基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的物理問題情境設(shè)計(jì)

浦建軍

基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的物理問題情境設(shè)計(jì)

浦建軍

知識需融于情境之中，才能顯示活力與美感。學(xué)生在豐富的問題情境中學(xué)習(xí)，才能學(xué)得更生動、更主動，認(rèn)知結(jié)構(gòu)才能不斷地發(fā)展與完善。不同類型的問題情境可以依照不同的路徑展開。具體而言，生活化問題情境，應(yīng)注重感性到理性的提升；體驗(yàn)式問題情境，應(yīng)注重表象到本質(zhì)的深化；開放式問題情境，則需要低階到高階的跨越。

問題情境；認(rèn)知發(fā)展；高中物理

建構(gòu)主義理論提出知識是情境化的，個體的認(rèn)知發(fā)展必須關(guān)注到個體認(rèn)知經(jīng)驗(yàn) （如知識理解、認(rèn)知策略）和情感體驗(yàn)（如學(xué)習(xí)信念、自我概念）的發(fā)展。任何學(xué)習(xí)的愿望，總是在一定的情境中發(fā)生的。多樣化的、適切的問題情境，能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活學(xué)生的思維動力，增強(qiáng)學(xué)生的情感體驗(yàn)。學(xué)生在一定的物理問題情境中經(jīng)歷同化、順應(yīng)、自我建構(gòu)的過程，可以有效加強(qiáng)對物理概念和物理規(guī)律的理解。要達(dá)到這樣的目標(biāo)，需要教師在教學(xué)中對問題情境進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，優(yōu)化物理教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。高中物理教學(xué)可創(chuàng)設(shè)的情境是多種多樣的，下面具體論述三種類型。

一、生活化問題情境：感性到理性的提升

陶行知先生有過一個精辟的比喻:“接知如接枝?！彼f:“我們要有自己的經(jīng)驗(yàn)做根，以這經(jīng)驗(yàn)所發(fā)生的知識做枝，然后別人的知識方才可以接的上去，別人的知識方才成為我們知識的一個有機(jī)部分?！敝R的獲得首先來自于生活和個人的直接經(jīng)驗(yàn)，物理教學(xué)應(yīng)突出認(rèn)知活動與社會生活的融合。在這一過程中，要理順形象思維與抽象思維、感性認(rèn)識與理性認(rèn)識的關(guān)系，平衡生活世界與科學(xué)世界的關(guān)系，進(jìn)而完善學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

［案例1］“液體表面張力”教學(xué)中的情境設(shè)計(jì)

【生活現(xiàn)象情境】教師將一個鐵球從容器內(nèi)的水面靜止釋放，鐵球沉入水底；將鐵球換成一木塊，木塊漂浮在水面；再將木塊換成一枚一元硬幣，教師問學(xué)生硬幣會怎樣？學(xué)生異口同聲說硬幣沉入水中，結(jié)果驚奇地發(fā)現(xiàn)硬幣漂浮在水面。教師引導(dǎo)學(xué)生從物體的浮沉條件分析硬幣漂浮的奧秘。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象情境】

①教師將剛才的那枚硬幣在水面下某處靜止釋放，再問學(xué)生硬幣會怎樣？

②在一個玻璃杯中倒?jié)M水（加一點(diǎn)紅墨水，便于觀察），水面與杯口齊平。學(xué)生向杯內(nèi)加回形針，加到第100個回形針時(shí)，杯中水還沒有溢出，但是杯口液面已經(jīng)明顯凸起。

③教師將橡皮薄膜緊緊扎在塑料瓶口，向瓶內(nèi)打氣，學(xué)生觀察到橡皮薄膜凸起。

基于生活經(jīng)驗(yàn)的對比實(shí)驗(yàn)引起了學(xué)生的認(rèn)知沖突，學(xué)生看到了真實(shí)的問題情景，好奇心被激發(fā)，形成了真實(shí)的問題，從硬幣的浮沉現(xiàn)象到力與物體運(yùn)動狀態(tài)關(guān)系的分析，促進(jìn)了學(xué)生抽象思維的發(fā)展，幫助學(xué)生較好地感知液體表面張力的存在。

