合理创设教学情境促进物理概念的有效教学

朱建洪

摘要：情境教学理论认为.教学和学习是受情境所驱动的。本文以“惯性”概念教学为例，阐述了物理概念的认知活动应该置于生动丰富的物理情境中，从而促进物理概念的有效教学。

关键词：物理概念；教学情境

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003－6148(2009)10(S)－0029－2

概念是反映事物本质属性的思维形态。物理概念是一类物理现象和物理过程的共同性质和本质特征在人们头脑中的反映，是对物理现象和物理过程的抽象化和概括化的思维形式。

惯性是物理学中最基本的概念之一，是学习运动和力的基础。这个极为普通和平凡的概念曾经引起了许多物理学家的深入思考和剖析，促进了物理学的重大进展，其中蕴涵着深刻的物理思想和丰富的物理学研究方法，是培养学生科学地思考问题的能力的非常有效的素材。

情境是指一个人在进行某种行动时所处的社会环境，是人们的社会行为所产生的具体条件。情境教学理论认为，教学和学习是受情境所驱动的。建构主义教学论认为：知识不能以现成的东西传递给学生，知识必须嵌在具体的、特定的情境之中，必须在具体情境的活动中由学生主动获取。

在物理教学中，使学生形成概念，必须从感觉和经验开始，即生动的直观是形成概念的基础。物理教学情境的创设，驱动着物理概念认知活动的顺利进行。为了实现物理概念的有效教学，物理概念的认知活动应该置于生动丰富的物理情境中。

1、创设多样性教学情境。理解概念外延

多样性教学情境指教学中提供的不同角度、不同方面、多变丰富的教学情境，可以从多角度和多层次激活学生经验，使学生获得不同且多样的学习体验。

问题

在教学中，教师设置的教学情境如果很片面，就会使学生对物理概念的外延掌握得不够完善和全面。例如，惯性是一切物体的固有属性，不论固体、液体、气体都具有惯性。如果只创设小车等固体的情境，当问到学生水和空气是否有惯性，好多学生就答不上来。

对策

在物理概念教学中，我们需要考虑如何使学生在头脑中的片面认识发展成为全面的认识。惯性是某些物体所独有吗?创设多样性教学情境可以回答这个问题。

实验情境1我们要分清楚一只蛋是生的还是熟的，办法之一是使它们旋转后，用手指停住蛋，再立即松开手，熟蛋就此停下，生蛋在松手后又开始旋转。原因是手指短暂接触的是蛋壳，生蛋里面的液体由于惯性会继续转动，当手指移开，蛋壳又重新开始转动，如图1所示。

实验情境2找一个废弃的圆铁盒，如：盛麦乳精或其它营养品的铁筒。在铁筒的底部用剪子剪出一个直径3－4厘米的圆孔，铁筒的另一面用橡皮膜蒙上，并用绳捆紧。朝圆孔处点燃蚊香，使筒内灌满烟。左手拿住铁筒，使其呈水平状态，让右手有节奏地轻拍橡皮膜，便会看到从小孔处喷出一环一环的烟圈，水平匀速向前运动(如图2)。如能从斜侧面用灯光照射，烟圈会看得更清楚。烟圈被挤出铁简后匀速前行，说明以气体状态存在的烟气也有惯性。

视频情境1利用视频慢镜头观察水的惯性，一只装满水的气球，用针将气球膜刺破，用慢镜头观察球膜被刺破的瞬间，由于惯性，水仍然保持原来的球状，如图3所示。

这样类似的多样性教学情境将使“一切物体都具有惯性”结论的得出变得顺理成章。

2、创设冲突性教学情境。引起概念理解的冲突

冲突性教学情境指教学中能让学生产生认知冲突的、互相矛盾的教学情境，从而激发学生作进一步的思考。问题：在概念教学时，如果把概念直接告知学生，学生并不能掌握这个概念。例如：通过惯性教学，学生虽然记住了惯性这一概念，但是他们往往会臆造一个与运动相联系的力，用这个力解释为什么物体在脱离外力后仍然会继续运动。这样的结果将导致虽然学生学习了惯性定律，但他们原来所持有的“运动需要力来维持”这一总的概念框架仍然没有改变。

