指向核心素養的初中物理情境化教學實踐
——以“壓強”為例

溫亞莉

(廣州市執信中學琶洲實驗學校 廣東 廣州 510000)

物理來源于生活,又走向生活,既能給物理課堂提供豐富的情境空間,也能激發學生的物理學習興趣,讓他們體會到學科價值.但忽視情境教育價值的課堂,是為了情境而情境、流于表面的、空洞的課堂.《義務教育物理課程標準(2022年版)》課程實施模塊明確提出“倡導情境化教學,突出問題教學”[1],如何開展有深度的情境化教學,在情境中培養學生的物理學科核心素養是值得探討的問題.

1 情境化教學

情境的本質是“人為優化的環境”[2].情境化教學認為,幾乎所有的知識都具有情境依賴性,主張知識是在人與情境相互作用中動態建構而成的,強調學習的真實發生.教師在創設情境時,不是隨意的選擇.因為即使是同一情境,不同的環節開展,也可能具有不同的使用目的和價值功能.情境的選擇要有明確的教育目標,貼近學生的真實經驗,盡可能地呈現教材中規定的情境,營造具有學科氛圍的情境,體現人與情境的情感交流[3].

壓強的情境化教學實踐是從核心素養目標出發,分析不同類型情境的價值功能,旨在促使學生的物理學科核心素養在真實情境中發生和生成.

2 指向核心素養發展的目標分析

2.1 物理觀念

壓強概念的建構和深化是本節課的主要目標.學生具備大量和壓強有關的生活經驗,這些經驗有正確的,也有錯誤的;有清晰的,也有模糊的,以此為教學起點,引導學生認識并澄清壓力和接觸面積這兩個基礎概念.再進一步引導學生通過控制變量法和比值定義法建構壓強的概念.壓強概念還要在不同情境的應用解釋過程中深化理解.

2.2 科學思維

學生要能在定性實驗結論的基礎上,遷移應用比值定義物理量的方法,抽象概括出壓強的概念,思維也實現了從感性到理性的飛躍.抽象概括能力具有內隱性,教學中可以采用問題引導的方式,在一個個小問題的解決過程中,外顯化邏輯推理過程,幫助學生逐步尋找出事實的本質.

2.3 科學探究

控制變量是物理實驗研究的重要思想,也是初中生必備的實驗方法之一.大多數學生對控制變量的理解停留在字面意思,對于為什么要控制壓力大小一定或者受力面積一定,實驗設計的思考過程并不清晰.學生能根據實驗目的,選擇合適的實驗器材,設計探究實驗過程,根據實驗現象分析得到實驗結論,經歷完整的探究過程,在簡單的探究實驗中發展最基本的科學探究素養.

2.4 科學態度與責任

學生經歷了壓強概念的建構過程,體會到嚴謹的科學精神,養成實事求是的態度,體會科學家持之以恒的探究精神.體驗不同類型的壓強情境,意識到物理與生活和社會的聯系,培養學生強烈的社會責任感.

3 指向核心素養的情境化教學實踐

3.1 運用“游戲”情境 激發學生學習動機

游戲情境能調動學生全部的感官進入情境的認知活動中,將物理概念形象化、具體化,激發學生的學習興趣和學習積極性,為接下來的學習活動做好心理準備,為感性經驗順利過渡到理性知識架起橋梁.

【游戲情境1】如圖1所示,設置“指壓板”游戲,全班學生按照7人一組分組,游戲過程中學生需要光腳,順次分別走在平地上和指壓板上.

圖1 指壓板游戲情境

【游戲情境2】甲學生背著乙學生站在指壓板上.

思考：(1)指壓板對腳底的壓力,所產生的效果是什么?

(2)對比走在平地上和指壓板上的腳感、腳印有何不同?

(3)對比單獨一人站在指壓板上和背起另一位同學站在指壓板上的腳感、腳印有何不同?

【生成性內容】壓力作用效果的影響因素,觀察能力、分析能力.

設計意圖：游戲情境中平地上走和指壓板上走的真實觸覺,激發了學生的學習興趣;對比觀察情境中腳印的不同,視覺體驗再次強化壓力作用效果的感性認識.在此基礎上概括總結出影響壓力作用效果的兩個因素:壓力大小和受力面積.學生的觀察能力、對比分析能力得到發展.

3.2 運用“實驗”情境 啟發學生的科學思維和科學探究能力

實驗情境是眾多情境中最具有物理學科教育價值的情境,它不僅承載著科學知識、科學方法,還隱含了科學態度與責任的素養培養.

實驗情境的創設,是為學生搭建探究學習的支架,協助學生運用已有知識制定探究計劃,選擇符合情境要求的實驗器材,在真實的實驗過程中獲取客觀、真實的實驗數據,通過數據分析得出物理規律,實驗探究能力獲得提升,也發展了實事求是、精益求精的科學精神.

【實驗情境1】如圖2所示,分別用金屬片、鐵釘壓氣球,觀察對比壓力傳感器顯示的壓力大小.

