基于進(jìn)階理論的物理課堂情境教學(xué)實(shí)踐研究

馬永喜

(永昌縣第七中學(xué)，甘肅 永昌 737200)

1 問題的提出

情境通常是指在一定時(shí)間內(nèi)各種情況的相對(duì)或結(jié)合的境況。從物理學(xué)科特點(diǎn)看，情境是運(yùn)用文字、圖表等形式圍繞一定主題加以設(shè)置的，為達(dá)到測評(píng)目標(biāo)而提供的載體[1]。學(xué)生在解答物理問題時(shí)以試題情境為基礎(chǔ)，調(diào)動(dòng)物理知識(shí)和能力進(jìn)行加工和協(xié)調(diào)各種不同的物理知識(shí)和能力，所以，通過學(xué)生的解題可以顯化學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的缺陷，我們通過錯(cuò)解、不同解法來推測學(xué)生可能存在的缺陷，如易錯(cuò)、易混、易忽視的知識(shí)，幫助學(xué)生完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。筆者把北師大版八年級(jí)下冊(cè)浮力這一節(jié)學(xué)完后又上了一節(jié)浮力的習(xí)題課，其中有一道題是讓學(xué)生去分析和判斷浮力大小，部分學(xué)生的回答很值得回味，特拿來做一探討。

題目：有四個(gè)體積相同而材料不同的小球，放入水中靜止后如圖所示，則它們受到浮力的關(guān)系是：F1_____F2_____F3_____F4。.

題目出示的意圖：復(fù)習(xí)過程不可缺少習(xí)題的訓(xùn)練，上這一節(jié)課我們了浮力、浮力的測量、浮力的產(chǎn)生原因、浮力的大小，從完善知識(shí)的角度出發(fā)考慮將浮力這一類問題不不同表現(xiàn)形式在習(xí)題中集中編排出來，有利于學(xué)生體會(huì)不同表現(xiàn)形式下的相同規(guī)律和方法，從不同情境中抽象出相同的模型，進(jìn)而加深對(duì)物理模型的理解。

學(xué)生典型錯(cuò)誤解答摘要：

物體1 的浮力最大，因?yàn)樗瞧〉?，漂浮的物體受重力和浮力，二力平衡，只有浮力大了才能這樣，所以它的浮力最大。物體2 漂的不是很厲害，所以浮力沒有物體1 的浮力大。物體3 和物體4 都是浸沒，所以排開液體的體積相等，所以浮力相等。所以得到答案：

原因分析：當(dāng)然從學(xué)生的回答，我們作為老師能夠判斷學(xué)生的回答是錯(cuò)誤的。但這個(gè)回答代表的是絕大多數(shù)一般學(xué)生的真實(shí)思維過程。為什么她會(huì)這樣想呢？從該學(xué)生的回答我們發(fā)現(xiàn)了以下信息：

第一，學(xué)生通過力的作用效果已經(jīng)明確物體是受重力的，所以物體在重力作用下就會(huì)體現(xiàn)重力的作用效果，受重力的物體是會(huì)向下落的，為什么現(xiàn)在受重力的物體不繼續(xù)下落呢？是因?yàn)橛幸粋€(gè)力平衡了重力，靜止在地面上的物體是地面給予的支持力平衡了重力，那么漂浮在液面上的物體是液體給它施加了浮力使之平衡而靜止。從而判斷出物體1，2，3 受浮力，這說明學(xué)生已經(jīng)可以提煉平衡模型了。

第二，對(duì)于物體1，2，3 所受浮力大小的排序是學(xué)生從日常生活中獲得的，漂浮的物體露出水面部分越多，肯定浮力越大。這說明前概念對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)已經(jīng)有了負(fù)遷移。

第三，對(duì)于物體3，4 浮力大小關(guān)系則是根據(jù)阿基米德原理v排3=v排4,液體又相同，所以浮力相同。

我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生從回答看出學(xué)生由情境學(xué)到的知識(shí)是零散而雜亂的，只是從教師搭建情境中獲取了外界的信息，沒有思考它們之間的聯(lián)系，沒有逐步提煉和升華形成物理觀念，更沒有建構(gòu)起一個(gè)完整的對(duì)浮力知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

