物理教学中实验情境的创设

    赵生武

    

    [摘? ?要]高中物理课堂教学中，根据学生的现有水平和可发展区，合理创设物理实验情境，可有效帮助学生建立物理概念，形成物理规律，克服认知困难，可以激发学生的探究热情，帮助学生澄清模糊认识、完善认知结构。

    [关键词]实验情境;课堂教学;创设;探究

    [中图分类号]? ? G633.7? ? ? ? [文献标识码]? ? A? ? ? ? [文章编号]? ? 1674-6058（2019）29-0053-02

    建构主义理论指出：学生的知识是在一定的情境下，借助他人的帮助，通过意义建构而获得的。物理知识源于生活，本身也具有“情境化”的特征。物理概念的建立，物理规律的形成是以实验为基础的，物理概念、规律的理解及应用更离不开实验情境。在高中物理课堂教学中，如何创设符合学生认知规律、能够引发学生认知冲突、激发学生学习兴趣，能够让学生获得体验的实验情境，以使学生更加有效地学习物理知识，是物理教师必须思考和探究的问题。笔者结合自己的课堂教学实践，例谈实验情境的创设，以期抛砖引玉。

    一、创设实验情境，建立物理概念，形成物理规律

    物理教师应树立“物理知识来源于实践，物理知识最终回到实践”的教育理念，在教学过程中启发学生从物理情境中抽象出物理概念、物理规律，并引导学生将物理概念、物理规律应用于实践当中。实验情境具有直观性、实践性、真实性和体验性，能够体现物理概念的本质特征，能够引领学生从经验性常识向科学物理概念转变，能够转化模糊的前概念，从而深化对物理概念和物理规律的理解。

    [教学案例1]创设实验情境“橡皮筋做的弹弓让子弹飞”，学习必修1第三章第二节《弹力》。步骤一，用橡皮筋做弹弓，用小纸团做子弹，学生分组体验“让子弹飞”;步骤二，启发学生思考问题：1.子弹为什么能飞？橡皮筋有什么变化？2.每个同学的子弹飞的远近为什么不一样？采用怎样的措施能够使子弹飞得更远？步骤三，引导学生抽象概念，探究物理规律：通过问题1的回答，抽象出弹力的概念、弹性形变的概念及弹力的方向;通过问题2的回答，探究弹簧弹力大小的决定因素：弹簧的劲度系数和弹簧的形变量，定性探究胡克定律。

    [教学案例2]创设实验情境“橡皮筋打手体验疼的感觉”，学习必修2第七章第五节《探究弹性势能的表达式》。步骤一，两个同学为一组，将拉紧的橡皮筋松开打到对方的手上，感受“疼”的感觉;步骤二，启发学生思考问题：1.一个物体能够对外做功，我们就说物体具有能量，拉紧的橡皮筋有能量吗？如何感知能量的大小？2.橡皮筋具有的能量大小由哪些因素决定呢？步骤三，引导学生抽象概括，探究物理规律：通过问题1的回答，抽象出弹性势能的概念：像橡皮筋这样由于发生弹性形变而具有的能量叫作弹性势能;弹性势能的大小通过手疼程度不同来感知;通过问题2的回答，运用控制变量法探究弹性势能大小的决定因素：弹簧劲度系数和弹簧形变量。

    教师引导学生在实验情境中生疑、质疑、解疑，在体验中建构了弹力、弹性势能的概念，探究弹簧弹力大小的决定因素、探究弹性势能大小的决定因素等物理规律。

    二、创设实验情境，克服认知困难，突破教學难点

    通过创设实验情境可以增强学生的感性认识，丰富学生的知识经验，打破学生的思维定式，从而克服认知困难，突破教学难点。

    [教学案例3]创设实验情境“在刻度尺辅助下探究曲线运动轨迹”，学习必修2第五章第一节《曲线运动》。步骤一，两个同学为一组做实验：将刻度尺平放在白纸上，甲同学用手推尺子沿白纸向上做匀速直线运动，乙同学将铅笔尖置于尺子的上边缘左端，手握铅笔沿尺子上边缘向右做匀加速直线运动，白纸上呈现铅笔尖做曲线运动的轨迹;步骤二，启发学生思考问题：铅笔尖的实际运动是什么？同时参与哪两个方向的分运动？分运动有什么性质？步骤三，引导学生澄清概念，总结规律：1.铅笔尖实际的曲线运动是合运动，向上随尺子的匀速直线运动和水平向右的匀加速直线运动是两个分运动，并且两个分运动和合运动具有等时性。2.互成角度的匀速直线运动和匀加速直线运动的合运动是曲线运动。