圖2 比較壓力作用效果的實驗情境

思考：(1)金屬片、鐵釘分別對氣球施加的壓力所產生的效果是什么?

(2)兩個氣球的受力面積大小相同嗎?哪種情況下受力面積更大?

(3)兩個氣球爆炸的瞬間,壓力大小分別是多少?

(4)根據實驗,壓力越大,壓力的作用效果越明顯這種說法正確嗎?為什么?

(5)根據實驗,如何正確的根據壓力大小和受力面積,比較壓力的作用效果呢?

【生成性內容】控制變量的思想,邏輯推理能力,批判質疑的品格.

設計意圖：對比實驗情境下,巧設問題鏈,通過層層遞進的問題,強化壓力的作用效果,引發學生“壓力越大,壓力作用效果不一定越明顯”的認知沖突,自然而然地引導學生利用控制變量的思想比較壓力作用效果的明顯程度.科學方法和思想在層層遞進的問題中,逐步的生成,內化為學生自己學科素養的一部分.

【實驗情境2】如圖3所示.準備小桌、海綿、砝碼,引導學生設計影響壓力作用效果的探究性實驗.

圖3 探究影響壓力作用效果的因素

思考：(1)實驗中通過什么現象判斷壓力作用效果的大小?

(2)探究壓力大小與壓力作用效果的關系時,控制哪個量不變?改變哪個量?

(3)探究受力面積與壓力作用效果的關系時,控制哪個量不變?改變哪個量?

(4)根據提供的器材,設計探究實驗,觀察實驗現象,得出實驗結論,形成實驗報告.

【生成性內容】經歷探究實驗的過程,動手操作能力,強化控制變量的思想.

設計意圖：學生能根據提供的實驗器材,自主設計并完成探究實驗過程,通過實際操作,觀察真實的實驗現象,得出影響壓力作用效果的因素.真實的探究實驗情境,學生全身心融入其中,獲得的不僅是知識和能力,也能感受到科學的嚴謹性.

3.3 運用“理論”情境 構建學生理論表達的能力

【理論情境】比較物體運動的快慢,有兩種方法:相同時間比路程,路程越大,運動得越快;相同路程比時間,時間越短,運動得越快.

思考：(1)物體運動的快慢用哪個物理量描述?

(2)物體運動的快慢的定義方法?

(3)你能否用類似的定義方法,給壓力的作用效果下定義,并給出計算公式?

【生成性內容】壓強的概念及計算公式,比值定義法,類比分析能力、歸納能力.

設計意圖：學生在此理論情境中,應用數學中比值的方法,遷移“速度”概念的抽象過程,順利過渡到“壓強”計算公式的建構,強化物理學中運用比值構建物理量概念的方法.

3.4 運用“社會”情境 發展學生遷移能力和社會責任感

社會情境中的育人素材更豐富,教育價值更具多樣性.社會情境中應用壓強設計的破窗錘、火車軌道等等體現了物理知識的應用價值,盲道、地鐵安全線等則體現了社會的人文關懷和安全意識.

【社會情境1】(1)如圖4所示,哪些地方要增大壓強?哪些地方要減小壓強?它們是通過什么方法增大或減小壓強的?(2)實例中增大或減小壓強的理論依據及推理過程?

圖4 增大或減小壓強的社會情境

【生成性內容】增大或減小壓強的方法,運用公式分析物理問題的能力、知識遷移能力.

設計意圖：用學到的壓強知識定性解釋社會情境中的相關現象,了解物理和生活的聯系;在情境中提取相關物理量,通過理論推導,深化壓強概念的理解和應用,發展學生在新情境中的知識遷移能力.

【社會情境2】估測“人站在平地上”和“人站在指壓板上”兩種情境中人對地面的壓強,并思考人行道上盲道設計的物理原理?

(1)估計壓力大小:根據自己的體重估計人對地面的壓力大小;

(2)估測接觸面積(圖5):①利用坐標紙測量人站在地面上時鞋底和地面的接觸面積;②利用坐標紙測量指壓板與鞋底的接觸面積;

(3)根據公式計算出兩種情境中人對地面的壓強,并比較大小.

(4)搜集盲道的種類,并簡要說明不同類型盲道的涵義?從所收集到的信息中你學到了什么呢?

【生成性內容】理論計算的規范過程、借助坐標紙估測不規則圖形面積的方法,知識遷移能力、社會責任感.

設計意圖：“盲道”承載了理論計算、數據處理的方法、估計生活中常見物理量大小的能力、社會責任等,是一個較為復雜的綜合性社會情境,既拓展了學生的思維深度和廣度,也引發了學生對公共設施設計的社會責任感.

4 教學反思

初中物理教學離不開真實的情境,不同類型的情境蘊含的育人價值不同.在實際教學中,要立足于物理學科核心素養的發展目標,深挖情境的學科知識價值、學科方法價值、學科態度價值,才能讓學生在真實的情境中全方位體驗學科的學習氛圍,感受真實的發生學習.