以情境啟迪思維促核心素養發展

黃巧曦

摘 要：高中物理課程標準的實施建議中明確指出，在教學設計和教學實施過程中重視情境的創設。在真實的情境下進行課堂教學，讓學生處在特定的問題情境中，經歷對學習材料的親身體驗和發展過程，才能有效的培育學生的物理學科核心素養。本文以創設“障礙式”情境，激發批判性思維；創設“發現式”情境，激發具象性思維；創設“問題式”情境，激發抽象性思維三個方面給出具體的教學建議。

關鍵詞：情境；思維；核心素養

著名教育家布魯納認為：“學習者在一定的問題情境中，經歷對學習材料的親身體驗和發展過程，才是學習者最有價值的東西。”在《高中物理課程標準（2017版）》中指出，創設情境進行教學，對培養學生的物理學科核心素養具有關鍵作用。物理概念的建立需要創設情境，物理規律的探究需要創設問題情境，應用物理知識解決具體問題應結合具體的實際情境[ 1 ]。在物理教學中，可以通過自然、生活、物理實驗、物理學史等多種形式創設情境，激發學生的學習積極性，活躍學生的思維，幫助學生對物理現象、物理事實及物理過程進行分析加工、整合與分解，從而逐漸達到對物理知識由感性認識，上升到理性認識的過程，提升思維品質，促進核心素養發展等教學目的。

1 創設“障礙式”情境，激發批判性思維

批判性思維是運用一定的標準進行評價，進而改善思維，屬于反思性思維，是培育創新創造力所必備的重要思維方式之一，也是現代教育追求的最高目標之一。

學生在日常生活中，已從大量的物理現象中獲得了許多物理方面的感性認知，積累了不少經驗，但這些不一定都正確。創設“障礙式”情境，就是讓學生面對真實情境通過觀察、體驗，一方面根據原有的標準評判自己的想法，另一方面對問題進行深入的思考。

例如，在串聯電路電功率分配的教學中，學生基于生活經驗認識到家庭電路中，額定功率越大的燈泡，燈就越亮，因此就想當然地認為在任何情況下額定功率大的燈一定更亮。為糾正學生的認識，設置如下情境：

把40W和60W的兩盞燈并聯接入220V的電源，讓學生比較兩盞燈的亮暗，學生很自然確定60W燈泡更亮并得到驗證；接著把這兩盞燈安裝在串聯電路中，接入220V電源，在閉合開關前先問：“此時哪盞燈更亮？”學生仍然根據已有經驗判定60W燈泡更亮。在看到閉合開關后，顯示的是40W燈泡更亮，而60W燈泡卻只發出微弱光亮時，感到非常驚訝。

觀察到的現象與生活經驗不一致，引發學生大腦產生激烈的認知沖突，激發學生的求知欲，立即把注意力轉移到所要研究的問題上——串聯時為什么60W燈泡反而更暗？探究這一問題的主動性便隨之被調動起來。眼前的事實促使學生意識到自己原有的認識可能存在不足甚至是錯誤的，從而修正自己原有的評判標準，增強了批判性思維的意識。

再如，在“力的合成和分解”教學中，設置了如下的情境：

取兩根長約4 m的繩子、一塊約15kg的鋼塊。將每根繩子的一端綁在鋼塊上，讓學生做一個小游戲——比一比誰的力氣大？

先挑選兩位大個子男生——全班公認的“大力士”，讓兩人分別抓住繩子的末端，同時用力把鋼塊提離地面。可以看見兩位學生費了很大的力氣也沒能把鋼塊提離地面（繩子越長，就越難將鋼塊提起）。然后讓其中一位男生抓住一根繩子提鋼塊。可以看見，雖然只有一人施力，但卻能輕易將鋼塊提離地面。

正當學生困惑之際追問：為何一人可以將鋼塊提離地面，兩人同時施力反而不行呢？

力量的懸殊和出人意料的結果，把學生推到了興奮點，由此激發學生重新審視自己對力的合成的認識，思考力的合成和分解的特點。

在學生原有知識儲備和經驗的基礎上，通過觀察或體驗，有意讓學生陷入新的困境，產生認知沖突，激發批判思維，并由此提出值得探究的新問題。這樣的教學情境設計，有利于喚起學生渴求新知和主動改變大腦原有圖式，積極順應新的知識。

2 創設“發現式”情境，激發具象性思維

具象思維的實質是形象思維，在整個學習過程中，學生根據自己的經驗觀察，以物理現象為載體，經歷分析、概括、加工、提煉，到得出結果等過程。這是學生在學習過程中的一般思維方式，在這思維過程中，雖然學生的認識也源于實踐活動，但一般仍停留在表象階段。僅僅是對事物的形象概括，即使含有某些抽象過程，也是很初步的、很不完整的抽象認識。創設“發現式”情境，就是要幫助學生在具體感性基礎上經過分析、加工和概括，透過表明的現象看到本質，并從中找到規律，得出結果，認識世界。

例如，在“波的形成和描述”的教學中，為讓學生理解機械波的產生條件和特點，可創設以下兩個情境：

情境一：在課堂上挑選身高相近的10個學生緊挨著站成一排，手肩互搭，保持聯帶關系不松手，并注意保持平衡以防摔倒。然后讓第一位同學蹲下、站起做上下振動（主動），其他同學靠聯帶關系依次跟隨振動（被動），便形成精彩的“人浪”。

