基于情景化模式的高中物理概念教學(xué)初探

劉華玲

【摘 要】 情景化學(xué)習(xí)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生物理概念的形成、內(nèi)涵、外延的理解和運(yùn)用能力，本文基于情景化模式教學(xué)理論對(duì)高中物理概念及其教學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)高中基本概念的形成過(guò)程運(yùn)用生活情景進(jìn)行模型重構(gòu)，運(yùn)用真實(shí)物理情景還原概念形成過(guò)程，追溯物理形成事實(shí)，巧做小實(shí)驗(yàn)，重視物理概念教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生利用基本概念和物理規(guī)律解決物理問(wèn)題的能力.

【關(guān)鍵詞】 情景模式;概念模型;教學(xué)策略

1 判斷概念模型，重構(gòu)物理概念形成

1.1 生活概念 通過(guò)人的眼睛觀察和親身體驗(yàn)獲取的相關(guān)物理概念.如果一個(gè)物體靜止在桌面上不動(dòng)，用力去推它，它會(huì)運(yùn)動(dòng)，這些生活經(jīng)驗(yàn)誤導(dǎo)學(xué)生若物體向前運(yùn)動(dòng)，則一定會(huì)受到一個(gè)向前作用的力.

1.2 知識(shí)概念 知識(shí)概念是在學(xué)生在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)之前頭腦中對(duì)于該系統(tǒng)中客觀事物已經(jīng)形成的概念規(guī)律、思想方法、邏輯素質(zhì)的綜合[1].

1.3 信息概念 頭腦中固有的信息往往對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)起著負(fù)面的影響，如忽略影響重力的因素認(rèn)為質(zhì)量大的物體一定重.

1.4 技能概念 在處理特定的物理情景時(shí)所具有的基本技能.人教版普通高中物理欄目呈現(xiàn)的次序?yàn)橄葘W(xué)直線運(yùn)動(dòng)、牛頓第二定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.

2 巧設(shè)物理情景，還原概念形成過(guò)程

2.1 借生活概念情景，因勢(shì)利導(dǎo)引入新課

在新課開(kāi)始之前教師復(fù)習(xí)舊知識(shí)并抓住新舊知識(shí)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行啟發(fā)，使新授知識(shí)成為原有知識(shí)的延展，順利實(shí)現(xiàn)知識(shí)的轉(zhuǎn)移銜接和深入.如在引入加速度的概念時(shí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了速度這一概念，因勢(shì)利導(dǎo)導(dǎo)出速度的變化，進(jìn)而設(shè)計(jì)教學(xué)案.

例如 首先通過(guò)數(shù)據(jù)感知，提出問(wèn)題

小型轎車(chē)：速度從0變化到24m/s 歷時(shí)6s公共汽車(chē)速度從0變化到12m/s.

步驟1 誰(shuí)的速度變化快？（相同時(shí)間比較速度變化量）

步驟2 誰(shuí)的速度變化快？（相同的速度變化量比較時(shí)間）

步驟3 根據(jù)表格數(shù)據(jù)，如何比較速度變化的快慢？（抓新舊概念的連結(jié)點(diǎn)）

步驟4 為了描述物體速度的變化，我們引入了新的物理量──加速度，該如何定義呢？（導(dǎo)出新的物理概念） 加速度.

定義 加速度等于速度的改變跟發(fā)生這一改變所用時(shí)間的比值.

效果 學(xué)生在教師預(yù)設(shè)情景的問(wèn)題中循序漸進(jìn)地理解物理概念并構(gòu)建物理概念模型，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理課堂的興趣，把復(fù)雜難懂的物理概念簡(jiǎn)單化.

2.2 抓信息概念負(fù)效應(yīng)，巧用策略變科學(xué)概念

2.2.1 靈活運(yùn)用比較概念

“比較”是物理學(xué)研究中一種常用的思維方法，也是我們經(jīng)常運(yùn)用的一種最基本的教學(xué)方法.這種方法的實(shí)質(zhì)就是辨析物理現(xiàn)象概念、規(guī)律的同中之異和異中之同，以把握其本質(zhì)屬性[2].

學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)質(zhì)量M這個(gè)概念，認(rèn)為質(zhì)量大的物體重力G一定大這一錯(cuò)誤結(jié)論.可以根據(jù)這一情況舉例，同一個(gè)物體放在地球和月球上，質(zhì)量不變而重力減小，從而在具體物理情景中幫助學(xué)生更加明確質(zhì)量M和重力這兩個(gè)概念.

像動(dòng)能和動(dòng)量，功和功率等都可以采取在運(yùn)用中比較的方法使學(xué)生獲得形象直觀的感受，使概念之間的區(qū)別更加鮮明.

2.2.2 還原概念形成過(guò)程

物理概念和規(guī)律是人腦對(duì)物理現(xiàn)象和過(guò)程等感性材料進(jìn)行“科學(xué)抽象”的產(chǎn)物.在“科學(xué)抽象”中通過(guò)分析、綜合、抽象、概括、推理等思維活動(dòng)，突出本質(zhì)，摒棄非本質(zhì)，使學(xué)生形成概念掌握規(guī)律.如：速度V和加速度a的概念形成過(guò)程可以從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：

描述什么-對(duì)應(yīng)物理現(xiàn)象-如何抽象出來(lái)-如何定義.

