基于情境主線引領的進階型中考物理復習教學探討*

劉思瑩

(華南師范大學附屬花都學校 廣東 廣州 510800)

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[1].《義務教育物理課程標準(2022年版)》[2](以下簡稱“新課標2022年版”)倡導情境化教學,要求結合學生生活經驗,以新奇現象激趣,有目的地創設生動具體的情境,引發學生深入思考.近年來,情境創設在新授課和中考復習中被廣泛應用.但情境引領的中考復習仍存在以下問題:一是情境只用在引入時吸引學生注意力,未能貫徹始終;二是情境雖豐富多樣,但孤立、碎片化[3],未能很好地引導學生思維縱深發展.區別于以往“知識梳理+典例剖析+強化訓練”的枯燥三部曲,在中考復習中以一條情境主線貫穿,設置任務問題促進學生各層次思維進階,能更好地激起學習熱情、提高復習效率.

1 情境主線引領的進階型復習實踐路徑

布魯姆把認知思維過程從低到高分為6個層次:識記、理解、應用、分析、綜合和評價.在物理學科核心素養中,科學思維包括了推理、論證、質疑、創新、評價和遷移等更細化的要素.傳統的中考物理復習模式中,學生思維主要集中在識記、理解和應用3個低階層次,要實現思維的進階發展,需要教師創設合理的情境主線,讓碎片化的知識有效串聯,并在教師提問和學生任務的引導下實現思維的縱深發展:結論有依據(推理論證)、解疑有探究(質疑創新)、思維有拓展(評價遷移).

情境主線引領下的進階型復習教學要從真實的“情境主線”出發,將“情境主線”分解為若干子情境,以子情境為載體串聯起課堂教學環節,在各個子情境下設置恰當的問題鏈和學生任務,實現復習的“內容問題化、問題情境化”.具體的實踐路徑如圖1所示:首先,明確本節課的復習目標,可以是一輪單元復習(從單元整體的視角把握知識間的關聯),也可以是二輪綜合復習(更注重知識的綜合應用和遷移);結合課標要求設計情境載體,匹配創設一條能串聯起復習內容的情境主線;限于初中學生的知識和思維水平,優化情境、簡化模型;接著對主線進行分解,在系列子情境中設置不同層次的任務問題,引導學生經歷推理論證、質疑創新和評價遷移的思維過程,驅動學生解決系列問題,提升科學思維;最后,師生共同總結,歸納提煉知識架構和思維方法.

圖1 情境主線引領的進階型復習實踐路徑

2 情境主線引領的進階型復習教學案例

下面以一節中考二輪綜合復習課為例,闡述具體實施過程.

2.1 結合課標要求 創設情境主線

新課標2022年版中提出“建議將我國的相關科技成就引入課堂”“了解我國在載人航天及其他航天科技方面的新成就”[2].選用的情境可以是學生學習和生活中的熟悉事物、社會和科技發展的熱點新聞等.結合課標要求,確定以近年我國的科技時事熱點“天舟三號”“天宮課堂”為情境主線,開展一節二輪綜合性復習課,以期讓學生感受到前沿科技魅力,關注科技發展并嘗試為解決航空課題中的小問題進行創新設計.

2.2 結合初中學情 優化情境 簡化模型

課堂教學中采用的情境不是真實情境的原版,而是在結合相關知識的同時盡可能合理地接近真實.限于學生知識和思維的發展水平,應從促進知識遷移、思維進階的角度出發,對情境進行合理簡化、截取和提煉.

根據學生已有的認知水平,截取“天舟三號”飛船中“發射升空→對接環繞→太空實驗→維護檢測”4步為本節課的情境主線.

2.3 分解子情境 設置任務問題

根據確定的情境主線,設置4個相應的子情境,通過系列任務問題把碎片知識結構化,引導學生在問題的解決中實現思維進階.

子情境1：發射升空階段.

2021年9月20日,長征七號運載火箭承載著天舟三號貨運飛船在文昌發射場騰空而起.

任務問題1：(1)天舟三號貨運飛船加速升空的過程中,飛船的重力勢能、動能和機械能發生了什么變化?

(2)若此時飛船所受外力突然消失,飛船將處于什么狀態/將會如何運動?你判斷的依據是什么?

設計意圖：任務問題1的(1)屬于知識的理解、應用范疇,復習機械能相關概念.任務問題1的(2)要求分析飛船狀態并寫出判斷依據,鍛煉學生推理、論證的科學思維,做到“結論有依據”.

子情境2：對接環繞階段.

“天舟三號”裝載大量物資與天和核心艙及天舟二號組合體順利對接,轉入三艙組合體飛行狀態,與空間站相互輸送補充電能資源.

任務問題2：(1)對接完成后,天舟三號相對于天和核心艙是運動還是靜止?

(2)若對接后的組合體一起在特定軌道上繞地球做勻速運動,它們受力是否平衡?你判斷的理由?

設計意圖：借助三艙組合體對接完成后環繞地球飛行的具體情境,復習機械運動的相對性,屬于簡單的理解、應用思維范疇.在此基礎上進一步深化到任務問題2的(2)對平衡力的理解、力與運動的關系分析,需要學生進行綜合的分析推理,并對結論進行論證(說明判斷的理由),實現思維進階.

子情境3：“天宮實驗”——浮力.

2021年10月16日,神舟十三號載人飛船搭載“太空出差三人組”成功發射,并與空間站完成交會對接,完成了系列航天任務.“天宮課堂”再次精彩開講.

任務問題3：(1)“天宮課堂”精彩開講,老師講課的信號是通過什么方式傳回地球的(“超聲波”“次聲波”或“電磁波”)?

(2)如圖2所示,是水中乒乓球實驗的場景,對此現象的解釋,你認為合理的是____________.

