋找、探究，讓學(xué)生的實踐貫穿于整個知識探索的過程，在做中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，在教學(xué)中不斷滲透“實踐”的精神；通過體驗情境的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生獲得直接的感悟，在“思—辨—找”中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。在整個的教學(xué)設(shè)計中，精心創(chuàng)設(shè)、引入情境，讓學(xué)生在知識與情境交融中，不斷加深理解，提升物理核心素養(yǎng)。