以上四個(gè)方面涉及建立概念的目的，有關(guān)的典型事物或物理現(xiàn)象思維過(guò)程等.這四個(gè)方面從概念的形成過(guò)程中凸現(xiàn)概念的本質(zhì)，容易幫助學(xué)生搞清不同的地方和類(lèi)似的地方，從而對(duì)新概念重新建構(gòu).

2.2.3 延伸物理概念內(nèi)涵

內(nèi)涵是概念質(zhì)的方面，說(shuō)明概念反映的對(duì)象是什么，外延是概念量的方面，說(shuō)明概念反映的對(duì)象有哪些，概念的內(nèi)涵和外延相互依存，相互制約[2]，延伸物理概念內(nèi)涵對(duì)幫助學(xué)生區(qū)分易混概念有著重要的作用.舉例如下：沖量I和功W兩個(gè)容易相互影響的概念可以按照這樣的步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)：

I=F.t 力對(duì)時(shí)間的累積效應(yīng) 力作用的累積效應(yīng) W=F.s 力對(duì)位移的累積效應(yīng)

推廣 動(dòng)能和動(dòng)能定理，平均速度和瞬時(shí)速度，功和沖量都可以應(yīng)用此策略.

2.2.4 優(yōu)化物理概念結(jié)構(gòu)，著力消除前概念影響

把物理概念分別放在不同或相同的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，比較它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)中的不同位置，不同功能，以及與其它知識(shí)的不同關(guān)系.像庫(kù)侖力和洛侖茲力：首先兩個(gè)概念都屬于電磁學(xué)中的概念，在受力分析中屬于新生力，有著相同的研究對(duì)象，帶電粒子.不同點(diǎn)：研究對(duì)象所處的物理環(huán)境不同，庫(kù)侖力是帶電粒子放在電場(chǎng)中，洛侖茲力是帶電粒子放在磁場(chǎng)中;兩個(gè)力產(chǎn)生的條件也不相同：庫(kù)侖力的適用條件是真空和點(diǎn)電荷.洛侖茲力產(chǎn)生的條件是帶電粒子有速度，而且在垂直于磁場(chǎng)方向上的速度不等于零.

區(qū)分角度 共同點(diǎn)-不同點(diǎn)-聯(lián)結(jié)點(diǎn).

體會(huì) 從教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上鑒于前概念影響因素對(duì)原有問(wèn)題重新設(shè)置，新問(wèn)題的分步驟引導(dǎo)、以及抓準(zhǔn)新舊問(wèn)題的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，優(yōu)化物理知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而使學(xué)生在知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中細(xì)化兩個(gè)概念在結(jié)構(gòu)中的位置和功能以及和其它知識(shí)的不同關(guān)系.速度和加速度，電勢(shì)和電勢(shì)能，功率和功等都適用于此策略.

3 逆剖學(xué)生技能概念， 追溯物理形成事實(shí)

從教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，教學(xué)設(shè)計(jì)者利用演繹推理的方式，逐步探尋實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的各種“支架”和“次支架”，以構(gòu)成從教學(xué)目標(biāo)到教學(xué)條件的框架圖[3].此框架圖包括學(xué)生應(yīng)具備的基本知識(shí)、基本技能和思維方法等.

3.1 從概念產(chǎn)生條件逆向分析，追溯物理原理和物理事實(shí).

在教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生普遍認(rèn)為人走路是滑動(dòng)摩擦力，現(xiàn)在從目前學(xué)生知識(shí)點(diǎn)出發(fā)逆向思維.

例如

步驟1 滑動(dòng)摩擦力需要滿足2個(gè)條件，一個(gè)是相對(duì)滑動(dòng)，看人走路，觀察腳的那一瞬間，腳相對(duì)地來(lái)說(shuō)是不是靜止的.

步驟2 假如滑動(dòng)了，那腳相對(duì)地來(lái)說(shuō)是向哪滑動(dòng)了？注意是哪個(gè)瞬間.

步驟3 人體前移并不是腳相對(duì)地滑動(dòng)，人的上體前移，腳在空中向前移動(dòng)，由此導(dǎo)致腳在接觸地面的那一刻是靜止的，所以人走路時(shí)腳和地面之間產(chǎn)生是靜摩擦而不是滑動(dòng)摩擦

3.2 從概念生成結(jié)果逆向分析，還原物理原理和物理事實(shí)

學(xué)生在對(duì)研究對(duì)象受力分析時(shí)增加向心力，可以從向心力的概念出發(fā)，進(jìn)行如下步驟：

步驟1 說(shuō)出下面勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的物體受到那些力？重力、彈力、拉力 向心力.

步驟2 勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力的概念是什么？勻速圓周運(yùn)動(dòng)中物體受到所有力的合力按照效果命名：向心力.

步驟3 此勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力是哪些力的合力？重力、彈力、繩子的拉力.

