物理观念方面的情境创设
笔者结合物理观念的内涵和情境创设的相关理念,针对问卷发现的问题,选取了以下几种情境进行创设:
(一)创设类比情境,帮助学生理解物理概念和规律
物理概念是反映物理现象和过程的本质属性的思维形式。物理概念具有客观性、抽象性的特点。物理规律是物理现象或过程在一定条件下必然发生、发展和变化的反映,是物理概念之间的必然联系。在高中物理教学中,物理概念和规律的讲授通常以教师的讲授法为主。教师在课堂中向学生叙述物理概念和规律的内涵,学生被动接受这些概念和规律。由于概念和规律的抽象性,学生在被动地接受物理概念和规律的文字表述之后,并没有真正理解概念和规律的深层次含义,对概念和规律的理解只是浮于表面。在遇到简单的物理问题时,学生只会套用物理的概念和规律进行解题;而当遇到稍复杂一点的物理问题时,学生无从下手。因此,在进行物理概念和规律的讲授时,教师可以创设类比式情境,帮助学生更感性地理解抽象的物理概念和规律。
类比情境是在课堂中教师根据两个对象的已知相似性,把其中一个对象的特殊属性认识迁移到另一个对象上去,从而推测另一对象可能也具备前一对象的某些属性的情境创设方式。在物理的概念和规律教学中,教师可以创设类比情境,通过类比一些简单的物理现象或者学过的物理知识,帮助学生更好地理解一些深奥的物理概念和规律。例如,在讲授电场强度(E=F/q)定义时,可以创设类比情境,把电场强度类比为风的强度,风中的树叶类比为试探电荷,树叶的受力情况类比为试探电荷的受力,而风中的树叶并不会影响风的强度大小。这样,学生就很容易理解电场中某一点的电场强度与该点是否存在试探电荷无关,某一点电场强度的大小是由电场本身决定的。又如,在讲授电荷守恒定律时,教师可以创设类比情境,类比能量守恒定律。能量守恒定律,即能量既不会凭空消失,也不会凭空产生,它只能从一种形式转为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体。这样,学生就很容易总结、理解电荷守恒定律的含义:电荷既不会创生,也不会消失,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从一个物体的一部分转移到另一部分。在转移的过程中,电荷的总量保持不变。
(二)创设问题情境,加速学生形成系统的物理观念
随着社会科技的进步,学生接触社会、接触自然的机会和途径越来越多,获取物理知识的途径也越来越丰富。高中学生已经具备独立思考的能力,对各种各样的物理现象都有自己的认识和判断,形成感性的物理认识观念,但是这些观念不一定是正确的,有些甚至是错误的。这些片面甚至错误的前概念导致教师在进行正确的物理概念与规律讲授时,在学生大脑中乱成一团,物理的观念体系无法构建。在高中物理课程中,许多物理概念规律都是层层递进、环环相加的,如加速度的概念。高中学生由于课程的压力,掌握的物理概念和规律零散分布,很难将物理的知识点串联起来,形成系统的物理观念。教师可以创设问题情境,来帮助学生构建物理知识的框架,形成系统的物理观念。
问题情境,即问题与情境的复合,将问题蕴含于特定的场合(情境)中,当学生遇到特定的情境时,根据已有的知识或者经验不能做出解释,导致认知的冲突,从而产生困惑,并且产生急于消除这种困惑的一种心理状态。在实际教学中,教师可以创设以下三种问题情境来帮助学生形成系统的物理观念。
1.创设矛盾式问题情境,促进物理概念规律的形成