情境二：如圖1所示，將回形針環環相扣做成的“鐵鏈”，平放在水平桌面上，“鐵鏈”可以看成由許多質點組成，讓學生用手抓住鐵鏈的一端A處，并在垂直鐵鏈方向上左右搖晃，A點就會帶動相鄰的質點跟隨振動，“相鄰”的這一質點又會帶動與它相鄰的質點振動……就樣就會在鐵鏈上形成一列機械波。

“人浪”的情境可以讓學生認識、感受、體驗在機械波的產生和傳播過程；緊接著的“鐵鏈”實驗，更讓學生在親自動手操作中感悟到機械波產生的機理，體會波的形成過程，感知從前一質點傳播到后一質點有一定的滯后[ 2 ]。

“發現式”情境，就是根據學生已有的認知結構和思維水平，通過設置一個個、一組組彼此相關、循序漸進的情境，讓學生動手參與，誘導學生去發現問題，有目的、有方向的觀察中滲透具象思維，自動建構知識，促進核心素養的形成。

3 創設“問題式”情境，激發抽象性思維

抽象思維，也可稱為邏輯思維，是把一個事物的特性從它本身剝離出來形成概念，然后再進行判斷、推理和論證等過程的思維活動。學生由于受自身抽象思維能力的限制，往往需要實際的情境作為引導，才能從具體事物中把某些特性剝離出來形成概念。因此在教學中應呈現新問題的情境，引導學生圍繞具體事物如何解決問題去組織學習，探求未知。

例如，高一物理“加速度”概念的教學中，學生常以生活中對文字字面的意思來理解物理概念，并由此產生對物理概念的曲解。學生容易把“加速度”的“加”理解為數量在變大，因而就把“加速度”曲解為“物體增加的速度”[ 3 ]。為讓學生正確理解加速度這一抽象的物理概念，可以創設這樣的情境：

視頻展示：不同物體的加速過程。

學生先從視頻的觀看和對比中，直觀感受到同樣是加速過程，不同物體的加速情況還存在不同，形成了不同物體“加速的快慢”不同的觀點。

多媒體展示：學生熟悉的四個物體的運動視頻以及相關數據，請同學們判斷。

① 小朋友沿滑梯下滑，經2s，速度從0增加到 3m/s；

②一輛轎車啟動，經2s，速度從0增加到 20m/s

③一列火車啟動，經100s，速度從0增加到20m/s

④ 某飛機起飛時，經20s，速度從0增加到100m/s

問題1：上述物體都在做加速運動，這四個加速過程有何不同？

問題2：哪個物體加速最快？怎么進行比較判斷？

接著通過直觀的數據分析，學生很快就能通過1和2、2和3的數據對比，判斷出轎車速度變化最快。但是轎車和飛機的加速過程所經歷的時間Δt和速度增量Δυ都不一樣，如何比較呢？在學生犯難時，老師可以適時提醒學生想想速度概念是如何引入的，很快學生就找到了解決問題的方向。也用比值定義的方法來定義一個新的物理概念，這樣對抽象的加速度概念的理解也就更加深刻。

再如，高一物理“太陽與行星間的引力”教學中，僅關注結論的知識層面是不夠的，更應該從學生思維的認知起點出發，通過問題情境，引導學生在行星運動模型建立過程中去發展抽象思維能力[ 4 ]。基于此，可以設置以下問題串情境：

Flash動畫展示：行星繞太陽運行的橢圓軌道。

問題1：要研究太陽與行星間的引力，給你這樣一個橢圓的軌道模型，大家想想，研究起來會有什么困難？怎么解決？ （讓學生明白現有的知識無法解決橢圓軌道問題，希望能變成圓軌道）

圖片展示：太陽的直徑和八大行星的軌道數據表，如表1。

問題2：從這些數據中你如何判斷行星繞太陽運行的軌道非常近似是一個圓？（讓學生用學過的知識解釋模型建立的依據）

在此基礎上提出一個簡單的模型，如圖2所示。

問題3：行星繞太陽運動可看成勻速圓周運動還是變速圓周運動？依據是什么？

問題4：行星繞太陽做勻速圓周運動需要的向心力由什么力來提供？方向怎樣？

問題5：你覺得可能影響太陽對行星的引力的因素有哪些？跟質量、距離有什么樣的關系？（讓學生由向心力公式和開普勒第三定律，推導太陽對行星的引力與行星的質量、二者間距的關系。）

問題6：行星與太陽之間的引力跟太陽質量有沒有關系呢？有什么樣的關系？如何研究？（引導學生用牛頓第三定律進行推導）

該“問題式”情境以行星運動的模擬圖景和真實的數據為載體，借助一個個問題，把科學家的思維結晶發掘出來，讓學生在親歷這一判斷、推理、論證的思維活動過程中，不僅獲取知識，更能發展學生抽象思維的能力。

學生大腦中的前概念大多是在生活的具體情境中建立起來的。實踐證明，教師通過創設與真實情境相類似的教學環境，讓學生在情境中或引發認知沖突，或作出預測、推理、論證，或在實際問題情境中尋找解決的方法，不僅可以引起學生積極的態度、行為體驗，而且可以啟迪學生思維，讓學生體驗成功，強化物理觀念，掌握科學思維方法，促進物理核心素養的發展。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017版）[M]北京：人民教育出版社，2018.

[2]王鐵樺，張越等.中學物理新課程資源集，[M].上海：上海教育出版社，2008.

[3]林明華.慢悟理——中學物理重過程教學的探索[M].福州：福建教育出版社，2016.

[4]張新華.以學習為中心的物理教學設計策略探討[J].物理教師，2016（11）：18-23.