步驟4 步驟1中受力分析中出現(xiàn)了向心力，錯(cuò)在哪里？重復(fù)受力.

結(jié)論 向心力不是新生力，使物體受到所有物體的合力.

3.3 展示學(xué)生典型“錯(cuò)解”，小組合作征戰(zhàn)認(rèn)知沖突

學(xué)習(xí)過(guò)程中的典型錯(cuò)解，容易引起共鳴，引發(fā)思維沖突，為實(shí)現(xiàn)學(xué)目標(biāo)提供幫助.

例如 使一小球沿半徑為R的圓形軌道從最低點(diǎn)上升，那么需給它最小速度為多大時(shí)，才能使它達(dá)到軌道的最高點(diǎn)？

步驟1 借助多媒體展示學(xué)生作業(yè)【錯(cuò)解】如圖所示，根據(jù)機(jī)械能守恒，小球在圓形軌道最高點(diǎn)A時(shí)的勢(shì)能等于它在圓形軌道最低點(diǎn)B時(shí)的動(dòng)能（以B點(diǎn)作為零勢(shì)能位置），所以為mg·2R=12mv2B，

步驟2 小組合作討論錯(cuò)解原因小球到達(dá)最高點(diǎn)vB=2gRA時(shí)的速度

vA不能為零，要使小球到達(dá)A點(diǎn)（自然不脫離圓形軌道），則小球在A點(diǎn)的速度滿足mg+Na=mv2AR，當(dāng)NA=0時(shí)，vA最小，vA=gR.小球達(dá)到A點(diǎn)，則小球在A點(diǎn)具有的速度vA≥gR.

步驟3 理清正確方法，以小球?yàn)檠芯繉?duì)象.小球在軌道最高點(diǎn)時(shí)，受重力和軌道給的彈力.小球在圓形軌道最高點(diǎn)A時(shí)滿足方程

mg+NA=mv2AR

（1）根據(jù)機(jī)械能守恒，小球在最低點(diǎn)B時(shí)

12mv2A+mg2R=12mv2B

（2）解得vB=5gR+RmNA

當(dāng)NA=0時(shí)，vB為最小，vB=5gR.

效果 通過(guò)教師恰當(dāng)?shù)剡x擇學(xué)生的“問(wèn)題的生長(zhǎng)點(diǎn)”，設(shè)置科學(xué)的教學(xué)“支架”，適時(shí)為學(xué)生提供幫助，是達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的有效途徑.

3.4 師生自制實(shí)驗(yàn)器材，驗(yàn)證整合物理概念

實(shí)驗(yàn)教學(xué)能培養(yǎng)多種能力，通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力.利用小實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物理規(guī)律，無(wú)疑打破了學(xué)生之前由于物理概念不明確而導(dǎo)致的錯(cuò)選物理方法的基本技能，對(duì)解決物理問(wèn)題所需要的規(guī)律更加清晰明了，能靈活的選取物理方法解決物理問(wèn)題.

3.5 試驗(yàn)器材身邊巧取，物理概念在解構(gòu)中重構(gòu)

例如 在學(xué)習(xí)曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在考試和練習(xí)中經(jīng)常出現(xiàn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度不變.教師可以自制教具，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

器材 塑料杯（一次性透明水杯小鋼球）

操作方法 杯子倒扣在水平桌面上，置入小鋼球，旋轉(zhuǎn)杯子，讓小鋼球在杯子內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).

現(xiàn)象 小鋼球從塑料杯子接觸的某一點(diǎn)沿著直線飛了出來(lái)，接著引出下一個(gè)問(wèn)題，僅和曲線軌跡有一個(gè)交點(diǎn)的直線在數(shù)學(xué)上稱(chēng)為軌跡的切線.

3.6 借物理模型巧做試驗(yàn)，深化物理概念內(nèi)涵

《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)》一節(jié)中學(xué)生不能正確理解圓周運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)物體視重和實(shí)重的關(guān)系，教學(xué)中借助圓周模型和傳感器的結(jié)合，直觀的從數(shù)據(jù)上解釋這兩個(gè)物理概念.

小實(shí)驗(yàn)可以就地取材，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)吸引力強(qiáng)，在較短的時(shí)間內(nèi)拉近學(xué)生與內(nèi)容的距離，通過(guò)真實(shí)的情景為學(xué)生提供鮮活的素材，既可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，又打破課本知識(shí)的禁錮，培養(yǎng)積極探索的創(chuàng)新意識(shí)，提高其思維的靈活性與批判性.

4 重視物理概念教學(xué)，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)

課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主陣地，教師運(yùn)用情景化模式設(shè)計(jì)課堂改變單一被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念以后，及時(shí)訓(xùn)練學(xué)生用物理概念科學(xué)地表述問(wèn)題，讓學(xué)生有更多機(jī)會(huì)運(yùn)用物理概念去分析、判斷簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象，分析解決一些常見(jiàn)的實(shí)際問(wèn)題，并逐步培養(yǎng)學(xué)生用多種方法解決問(wèn)題、分析問(wèn)題的思維方法和思維策略的能力.

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