三個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象情境的設(shè)計(jì)緊扣表面張力的特點(diǎn)，學(xué)生能夠觀察到硬幣在水面下釋放會下沉，杯口凸起的液面跟鼓起的橡皮膜一樣。這些形象直觀的現(xiàn)象有效地刺激和激發(fā)了學(xué)生的想象力，學(xué)生在不同實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對比中深刻認(rèn)識到:表面張力只能在液體表面產(chǎn)生，液面跟橡皮膜一樣有彈性并有收縮的趨勢。這樣的問題情境設(shè)計(jì)，立足于學(xué)生的感性認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)抽象，采用比較、分析、綜合、歸納等方法，有效地突破了物理概念高度抽象、多重抽象的難點(diǎn)，輔助學(xué)生建立相應(yīng)的物理概念。

二、體驗(yàn)式問題情境：表象到本質(zhì)的深化

英國學(xué)者柯林·比爾德在其著作中論述道:“我們發(fā)現(xiàn)，脫離體驗(yàn)談?wù)搶W(xué)習(xí)沒有任何意義。體驗(yàn)不能被忽略，它是所有學(xué)習(xí)的核心思考點(diǎn)。學(xué)習(xí)建立并源自于體驗(yàn):不論刺激學(xué)習(xí)的外部因素是什么——教師、材料、有趣的機(jī)會——只有當(dāng)學(xué)習(xí)者進(jìn)行了體驗(yàn)，至少在某種程度上進(jìn)行了體驗(yàn)，學(xué)習(xí)才會發(fā)生。只有通過轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)，這些外部影響因素才能起作用。”在體驗(yàn)之中學(xué)習(xí)，是同已有認(rèn)知基礎(chǔ)的碰撞與超越，教師不應(yīng)只看重學(xué)生獲得知識的對與錯、多與少這些有形的結(jié)果，還應(yīng)更關(guān)注學(xué)生在親歷與體驗(yàn)中對知識的理解程度、解決問題中的能力發(fā)展程度、意義建構(gòu)中的情感豐富程度。

［案例2］“靜摩擦力”教學(xué)中的情境設(shè)計(jì)

體驗(yàn)1：請學(xué)生用兩個手指捏住一只空礦泉水瓶，沿著瓶子內(nèi)壁緩慢加水，要求手指與瓶子之間不能發(fā)生相對滑動。請學(xué)生談感受，并分析其中的原因。

體驗(yàn)2：在注滿水的礦泉水瓶表面涂上肥皂液，請學(xué)生仍用兩個手指捏起瓶子。請學(xué)生談感受，靜摩擦力的方向怎樣判斷？

體驗(yàn)3：學(xué)生手提書本，沿著豎直方向、水平方向、斜向右上方緩慢運(yùn)動，分析靜摩擦力的大小與方向，談?wù)剬o摩擦力的“靜”的理解。

體驗(yàn)4：提供一袋米、幾只不同的杯子（一次性紙杯、玻璃杯、陶瓷杯、不銹鋼杯）、幾種不同的筷子（竹筷、木筷、塑料筷子、金屬筷子），學(xué)生隨意選擇提供的物品重做初中時(shí)的“筷子提米”實(shí)驗(yàn)。

讓學(xué)生在頭腦中形成直觀、概括、可操作的表象，進(jìn)而進(jìn)行有效思維，是形成概念的一般步驟。為突破靜摩擦力隱蔽性、多變性的難點(diǎn)，4個體驗(yàn)情境從物境到意境逐層深入，學(xué)生從捏瓶子的感受中很好地認(rèn)識到“只有用力捏緊，才能不讓瓶子下落，手稍微松一下，瓶子就會往下滑動”。這使得學(xué)生對于靜摩擦力的產(chǎn)生條件、相對運(yùn)動趨勢、相對靜止的理解水到渠成。學(xué)生跨越了對靜摩擦力的望文生義，由體驗(yàn)到感悟，可謂“以身體之，以心驗(yàn)之”。