创设矛盾式问题情境,以学生知识结构、心理规律与物理现象及规律的不一致性为基础创设问题情境,激发学生的探究热情。例如,在自由落体运动的课堂教学中,由于在平时生活中学生很容易就会观察到重的物体比轻的物体下落得更快,因此会得出这样的结论:质量越大的物体下落得越快。这时教师可以创设矛盾式问题情境,将一张纸和一个小球从同一高度释放,学生可以观察到小球比纸先到达地面。教师再将纸团成一个团,继续向学生提问:“如果我将纸团成了一个小团,再将这个纸团和小球从同一高度释放,谁会先落地?”这个时候通过问题引起学生的思考:纸片和纸团有什么不同?难道纸团起来会下落得更快吗?通过这个问题,让学生思考到底谁会先落地?物体下落速度的快慢到底与什么因素有关?接着,教师再进行实验,学生可以发现纸团和小球几乎同时落地,这就与自己先前的认知产生了矛盾。教师再提出问题:“为什么这个现象与我们根据生活经验的判断产生了矛盾呢?”引发学生思考。最后再演示真空中羽毛和金属片同时落地的实验。让学生在前概念与真实实验现象的矛盾中思考,从而否定错误的概念,形成正确的物理概念。
2.创设阶梯式问题情境,构建物理知识的框架
创设阶梯式问题情境,由下到上对物理知识的结构进行安排,在复习和掌握旧知识的基础上对新知识进行学习和理解,发挥旧知识的基础作用,提高对新知识理解和接受的能力,从而逐步构建起更加丰富、全面的知识体系。例如,在复习加速度这个物理概念时,首先根据课程要求一开始所学的水平面上的匀加速直线运动;接着在进行自由落体运动教学时,教师可以先和学生们一起回忆匀加速直线运动的概念,然后提问:“我们之前所学的是在水平方向上的匀加速直线运动,加速度是在水平方向上的。那么如果加速度的方向是在竖直方向上,这又是什么运动呢?”从而引发学生的思考,同时也能够加深学生对于自由落体运动中重力加速的概念的理解。再接着,教师继续改变加速度的方向,提出问题:在物体的运动过程中,物体的加速度一直指向圆心时是什么运动呢?让学生回忆出匀速圆周运动中向心加速的概念。通过一步一步阶梯式的问题,让学生构建加速度概念的框架,了解物体加速度方向的不同会产生不同的运动方式,进而可以帮助学生更好地认识运动的实质,形成物理观念中的运动观。
3.创设变换式情境,加速形成系统的物理观念
创设变换式问题情境,以物理原理或者定律的本质不变性为基础,引导学生探讨分析不同情形、不同条件下物理定律的适用情况,在探讨分析的过程中培养学生的创新思维能力与知识迁移能力,加速形成系统的物理观念。
(三)创设真实社会生活情境,提高学生应用物理知识解决实际问题的能力
物理学科核心素养中物理观念要求学生能够从物理学的角度正确描述和解释自然现象,综合应用所学的物理知识解决实际问题。物理观念的建立并不是单纯地让学生在理解物理概念和规律的基础上形成物质观、运动与相互作用观、能量观等,而是希望学生能够将所学的物理知识应用于生活,解决在现实生活中遇到的一些实际问题。在提高解决实际问题的能力的过程中,能更好地巩固物理概念和规律,促进物理观念的形成。解决实际问题的能力包含理解问题的能力、剖析问题的能力以及运用公式解决问题的能力。理解问题的能力是指学生在遇到实际生活中的问题时,能够理解并分析问题中所传递的信息,找出解决问题的核心是什么。剖析问题的能力是指将实际问题与物理知识相结合,找寻问题中涉及的物理情境、物理问题,以及能够解决的物理规律。运用公式解决问题的能力是指学生能够选取合适的物理公式来对实际问题提出解决方案。为了能够提高学生应用物理知识解决实际问题的能力,教师可以在学生掌握了相关物理知识后,创设真实的社会情境,让学生体验解决实际问题的过程。
例如,在《生活中的圆周运动》这一节的学习中,学生已经对拱形桥和凹形桥上车子的受力情况有了一定的了解,知道了向心力的方向,这时教师可以创设真实社会情境,播放杂技视频《水流星》,或者自制一个水流星的道具,让学生根据之前学过的物理知识分析:为什么水流星的水不会漏出来呢?又如,在《牛顿第一定律》这一节的学习后,教师可以向学生提问:
1.飞机投弹时,如果当目标在飞机的正下方时投下炸弹,能击中目标吗?为什么?
2.我国道路交通安全法规定:在各种小型车辆前排乘坐的人必须系好安全带,为什么?
通过创设真实社会生活情境,让学生运用牛顿第一定律来解释相关的生活现象,提高学生应用物理知识解决物理问题的能力。