对策如何让学生摒弃“运动需要力来维持”的错误观点，我们可以创设冲突性教学情境。

情境1用手推粉笔盒在水平桌面上移动，一松手粉笔盒就停下来。

结论1运动需要力来维持。

情境2踢球时，球离开脚，脚对球不施加力了，球还能继续前进。

结论2运动不需要力来维持。

让学生解释上述两个矛盾事件，运动到底要不要力来维持?引起惯性概念理解上的冲突，激发起学生作进一步的思考。

3、创设层次性教学情境。深化概念

层次性教学情境是指在教学过程中设计的由浅入深的教学情境，使学生既感到小步走的循序渐进，又能体会层层递进的挑战性。

问题

没有逐渐深入的情境来引导学生进行科学抽象，学生的认识往往还停留在感性认识的初级阶段。

对策

我们需要根据情境教学的层次性原则，创设情境引导学生深入理解。例如：牛顿第一定律表明，每个物体都具有保持静止或沿一直线作匀速运动状态的属性，这就是惯性。当物体没有外力作用时，静者恒静，动者恒作匀速直线运动，是惯性的表现；当物体受到外力作用时，物体的惯性表现于对外界作用的“抵抗性”。怎样才能深入理解呢?我们可以设置以下层次性情境。

层次1情境小钢球从高度相同的斜面滚到三种粗糙程度不同的平面上，观察球的运动的远近。

层次2情境伽利略的理想实验：当一个球从一个斜面上滚下而又滚上第二个斜面时所到达的高度同它在第一个斜面上滚下时的高度几乎相等。这一高度上的微小差别是因为摩擦而产生的，如果在没有摩擦的情况下，不管第二个斜面的倾斜度多么小，球在第二个斜面上总要到达相同的高度。如果第二个斜面的倾斜度完全消除了，那么球从第一个斜面上滚下来后，将以恒定的速度在无限长的平面上永远不停地运动下去，如图4所示。

怎么从实验角度进一步加深理解呢?我们可以采用气垫导轨来演示。

层次3情境用气垫导轨演示滑块的运动。气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使滑块与轨道之间有一层薄薄的空气，两者不会直接接触，滑块运动时受到的阻力很小。这样，通过精度很高的气垫导轨，就可以更清晰的理解伽利略的理想实验，如图5所示。

4、创设还原性教学情境。巩固概念

还原性教学情境指将概念还原到当时形成概念的相似情境中，通过解决问题来巩固概念。

问题

学生在形成概念的初期，对概念的掌握往往是不巩固、不完全、不深刻的。学习了一个概念，如果只要求学生机械地记忆概念的文字表述，将达不到深入理解的目的。

对策

创设还原性情境。当学生初步形成概念后，必须及时给他们提供运用概念的机会，将抽象的概念“返回”到具体的物理现实中去，使他们在运用概念联系实际或解决具体问题的过程中，加深和巩固对概念的理解和掌握。

例如：汽车在匀速行驶，车上的人竖直向上抛出一只球，最后为什么能落回到人的手中?频闪照片告诉我们，球相对于汽车做竖直上抛运动，如果在小球竖直向上抛出后立即刹车，球落到了汽车的前方，这是因为小球由于惯性将仍然保持着原来水平方向的速度，而汽车做减速运动的结果，如图6所示。

5、创设阶段性情境，完善概念

阶段性情境指概念的完善需要不同阶段的教学情境支持，即阶段性情境。

问题有一列静止的火车，车厢内一光滑桌子上放有一个小球，小球本来是静止的；现在火车开始加速启动，在地面上的人看来，小球并没有运动，但是在火车上的人看来，小球沿着与火车运动方向相反的方向在运动。小球在水平方向上没有受力，怎么会运动呢?

对策注意概念形成的阶段性，采取循序渐进，逐步完善的方法，形成扎实的物理概念。如果刚学惯性概念就把这个问题提出来，并不利于惯性概念的理解。

这其实涉及到参考系问题。将加速运动的火车作为参考系，牛顿第一定律并不成立，这样的参考系叫非惯性系。显然，对惯性系和非惯性系的理解将进一步深入理解惯性是物体本身的性质，而不是力。我们还可以在以下情境中做体会。

情境1找两个瓶子，瓶内盛水，一个小铁球、一个与小铁球体积相同的小塑料球、一根细绳。将它们系好，小铁球在水中下沉，瓶正放，泡沫塑料球在水中上浮，瓶倒放。当瓶突然向前运动时，观察比较球的运动状态。我们会发现小铁球的运动相对瓶来说是向后运动的，而塑料球相对瓶来说是向前运动的。为什么会出现这种截然相反的现象呢，如图7、8所示。学生解释的是否正确呢?

我们还可以创设情境2让学生加以解释：找一个试管或其他瓶子，内装有一些钢珠和相同体积的塑料球。在瓶内装水，在瓶口处固定一绳子，手拿绳子的一端让管子在水平方向旋转起来，一会儿你就发现，钢球与塑料球已分离，钢球在瓶底，而塑料球在瓶口处，如图9所示。