真情境、真實驗為載體的沉浸式課堂研究
——以“牛頓第三定律”課堂教學為例

陸 煜

上海理工大學附屬中學，上海 200093

1 課堂教學方法和策略

物理核心素養是學生通過物理學習內化的心理特質，此心理特質決定了學生面對物理問題時的行為表現，學生經過一段時間的物理學習后，他們在物理學科能力方面有三個維度的表現［1］，即學習理解、應用實踐和遷移創新（圖1）。

圖1 物理學科能力三維度表現

學習理解能力和應用實踐能力相對基礎，遷移創新能力則對學生提出了更高的要求，基于核心素養的物理學科能力培養目標，以庫伯的體驗學習圈理論為參考［2］，并結合“雙新”對學生物理核心素養的培育要求，筆者設計了物理課堂學習圈（圖2）。

圖2 物理課堂學習圈

物理課堂以真情境、真實驗為依托的四階段沉浸式體驗學習圈，包括學生首先通過親身的參與產生感覺或感受（這種親身的參與不局限于課堂即時體驗，也可以是生活中的經歷與所見所聞等），對親身經歷或觀察現象進行分析、思考，通過由淺入深、從定性到定量的實驗發現規律，并把結果進一步概括抽象成一般性結論，第三階段學生要在新的情境中檢驗結論的正確性、合理性，同時把所學新的規律遷移到新的情境中進行應用。如果規律在解釋新的問題中遇到問題，或者有新的發現和新的經歷，新的循環又開始了。新的循環實際上就是下節新課的學習。下面就以“牛頓第三定律”課堂教學為例，在實踐中思考如何把這個“學習圈”落實到課堂教學中去。

2 課堂教學實踐

2.1 創設真實的情境提高學生學習內驅力

從“雙新”落地生成的不同版本的新教材來看，對學生新學習內容的情境引入環節都來源于生活，以“牛頓第三定律”為例，圖3 是教學流程圖的設計，表1 是人教版、魯科版和滬科版情境引入環節的比較。

表1 人教版、魯科版、滬科版情境引入環節的比較

圖3 教學流程圖設計

這些情境都是學生在生活中曾經體驗過的，或者是能夠去親身體驗的，從真實情境中體驗過就不難提出問題，進行深入思考，提高整節課學生的注意力，心理上有接受新知識的意愿。

由于很多學生初中接觸過該部分內容，早就學過牛頓第三定律的相關內容，因此一些比較簡單的實例可能不足以吸引大部分學生。結合“立德樹人”的教育總方針，可以把我們國家發展中重大科學成果作為情境引入素材。筆者選擇在情境引入環節中先讓學生觀看一段搭載神舟飛船的火箭升空的視頻，神舟飛船離學生生活還是比較遠的，所以為了拉近與學生生活間的距離，并增加趣味性。筆者事先制作了一架水火箭，當場演示自制水火箭升空。水火箭發射過程還是很震撼的，學生沒有想到裝有水的瓶子可以飛那么高，立刻被吸引住了，同時為課后利用課堂所學規律制作水火箭埋下伏筆。

有了真情境，教師就要利用好情境，通過設計由淺入深的問題鏈，調動學生學習的積極性，促進學生邏輯思維，最終完成學習目標（表2）。

表2 運用真情境引入教學的課堂實施

2.2 尋找生活中的實例，通過觀察和實驗得到定性的認識

學習總是由淺入深，從定性到定量，這樣對物理規律的認識才是深刻的，是形成物理觀念的必由之路。在這個過程中，我們用生活中真實的例子為情境，用身邊隨手可以拿到的材料進行真實驗，用以前學過的物理知識進行分析，并通過分析、推理獲得新的規律和結論。教師的作用是通過設計課堂活動去引導學生發現新的物理規律，具體課堂實施如表3所示。

表3 設計課堂活動引導學生發現規律的課堂實施

學生猜想作用力和反作用力方向在一條直線上，依據并不充分。在物理規律探索過程中質疑是必不可少的環節，提出質疑后要拿出更充分的證據去證明猜想的方向是否準確。所以，筆者對第三個演示實驗進行改進（圖4），讓兩個小磁針靠近，發現小磁針是“尖”對“尖”的，緩慢移動一個小磁針觀察到小磁針始終是“尖”對“尖”，比較準確地反映出作用力與反作用力總是方向相反。

圖4 兩個小磁針靠近

2.3 通過分組學生實驗，進行定量研究，用可靠的實驗數據歸納出抽象物理規律

在學生假設的基礎上，在教師引導下進行分組學生實驗，尋找證據，來定量論證假設，這個環節中學生從視覺和經驗的體驗到親自動手做實驗，從“做”中去體驗。如表4所示。

表4 學生分組實驗的課堂實施

以上活動3 似乎已經可以歸納得到牛頓第三定律了，但是牛頓第三定律中有“總是”兩個字，這是后續學生學習的難點。如汽車加速拉拖車時，汽車對拖車的作用力和拖車對汽車的作用力還相等嗎？這個場景也是一個真實情境，學生容易產生一種直覺，就是汽車對拖車的力似乎大于拖車對汽車的力。到底怎么樣？還是要用事實說話，要通過“真實驗”數據說話，但是再用彈簧秤就不行了，不利于觀察，不可能兩個學生都在跑動中去讀數，這個時候數字化系統就有用武之地了。如表5所示。

表5 運用數字化系統的課堂實施

從定性到定量，從傳統實驗到數字實驗，學生以精確的實驗數據為證據證實了之前的假設，并歸納出物理規律。

2.4 學以致用，體會物理規律對生產生活中所起的重要作用

用課堂所學知識去解釋生產生活中一些物理現象，或者能夠解決實際問題，既是一種對物理規律、概念本身的復習與更深入理解，也是一種學生對知識遷移及創新能力的培養，是今后持續學習過程中形成物理觀念的關鍵。

教學中可以分成三個層次：（1）利用物理原理解釋現象；（2）運用物理原理解決生產生活中的實際問題；（3）利用物理原理制作一個能體現物理本質或解決實際問題的裝置，具體課堂實施如表6所示。

表6 運用牛頓第三定律的課堂實施

在本節課后，學生又會體驗新的情境，如兩輛車相撞過程中有什么規律？有沒有守恒量？新的體驗圈開始了……