重視情境創(chuàng)設(shè)、培養(yǎng)核心素養(yǎng)

劉銀奎

摘? ?要：物理教育的最終目標(biāo)是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，而情境教學(xué)是物理知識活化并轉(zhuǎn)化為學(xué)生素養(yǎng)的必經(jīng)途徑，也是物理學(xué)科核心素養(yǎng)落地的重要策略之一。該文以“動能與動能定理”教學(xué)為例，通過創(chuàng)設(shè)六種不同類型的情境進(jìn)行教學(xué)，全面培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);情境教學(xué);動能;動能定理

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）6-0014-5

1? ? 新課程標(biāo)準(zhǔn)凝練了“物理學(xué)科核心素養(yǎng)”

2018年1月教育部頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》（下文中簡為“新課標(biāo)”）中指出：“學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確的價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要由‘物理觀念‘科學(xué)思維‘科學(xué)探究‘科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面構(gòu)成”[1]。

全國著名特級教師吳加澍老師曾把物理學(xué)科的教育價(jià)值精辟地歸納為實(shí)現(xiàn)三個轉(zhuǎn)化：“即把人類社會積累的知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生的個體知識和觀念;把前人從事智力活動的思想、方法轉(zhuǎn)化為學(xué)生的認(rèn)識能力和思維方式;把蘊(yùn)含在知識載體中的觀念、態(tài)度轉(zhuǎn)化為學(xué)生的行為準(zhǔn)則。”筆者以為，第一個轉(zhuǎn)化的目標(biāo)是形成物理觀念，第二個轉(zhuǎn)化的目標(biāo)是培養(yǎng)科學(xué)思維，第三個轉(zhuǎn)化的目標(biāo)則是落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，而科學(xué)探究既是學(xué)生要掌握的一種探究能力（提出問題、解決問題、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、論證能力、交流合作能力等），更是實(shí)現(xiàn)以上三個轉(zhuǎn)化的手段和途徑，自然地滲透在三個轉(zhuǎn)化之中，且始終貫穿在整個物理教學(xué)之中。

2? ? 新課程標(biāo)準(zhǔn)提出了“重視情境的創(chuàng)設(shè)”的教學(xué)建議

“新課標(biāo)”在教學(xué)建議中提出：“在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過程中重視情境的創(chuàng)設(shè)”，并指出：“創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用”[1]。若把物理知識比喻成“鹽”，則教師創(chuàng)設(shè)的情境就是“湯”，鹽只有溶于湯才好入口，知識只有融入情境才好理解和消化[2]。由此可見，知識的情境化是知識活化并轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的必經(jīng)途徑。實(shí)施情境教學(xué)是核心素養(yǎng)落地的重要策略之一。

所謂情境教學(xué)是指在教學(xué)過程中，教師依據(jù)教學(xué)目的，有針對性地引入或創(chuàng)設(shè)真實(shí)、生動、具體、形象、適宜的場景或氛圍，以引起學(xué)生積極的態(tài)度體驗(yàn)、行為體驗(yàn)，激活學(xué)生的情境思維，從而激發(fā)學(xué)生主動地理解知識、建構(gòu)意義。把知識還原到情境中，會使學(xué)習(xí)者直觀感受到知識的原始形式，增強(qiáng)感受力，也同時增強(qiáng)理解力，甚至還會增強(qiáng)創(chuàng)造力。

基于以上兩點(diǎn)的認(rèn)識，筆者就以“動能和動能定理”的教學(xué)為例，談?wù)勅绾卫们榫辰虒W(xué)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，為核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理教學(xué)做一些有益的嘗試。

3? ? “動能和動能定理”情境教學(xué)的設(shè)計(jì)

3.1? ? 教學(xué)流程圖（如圖1）

3.2? ? 情境教學(xué)具體環(huán)節(jié)

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)生活情境，生成動能概念

在課題的引入部分精選了三組圖片（視頻截圖），如圖2所示，體現(xiàn)自然界巨大威力的龍卷風(fēng)和海嘯，體現(xiàn)科技前沿的高鐵與殲20戰(zhàn)機(jī)，動物界與人類中奔跑最快的獵豹和博爾特。讓學(xué)生從感性上認(rèn)識動能——運(yùn)動物體具有的能量，并自主生成動能概念，形成能量觀念。