圖2 “天宮實驗”——水中乒乓球

A.乒乓球靜止是因為所受重力與浮力平衡

B.乒乓球不受浮力

C.乒乓球下表面所受壓力小于上表面壓力

D.若放入的是實心鐵球,鐵球會沉入水中

任務問題3(拓展)：如果重力突然消失,會發生哪些現象?為什么?請至少列舉2個例子說明.

設計意圖：“天宮課堂”信號的傳輸方式問題需要學生簡單的識記、理解.而水中乒乓球實驗中,學生對“乒乓球不受浮力”的理解會存在困難.微重力條件下“浮力消失”也無法在教室中進行演示,需要教師通過啟發式提問,回顧浮力產生條件,逐步引導,提升學生分析、綜合和遷移的思維能力.任務問題3(拓展)中假設了重力消失的條件,設置開放式問題讓學生舉例并分析,給學生提供運用知識的情境,發展了學生推理論證和評價遷移的高階思維.

子情境4：“天宮實驗”——透鏡.

小宇對水球光學實驗產生了極大的興趣.通過一個中間充有氣泡的水球,我們看到了王亞平老師“一正一倒”兩個縮小的像.查詢了相關資料后,小宇發現水球的示意圖可解釋如圖3所示.應該如何解釋“一正一倒”的神奇現象呢?

圖3 “天宮實驗”——透鏡成像

任務問題4：(1)透過水球能看到倒立的像,是什么成像原理?像有什么特點?對距離有什么要求?(復習凸透鏡成像規律)

(2)怎樣使老師倒立的像變大?(復習凸透鏡成像的動態變化規律)

(3)凸透鏡能成正立縮小的像嗎?水球中間的正立縮小的像可能是什么原因形成的?(提示學生參考水球示意圖,觀察圖中水透鏡材料的形狀,提出猜想)

任務問題4(拓展)：請利用桌面上提供的器材(兩個凹透鏡、平行線光源),驗證你的猜想.

設計意圖：學生原有的認知是水球相當于一個凸透鏡,能形成倒立的像或正立放大的像,但實際情境中出現的卻是正立縮小的像,且同時出現“一正一倒”兩個像,形成認知沖突.教師需要設計層層遞進的問題鏈,為學生的理解提供“腳手架”,引導思維深入.任務問題4的(1)、(2)復習凸透鏡成像原理和動態變化規律,調動學生理解、應用的科學思維.任務問題4的(3)則在教師問題的引導下,幫助學生逐步深入探討、提出猜想并利用提供的器材動手驗證猜想,實現推理、創新、評價遷移的思維進階.

子情境5：飛船維護檢測.

小航查閱資料了解到,科研人員通常要采用一些方法檢驗飛船艙體的氣密性.結合所學物理知識,小航設計了如圖4所示電路.

圖4 飛船艙體氣密性檢驗電路

假設電路中所用的電流表和電壓表量程足夠大,其中R0的阻值為100 Ω,Rx和Ry是兩個相同的壓敏電阻,其電阻值隨環境氣壓的變化如表1所示.

表1 壓敏電阻阻值隨氣壓的變化情況

將壓敏電阻Rx和Ry分別置于艙體X和真空室Y中,并將艙體X置于真空室中.艙體X中的氣體壓強約為1.0×105Pa.若艙體X不漏氣, 則X與Y中氣壓不變;若艙體X漏氣,會有氣體從X泄漏進入Y中,則X的氣壓將減小,Y中的氣壓將增大.

任務問題5：(1)若艙體X不漏氣,當開關S接a時,電流表的示數為多少?(寫出計算過程)

(2)若艙體X漏氣,當開關S接b時,電壓表的示數將如何變化?電路的總功率比未漏氣時電路的總功率大還是小?

設計意圖：結合學情合理簡化飛船艙體漏氣檢測的電路設計,設置任務問題5的(1)復習歐姆定律的應用,提升學生對歐姆定律的理解和應用能力.任務問題5的(2)則結合電路的動態分析,進一步調用推理論證的思維能力,實現動態電路與歐姆定律、電功率的知識鏈接.

2.4 師生總結 歸納提煉

最后,師生共同總結以上子情境中涉及的知識架構,歸納提煉解決問題的思維方法.

以“天舟三號”“天宮課堂”為情境主線的復習是一種基于實踐的進階式學習,將情境主線分解為系列子情境,通過設置進階式任務問題,整合重要概念,促進學生的思維進階,如圖5所示.設計具體任務情境承載相應的概念和知識,實現碎片化知識的有效串聯,并在教師提問和學生任務的引導下使結論有依據[如任務問題1(2)、2(2)的判斷依據部分]、解疑有探究[如任務問題4(拓展)的動手實驗部分]、思維有拓展[如任務問題3(拓展)的“假如重力消失”部分],實現思維的縱深發展.

圖5 情境分解下的進階式復習

3 總結與反思

在物理學科核心素養理念下,中考物理復習不能讓思維僅停留在識記、理解和應用3個低階層次,更應該在科學思維層面上促進學生的發展.結合真實情境創設情境主線,讓學生在系列任務問題的解決中經歷推理、論證、質疑、創新和評價、遷移的思維過程,能有效滿足不同思維層次發展的要求,提升物理復習課的吸引力.

結合真實情境的教學是培養學生核心素養的必由之路,其合理性與必要性不言而喻.基于情境主線引領的進階型中考物理復習教學是培養學生科學思維的重要教學形式之一,其教學設計需要教師花費更多的心思和精力進行情境的匹配、優化和整合,任務問題的設置也需要教師在教學實踐中不斷打磨改進,才能促進中考物理復習由“解題”向“解決問題”轉變,促進學生科學思維的形成.