2 自己教學(xué)中設(shè)計(jì)進(jìn)階情境的梳理

由于同一知識(shí)點(diǎn)的不同視覺表征同時(shí)呈現(xiàn)和整合可以形成視覺表象，通過它們之間的內(nèi)在聯(lián)系可以使學(xué)生對(duì)物理本質(zhì)把握的更加深刻和全面，所以筆者嘗試根據(jù)課本呈現(xiàn)的順序通過進(jìn)階框架把本節(jié)課主要涉及到浮力的概念、方向、浮力產(chǎn)生原因和浮力的大小進(jìn)行了進(jìn)階式的整合。具體進(jìn)階步驟如下：

進(jìn)階水平1（進(jìn)階起點(diǎn)）：學(xué)生從日常生活中認(rèn)識(shí)到漂浮的物體是受到浮力的，所以學(xué)習(xí)浮力的起始應(yīng)該是通過事實(shí)經(jīng)驗(yàn)明確日常生活中的浮力。在這一步從重力開始：演示乒乓球從手中丟下向下運(yùn)動(dòng)，分析下落原因是受到重力，但是當(dāng)把乒乓球置于水中卻不下落，究其原因是水給它施加的浮力抵消了重力的作用效果，這個(gè)抵消的力就是水施加給物體的浮力。乒乓球受到的重力和浮力是一對(duì)平衡力，所以浮力方向豎直向上。

進(jìn)階水平2：漂在水面上的輕乒乓球受到水給它向上托的浮力那么浸沒在水中重的石頭受不受浮力呢？通過稱重法探究，明確浸沒在水中的石頭也是受浮力的。并且用彈簧測力計(jì)測量了浮力的大小。

進(jìn)階水平3：為什么浸在液體中的物體會(huì)受到浮力呢？演示實(shí)驗(yàn)知道浮力的本質(zhì)是物體受到液體壓力的合力。

進(jìn)階水平4：通過稱重法把物體逐漸浸入水和鹽水中，讓學(xué)生體會(huì)到浮力變化，總結(jié)出浮力與V排和液體密度之間存在因果關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到物體排開液體的體積等于物體浸入液體的體積。

進(jìn)階水平5：實(shí)驗(yàn)探究F浮與G排的關(guān)系，介紹阿基米德原理，引導(dǎo)F浮=ρ液gV排。

3 如何利用情境在新課教學(xué)中來進(jìn)階物理知識(shí)

3.1 以基礎(chǔ)情境為依托，喚醒學(xué)生思維的起點(diǎn)

物理是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，很多物理概念的建立都是以堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)為支撐的。那么在實(shí)際物理教學(xué)中應(yīng)該做哪些實(shí)驗(yàn)、做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)才能從感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上完成概念的建構(gòu)和提煉呢？筆者反思教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)應(yīng)該尋找貼近生活恰當(dāng)?shù)奈矬w情境做基礎(chǔ)性的情境，通過基礎(chǔ)的具體情境問題的體驗(yàn)、分析和歸納實(shí)現(xiàn)知識(shí)和方法的系統(tǒng)進(jìn)階。在以基礎(chǔ)情境為問題依托，設(shè)計(jì)與之相關(guān)的進(jìn)階問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，啟發(fā)學(xué)生思維。伴隨問題的深入和教師的追問，學(xué)生的思維得以逐漸加深和擴(kuò)展。整個(gè)過程中教師將知識(shí)問題化，以問題貫穿學(xué)生知識(shí)獲得全過程，所以要強(qiáng)調(diào)問題設(shè)置的層次性和系統(tǒng)性。

3.2 以“去情境化”的思路促進(jìn)思維的進(jìn)階

知識(shí)并不是一套獨(dú)立于情境之外的符號(hào)，而是存在于具體的、情境性的、可感知的活動(dòng)之中的，是不可能脫離實(shí)際情境而抽象存在的，即知識(shí)是情境化的知識(shí)，一切知識(shí)均來源于情境。在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境能夠更好地幫助學(xué)生理解知識(shí)的來源。而“去情境化”就是將知識(shí)從具體情境中剝離出來，超越情境，推動(dòng)學(xué)生思維從感性知識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，概括性的一般知識(shí)[2]?；诖耍覀円谒x的情境要有思維含量，要有典型性、代表性和探究性。反觀在筆者教學(xué)設(shè)計(jì)的進(jìn)階水平2，我們從漂在水面的乒乓球受浮力過渡到一般浸沒在水中重的石頭的浮力，去掉漂浮的情境，讓學(xué)生建立起一般浮力的模型，探索普適的一般規(guī)律，使認(rèn)知更加全面而系統(tǒng)。從進(jìn)階的角度看，此時(shí)根據(jù)北師大課本的順序引進(jìn)進(jìn)階3 顯得就有點(diǎn)突兀了，打斷了整個(gè)思維的過程，又重頭開始了。此時(shí)應(yīng)該乘勝追擊把進(jìn)階水平4 提前，通過測量石頭浸在液體中的不同情況，通過進(jìn)階的情境來剝離具體的情境，從而總結(jié)出浮力的大小決定于排開液體的體積和液體的密度。整個(gè)過程中通過指導(dǎo)使學(xué)生從情境中抽象概括出合理的科學(xué)的知識(shí)、方法、規(guī)律、概念等，完成教學(xué)的“去情境化”。