設(shè)計(jì)思路：現(xiàn)實(shí)生活是教學(xué)的源泉，是科學(xué)世界的根基，學(xué)生在學(xué)習(xí)概念之前，基于生活經(jīng)驗(yàn)已形成了大量的經(jīng)驗(yàn)性常識，教師要創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)概念本質(zhì)特征的生活情境，利用學(xué)生頭腦中的“經(jīng)驗(yàn)性常識”自主建構(gòu)物理概念。

環(huán)節(jié)二：創(chuàng)設(shè)互動情境，定性探究影響動能大小的因素

教師請一男生上講臺配合實(shí)驗(yàn)：

活動1：教師用手向他拋去一枚塑料玩具子彈，男生很利落地伸手接住，接著教師把子彈裝進(jìn)玩具手槍，然后迅速地做出瞄準(zhǔn)男生的動作，男生本能地顯示出害怕并做出躲避動作，引起全班學(xué)生大笑！

教師問：第二次你為什么不敢用手接，要躲避？

學(xué)生答：第一次速度小，動能小，第二次速度大，動能大，有危險(xiǎn)！

活動2：教師從袋中拿出一個網(wǎng)球，然后向后排的一個男生拋去，并承諾接住了就送給他，那個男生很輕松地接住了。其他學(xué)生有點(diǎn)心理不平衡，叫喊著也想要個網(wǎng)球。這時教師不失時機(jī)地從布袋中又拿出一個球（與網(wǎng)球等大的鐵球），自言自語，網(wǎng)球倒沒有了，這里有個大鐵球。然后做出對著那個叫得最響的學(xué)生拋過去的假動作。只見一排學(xué)生均顯示出害怕與躲避。

教師問：你們?yōu)槭裁礇]有一個敢接這個球？

學(xué)生群答：質(zhì)量大，動能大，太危險(xiǎn)了！

設(shè)計(jì)思路：學(xué)生對動能大小的影響因素是有所了解的，但為了更有效地豐富學(xué)生的感性認(rèn)識，更好地建構(gòu)動能的概念，教師通過創(chuàng)設(shè)互動的對比情境，利用看得見、摸得著的情境，完成從經(jīng)驗(yàn)性常識向物理概念的轉(zhuǎn)變。同時，采用了對比的物理思想方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，使學(xué)生真正地理解動能的實(shí)質(zhì)。

環(huán)節(jié)三：創(chuàng)設(shè)模擬情境，在類比猜想中建構(gòu)動能表達(dá)式

創(chuàng)設(shè)模擬情境：如圖3所示，某物體的質(zhì)量為m，在與運(yùn)動方向相同的恒力F的作用下發(fā)生一段位移，速度由v1增加到v2，試求恒力F所做的功W（用v1、v2表示）。

教師引導(dǎo)：上述（1）式與重力做功和重力勢能變化的關(guān)系式WG=mgh1-mgh2（2）非常相似。通過對比，你有什么發(fā)現(xiàn)？

生1：由（1）式與（2）式比較得出，外力F所做的功等于始末狀態(tài)下 mv2的差值。

生2：兩個式子的左邊均為力所做的功，而功又是能量轉(zhuǎn)化的量度。同時，（2）式右側(cè)為重力勢能的變化（mgh1-mgh2），mgh即為重力勢能的表達(dá)式。與之類比，（1）式右側(cè)也應(yīng)該是一種能量的變化，即 mv2應(yīng)該也是某一類能量。

生3：當(dāng)v1=0時，（1）式變?yōu)?mv2，正好驗(yàn)證了上一節(jié)課的結(jié)論（外力的功與速度的平方成正比）。再聯(lián)想我們剛才的定性探究（質(zhì)量越大，速度越大，動能越大），因此我認(rèn)為 mv2就是動能的表達(dá)式！

設(shè)計(jì)思路：模擬情境是根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需要而創(chuàng)設(shè)的，突出研究問題的主要特征，忽略問題的次要因素，有利于問題的呈現(xiàn)與解決。本環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)的模擬情境目標(biāo)清晰（求力F的功）、適應(yīng)性強(qiáng)（難度適中，適合全體學(xué)生進(jìn)行探究），非常有利于目標(biāo)的達(dá)成。因此，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過類比、猜想、推理的方法建構(gòu)了動能的表達(dá)式，使學(xué)生的科學(xué)思維能力得到了充分的發(fā)展。