三、開放式問題情境：低階到高階的跨越

開放式的問題情境，就是在特定的問題情境下，留給學(xué)生足夠大的思維空間，讓學(xué)生從不同視角、不同層面去思考、分析、解決問題，發(fā)展學(xué)生思維力，從低階思維向高階思維跨越，將學(xué)習(xí)的關(guān)注點(diǎn)從認(rèn)知的 “了解層”深入到 “理解層”，上升到“創(chuàng)新層”；將教與學(xué)的目標(biāo)從“學(xué)會”升華到“會學(xué)”，幫助學(xué)生勤思考、愛思考、能思考，使思考成為一種享受、一種習(xí)慣。

［案例 3］“斜面+滑塊”題型教學(xué)

如圖1所示，傾角為 θ、質(zhì)量為M的斜面位于水平地面上，斜面未固定，斜面、地面均粗糙。質(zhì)量為m的木塊靜止于斜面上，求地面給斜面的支持力和摩擦力。

圖1

師：“斜面+滑塊”題型是高考?？碱}型，大家在這類題型上也經(jīng)常出錯。先請大家回想、梳理自己做過了哪些類似的問題，然后我們以“斜面+滑塊”為背景進(jìn)行編題。

（改變條件，求解問題不變）

生1：木塊沿斜面勻速下滑而斜面靜止。

生2：木塊以加速度a沿斜面勻加速下滑而斜面靜止。

生3：木塊在沿斜面向下的恒力F作用下沿斜面做加速度為a的勻加速運(yùn)動，斜面靜止。

圖2

生4：兩物體都靜止，給木塊m施加不同方向的力F時(shí)，兩物體依然保持靜止。

生5：給木塊一個沿斜面向上的初速度，經(jīng)時(shí)間t停止。

……

學(xué)生求解，比較不同條件下同一問題的求解方法有何不同，思考怎樣有效處理一題多變。

（改變模型結(jié)構(gòu)，求解不同問題，如圖2）

學(xué)生求解，感受物理習(xí)題變的“魅力”，思考怎樣有效處理發(fā)散性問題。

知識是過程性和生成性的，是個體在認(rèn)知過程中經(jīng)過思考、聯(lián)系、感悟并內(nèi)化形成的，只有這樣才能稱之為“真知”，這種知識是活化的且具有生長性的，對于個體的成長起到真實(shí)的促進(jìn)和催化作用。本例中，從做題變?yōu)榫庮}，從聽題到說題，學(xué)生先是感到新奇，一試身手的積極學(xué)習(xí)情緒得到激發(fā)，學(xué)習(xí)動機(jī)從淺層的喚發(fā)走向深層的喚醒；其次，編題不僅需要對命題條件進(jìn)行分析，還應(yīng)有做題時(shí)的反省和評價(jià)，這需要學(xué)生間的思維碰撞。例如有的學(xué)生給出的題目條件不嚴(yán)密，經(jīng)過交流得以補(bǔ)充完善；有的學(xué)生借鑒他人的命題思路，通過生成性思維得出了新的題目；有的學(xué)生給出了高中階段尚不能解決的題目，在思辨中將其否定，等等。在舊題新做、熟題新說中提高了思維的變通性，助推了學(xué)生的思維生成，也讓學(xué)生享受到了學(xué)習(xí)的樂趣、體驗(yàn)到了學(xué)習(xí)的成果。

物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問題情境的策略遠(yuǎn)不止筆者提出的以上三種，不管哪種方式，問題情境的設(shè)計(jì)必須符合學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，讓學(xué)習(xí)更生動，讓學(xué)生更主動。

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［6］鄭金洲.課改新課型［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2006.

［7］浦建軍.物理教學(xué)應(yīng)基于學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)過程［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2012（08）.

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G633.7

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1005-6009（2017）35-0054-03

浦建軍，江蘇省錫東高級中學(xué)（江蘇無錫，214105）副校長，高級教師。