3.3 用“再情景化問題”發(fā)展進(jìn)階的思維

遷移創(chuàng)新能力是學(xué)生利用物理核心知識(shí)方法解決陌生和不確定性問題以及探尋新知識(shí)和新方法的能力[3]。我們通過進(jìn)階1，進(jìn)階2，進(jìn)階4 已經(jīng)明確了浮力的概念、浮力的方向，浮力大小的決定因素。下面我們利用進(jìn)階5 來介紹阿基米德原理，通過實(shí)驗(yàn)探究F浮與G排的關(guān)系，介紹阿基米德原理，引導(dǎo)得出F浮=ρ液gV排。通過聚合思維使學(xué)生明確在一定程度上根據(jù)聯(lián)想和經(jīng)驗(yàn)性直覺對(duì)待解決的物理問題進(jìn)行初步估計(jì)和判斷是正確的，使學(xué)生明白了阿基米德原理這一經(jīng)驗(yàn)背后是存在原因的。

修改后的進(jìn)階水平5：

①做阿基米德原理得到F浮=G排

②推到阿基米德原理

③通過推導(dǎo)可知浮力大小決定于ρ液，V排，與前面的實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論是相同的。

順勢提出問題：“為什么浸在液體中的物體會(huì)受到浮力呢？”，此時(shí)進(jìn)行修改后的進(jìn)階3，通過理想模型讓學(xué)生明確物體浸在液體中存在抵消不掉的壓力，壓力的合力即為浮力。完成對(duì)浮力完整而系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

修改后的進(jìn)階水平3：

①從漂浮的乒乓球過渡到漂不起來的乒乓球

②演示實(shí)驗(yàn)明確浮力產(chǎn)生的原因是壓力差

③從壓力的角度更進(jìn)一步理解阿基米德原理

假設(shè)一立方體浸沒于水中，浮力產(chǎn)生的原因是壓力差。

所以，F(xiàn)浮=F下—F上

=p下s下—p上s上=ρ液g h下s下—ρ液g h上s上

=ρ液gs(h下—h上)=ρ液gsL=ρ液gV排

這里揭示出阿基米德原理的本質(zhì)還是壓力差的本質(zhì)。

3.4 整合概念規(guī)律，實(shí)現(xiàn)進(jìn)階的目標(biāo)

學(xué)生通過一系列的情境，知道了物體浸在液體中會(huì)受到浮力，浮力的方向是豎直向上的，浮力的大小決定于ρ液和V排，浮力產(chǎn)生的原因是物體浸在液體中各個(gè)面受到液體施加的液體壓力的合力。在此基礎(chǔ)上，通過專門習(xí)題的討論、交流、質(zhì)疑充分理解了浮力的本質(zhì)。相信經(jīng)過這樣的進(jìn)階學(xué)習(xí)，尤其是經(jīng)過討論后，學(xué)生對(duì)于浮力有了更深刻的理解。

4 結(jié)語

在基于進(jìn)階理論的物理課堂教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在以往的教學(xué)實(shí)踐中的學(xué)情分析，往往都是粗略分析，缺乏對(duì)學(xué)生前概念和能力的具體分析，導(dǎo)致教學(xué)時(shí)不能針對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以基于進(jìn)階理論的物理教學(xué)中首先要厘清物理概念和規(guī)律的宏觀知識(shí)框架，必要時(shí)可以根據(jù)知識(shí)的結(jié)構(gòu)改變教材的上課順序，以兩條主線來進(jìn)行設(shè)計(jì)：一是基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的概念建構(gòu)路徑；二是基于學(xué)科能力發(fā)展進(jìn)行探究性的情境創(chuàng)設(shè)。在設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)，不僅需要考慮教材上的知識(shí)點(diǎn)，還要充分考慮學(xué)生的學(xué)情，設(shè)計(jì)具體明確的教學(xué)目標(biāo)，有利于教學(xué)的操作。