環(huán)節(jié)四：創(chuàng)設(shè)實(shí)際情境，演繹推導(dǎo)動能定理

實(shí)際情境1：

如圖4所示，一架噴氣式飛機(jī)質(zhì)量為m，起飛過程中從v1開始滑跑。 當(dāng)經(jīng)過位移l時，速度達(dá)到起飛速度 v2。在此過程中飛機(jī)受到的牽引力為F，平均阻力為f。 試求飛機(jī)受到的合力所做的功（用v1、v2表示）。

實(shí)際情境2：

如圖5所示，一輛質(zhì)量為 m、速度為 v1的汽車，關(guān)閉發(fā)動機(jī)后在水平地面上滑行了距離l后，速度減小至v2，在此過程中汽車受到的平均阻力為f。試求汽車阻力所做的功（用v1、v2表示）。

教師引導(dǎo)學(xué)生分兩個小組進(jìn)行推導(dǎo)，每組由組長把結(jié)果寫在黑板上的表格中，如表1所示。

教師引導(dǎo)：觀察表格中的兩個等式，你會有什么發(fā)現(xiàn)？

生1：兩個等式的右邊均為末動能與初動能的差，左邊均是合力的功。

教師引導(dǎo)：功是能量轉(zhuǎn)化的量度，WG=mgh1-mgh1表明重力做功等于重力勢能的減少量，那么是否會有類似的結(jié)論？

生2：物體所受合力的功等于其動能的變化量。

設(shè)計(jì)思路：本環(huán)節(jié)教師創(chuàng)設(shè)了兩個真實(shí)的情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論探究，并對得出的兩個結(jié)論進(jìn)行科學(xué)、合理的類比推理，最終得出動能定理，完成本節(jié)課的核心任務(wù)。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)歷了分析問題、收集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流等科學(xué)探究過程，發(fā)展了科學(xué)思維，提升了科學(xué)探究能力。

環(huán)節(jié)五：創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情境，拓展深化動能定理

應(yīng)用型情境1：多過程問題中的動能定理應(yīng)用

小球從高出地面2 m處由靜止自由落下，不考慮空氣阻力，落至沙坑表面進(jìn)入沙坑深0.5 m處停止，如圖6所示，設(shè)小球在沙坑中受到的阻力恒定，則小球受到的阻力是其重力的多少倍？

說明：教師可引導(dǎo)學(xué)生先用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行解題，然后用動能定理來解題，讓學(xué)生體驗(yàn)一下動能定理解題的優(yōu)越性，為下一環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備，同時強(qiáng)調(diào)針對多過程問題學(xué)生要有整體的思維，對全過程列方程：mg（H+h）-fh=0。

應(yīng)用型情境2：曲線運(yùn)動中的動能定理應(yīng)用

如圖7所示，一半徑為R的半圓形光滑軌道豎直固定放置，軌道兩端等高，不計(jì)任何摩擦力，一質(zhì)量為m，看作質(zhì)點(diǎn)的小球自軌道端點(diǎn)P由靜止開始滑下，重力加速度大小為g，求小球滑到最低點(diǎn)Q時的速度大小。

應(yīng)用型情境3：變力問題中的動能定理應(yīng)用

上題中，若軌道不光滑，小球在P點(diǎn)由靜止開始滑下，滑到最低點(diǎn)Q時，速度大小變?yōu)?，求小球自P滑到Q的過程中摩擦力所做的功。

說明：教師要在引導(dǎo)中指出，本題中的摩擦力是變力，大小與方向均在變化，用其他方法很難求出，而采用動能定理卻容易多了。

設(shè)計(jì)思路：應(yīng)用型情境是為了特定的規(guī)律應(yīng)用而創(chuàng)設(shè)的，它具有功能單一、目的明確、針對性強(qiáng)的特點(diǎn)。動能定理雖然是由運(yùn)動學(xué)和牛頓運(yùn)動定律推導(dǎo)出來的，但是其適用范圍更廣，因此在學(xué)生基本掌握動能定理的應(yīng)用后，不失時機(jī)地創(chuàng)設(shè)更為豐富的應(yīng)用情境，來幫助學(xué)生深入理解動能定理的內(nèi)涵與外延，讓學(xué)生把動能定理順應(yīng)到自己的知識結(jié)構(gòu)中，初步建構(gòu)能量觀念。