    通过实验情境，增强学生对学习过程的体验和探究，克服认知困难，跨越了“从直线运动到曲线运动”的思维障碍，实现了原有认知的自我改造和完善。

    三、创设实验情境，引发认知冲突，激发探究热情

    结合学生已有的知识经验通过创设恰当的实验情境，能够有效引发认知冲突，激发探究热情。

    [教学案例4]创设实验情境“手握水杯做水流星”，学习高中物理必修2第五章《曲线运动》第七节《生活中的圆周运动》。

    步骤一，教师随手拿起学生课桌上的盛有半杯水的水杯，手握紧水杯，伸直手臂并在竖直平面内缓慢转动，当水杯上到某一高度时，水从杯口流出，浇洒在教师的身上。

    步骤二，教师重新装上半杯水，快速旋转，即使水杯通过竖直圆周的最高点，也看不到水从杯口流出。

    在教师演示实验的过程中，全体学生聚精会神、全神贯注，都深深地被实验情境感染。当完成步骤二时，学生将响亮的掌声送给了教师。学生对“快速旋转时，水为什么没有流出？”这一问题充满好奇，渴望教师引导他们学习现象背后蕴含的物理知识，期盼及早解开谜底。

    四、创设实验情境，澄清模糊认识，完善认知结构

    受传统教学理念的束缚，高中物理课堂教学依然存在“注重知识传递，忽略知识建构”的现象，学生的学习缺少在实际情境中建构模型、科学推理等过程体验，机械地记忆物理概念和规律，导致对一些物理结论的模糊认识、片面理解[1]。

    [教学案例5]创设实验情境“两物体同轴转动”，辨析匀速圆周运动中角速度是否相等的问题。

    如图所示，质量相等的a、b两小球在光滑的漏斗内侧的不同高度做匀速圆周运动，试比较两小球的角速度、线速度以及漏斗对小球的支持力大小关系。很多学生的解释如下：由于两小球绕同一转轴转动，所以角速度大小相等……教师不必急于否定学生，应该呈现物理情境，在具体的情境下让学生经历思考和体验过程。具体策略如下：

    首先，引导学生分析生活情境：自行车行驶过程中，后轮边缘上一点与小飞轮边缘的另一点角速度有何关系？启发学生注意两个要点：一是两点绕同一转轴转动;二是两点被固定。

    其次，指导学生做实验：将钢笔底端放在水平桌面，手握钢笔顶端使其绕过底端的竖直轴转动。在学生实验的过程中，让学生在钢笔上不同位置选取两质点，分析转动过程中两质点的共同特征：1.两质点被固定在同一物体上;2.两质点绕同一转轴转动;3.两质点转动的角速度相等。

    最后，学生对比具体实验情境，发现图中a、b两小球并未固定，角速度一定相等的结论不成立。

    通过实验情境的体验和对比分析，学生明确了角速度一定相等的条件：固定在一起绕同一转轴转动。

    教师基于学生的元认知创设合理的实验情境，引导学生在实验情境中亲身体验、独立思考、分析概括、反思评价，解决认知困难，完善认知结构，实现了物理概念和物理规律在头脑中的有效提炼和升华。

    [? ?参? ?考? ?文? ?献? ?]

    [1]? 任虎虎.基于核心素养的物理深度教学策略探讨[J].物理之友，2019（1）：23-25.

    [2]? 张月兰，申洁.关注情感体验 提升常态化教学境界：“光的色彩颜色”一课教学设计与实施评析[J].物理教师，2019（2）：48-50.

    （责任编辑 易志毅）