環(huán)節(jié)六：創(chuàng)設(shè)對話情境，理解內(nèi)化動能定理

情境創(chuàng)設(shè)：剛才同學(xué)們均很用心、很順利地解決了上述3個例題，下面請同學(xué)們談?wù)勑牡皿w會。

生1：動能定理與牛頓運(yùn)動定律有時可以解決同一個問題，體現(xiàn)了兩者在解決問題上的等效性。

生2：在解決比較復(fù)雜的問題時，動能定理有很明顯的優(yōu)勢——方便、快捷。

師：能具體說說有哪些優(yōu)越性？

生3：用牛頓運(yùn)動定律解題時，要對過程進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)動分析與受力分析，明確做何種運(yùn)動，還要具體知曉運(yùn)動時間、位移、加速度及速度等，而采用動能定理只需要知曉全程初末兩個狀態(tài)的速度、全程中各個力的功便可列式求解了，省去了很多不必要的中間量的計(jì)算。

生4：針對有些曲線運(yùn)動或變力作用下的運(yùn)動，用牛頓運(yùn)動定律已經(jīng)無法求解了，而用動能定理卻可以，這個優(yōu)越性更大。

師：難道掌握了動能定理，從此牛頓運(yùn)動定律就可以不必用了？用動能定理就可以“獨(dú)步江湖”了嗎？

生5：那也不是，如果問題中還需求一些具體的運(yùn)動量，如時間、加速度時，動能定理也就無能為力了，這時還是要靠牛頓運(yùn)動定律與運(yùn)動學(xué)公式的。

設(shè)計(jì)思路：學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一種新的、更優(yōu)越的規(guī)律或方法來解決先前的問題（包括以后要學(xué)的動量問題）。此時，教師應(yīng)及時地對兩種規(guī)律進(jìn)行必要的辯證分析，引導(dǎo)學(xué)生列舉不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)、適用條件。這樣既可防止學(xué)生盲目、全盤套用新規(guī)律，而丟棄老方法，同時，又能使學(xué)生不會固守舊方法，而不愿意接受新規(guī)律。創(chuàng)設(shè)對比、思辨的對話情境，一方面可以加深對新規(guī)律的理解，另一方面使原有的知識也能更快、更順利地與新知識發(fā)生同化與順應(yīng)作用，共同構(gòu)建學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。

4? ? 情境教學(xué)的反思

本節(jié)課通過六個環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)六個情境讓學(xué)生自主建構(gòu)動能和動能定理，讓學(xué)生在生動、形象的情境中完成知識的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在不知不覺中培養(yǎng)了物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理教學(xué)課堂中，情境教學(xué)將會被廣泛地應(yīng)用，它必將對物理教學(xué)活動產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用：

第一，情境可以有效地刺激學(xué)生，把被動的學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)化為對知識主動接受的過程，讓學(xué)生自主建構(gòu)物理觀念。

第二，情境可以使枯燥乏味的物理知識產(chǎn)生豐富的附著點(diǎn)和切實(shí)的生長點(diǎn)，使物理教學(xué)轉(zhuǎn)化為物理教育，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，落實(shí)立德樹人的育人目標(biāo)。

第三，情境極大地增加了物理學(xué)習(xí)過程的趣味性和直觀性，讓學(xué)生經(jīng)歷運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的過程，并從中積累大量經(jīng)驗(yàn)，提升解決問題的能力。

總之，物理概念與規(guī)律只是核心素養(yǎng)的媒介和手段，知識轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的重要途徑是情境，“情境是溝通學(xué)生生活世界與科學(xué)世界的橋梁、溝通知識與思維的橋梁”[2]。因此，構(gòu)建從豐富的情境中學(xué)習(xí)知識的認(rèn)知路徑，是物理知識通向素養(yǎng)的必然要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[S].北京：人民教育出版，2018：4-5.

[2]余文森.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的課堂教學(xué)[M].上海：上海教育出版社，2017：191-205.

[3]陳利軍.“動能和動能定理”教學(xué)設(shè)計(jì)與反思[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2016，45（10）：30-32.

[4]肖凱龍，張軍朋.創(chuàng)設(shè)多元情境、優(yōu)化概念教學(xué)[J].物理教師，2017，38（11）：5-8.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）