浅谈基于认知冲突创设物理情境的策略

梁建 潘秀梅

合理有效地创设物理情境是物理教学的重要组成部分，当前的物理情境化教学要求物理教师不能只是照本宣科，而应以教材为依据，充分利用学生的心理和智力水平，设计出符合学生认知需求的物理情境。笔者认为，要想利用认知冲突创设有效的物理情境，一定要抓住学生的认知需要，“投其所好”，常用的策略和方法总结如下：

一、利用生活经验与学习目标的矛盾创设物理情境

物理从生活中来，到生活中去。利用生活经验创设物理情境能够拉近物理课堂与生活的距离，是广大物理教师普遍采用的方法。

案例1.讲授苏科版物理九年级下册《电能表与电功》时，用同学们生活中交电费的经验创设物理情境。

教师出示自己家的电费单。

师：同学们，请帮老师算算老师家这个月的电费。

部分同学讲解回答：电费=电费单价×（本月示数-上月示数）。

教师播放电工抄电表的视频，拉近物理课堂与学生生活的距离，引出电能表的使用。

师：请同学们观察桌面上的电路板，看看电能表有哪些参数。

投影展示电能表的相关参数，由学生说出自己的理解。

通过交电费的生活经验引导学生认识电能表的相关参数，对电能表的知识学习作了牵引铺垫，降低了学习难度，有利于学生保持长时间的学习热情。

二、利用对实验的认知冲突创设物理情境

物理离不开实验，一堂没有实验的物理课不能称之为成功的物理课。利用实验创设物理情境，关键在于要能充分利用学生的认知水平，达到“一石激起千层浪”的效果，让学生投入其中，乐此不返。

案例2.苏科版八年级下册《升力》一节中，“流体流速越大，压强越小”这一结论，学生很容易遗忘，甚至会形成“流体流速越大，压强越大”的错误认识。为了让记忆更持久，笔者采用了如下两个实验：

实验一：取一只装矿泉水的空桶，在桶口放一个纸团，随机抽选十位同学对着桶口吹气，把纸团吹进空桶中。结果没有一个学生能把纸团吹入空桶，而且用的力气越大，越容易让纸团从桶口射出。这与学生已有的认知发生了矛盾，学生对此现象一开始都很疑惑，但很快就有同学根据流体流速与压强的关系给出了正确的解释。

实验二：取一只空的圆形饮料瓶，在瓶子后面点燃一支蜡烛，问学生：隔着瓶子能否吹灭蜡烛，学生表示不清楚。随机抽取一位同学做实验，结果蜡烛被吹灭了。学生已有的认知是空气遇到障碍物会被阻挡，很难继续前进。这个实验直接让学生来解释很困难，需要教师引导分析原理：从嘴里吹出的空气流速大，气压低，大气压大于从嘴里吹出来的气体压强，“压迫”吹出来的气流，使它紧贴瓶身流到瓶子的后面，吹灭蜡烛。为了增强课堂的趣味性，接下来每隔5cm点燃1支蜡烛，比赛看哪位同学能吹灭最多的蜡烛。

案例3.讲授苏科版八年级下册《力与运动》时，学生已有的认识是：力是维持物体运动的原因，物体的运动需要力来维持。为了纠正这一错误认识，笔者采用了如下实验方法：

①从斜面上某一高度自由释放小车，当小车运动到铺设毛巾的水平面后，不断减速，滑行很近的距离S1后停下；

②从斜面上同一高度自由释放小车，当小车运动到铺设木板的水平面后，不断减速，能滑行较远的距离S2后停下；

③从斜面上同一高度自由释放小车，当小车运动到铺设玻璃的水平面后，不断减速，能滑行更远的距离S3后停下；

④如果水平面完全光滑，小车将做匀速直线运动。

三、运用类比冲突创设物理情境

类比法是中学物理常用的情境创设方法，如：电流与水流的类比、内能与机械能的类比等。但有些知识点却不能够简单地类比。

案例4. 苏科版九年级上册《欧姆定律的应用》一课，教材详细探究了如何测量定值电阻的阻值，同学们形成了这样的认识：定值电阻的阻值是固定的，与两端的电压和流过它的电流无关。由此学生会形成这样的错误认识：小灯泡的电阻也是定值的。为了纠正这一错误，笔者运用类比冲突创设物理情境，激起学生新旧知识的矛盾，引导其重新认识小灯泡的电阻。

师：我们知道定值电阻的阻值是固定的，那么小灯泡的电阻是怎样的呢？

生：也是固定不变的，与两端的电压、流过的电流无关。

师：真的是这样的吗？有不同意见吗？

有的同学根据前面学习的小灯泡电阻与温度有关的结论，提出可能是变化的。

师：我们现在通过实验来测量小灯泡的电阻。

通过测量不同亮度时的小灯泡的阻值，学生们最后得出结论：小灯泡的电阻变化与温度有关。

四、利用问题矛盾创设物理情境

利用矛盾冲突解决问题古已有之，如古希腊苏格拉底的问答法，通过问答找出学生认识的缺陷，以子之矛攻子之盾，取得了良好的教学效果。

案例5. 在学习苏科版八年级下册《力与运动关系》一课前，同学们头脑中会有这样的认识：从相同高度自由释放两个物体，重的物体会先落地。对此，笔者采用了如下方法：

师：同学们，从相同高度自由释放两个质量不同的物体，哪个会先落地呢？

生：重的物体会先落地。

师：假如我们把两个质量不同的物体绑在一起，落地情况又会怎样呢？

生A：因为更重了，所以比刚才两种情况落地花的时间更少。

生B：不同意A的看法，绑在一起，下落的时间应该介于单独自由释放重的物体和单独自由释放轻的物体之间。

通过充满矛盾的问答对话，启发学生的思维，通过思辨发现问题，最终得出正确结论。

五、利用函数图像的异同创设情境

运用函数图像解决物理问题是中学物理常用的方法之一，如正比函数、反比函数等。初中生对直观的、可见的事物更感兴趣，如果能利用函数图像的异同点创设物理情境，激发认知冲突，必将起到事半功倍的作用。

案例6. 讲授苏科版八年级下册《密度》时，密度的概念比较抽象，学生不易理解，现行教材改为比值法教学，降低了难度，对密度的学习起到了一定的促进作用，但却忽视了密度与物质的质量、体积之间的相互关系。为了解决这个难点，笔者采用了利用函数图像的异同研究密度与质量、体积的关系的方法。

师：请同学们根据自己的实验数据绘制密度与质量、密度与体积的关系图像。

教师将学生的绘图用实物展示台展示给大家。如图1所示：

师：通过这两幅图我们能得出什么结论呢？

生：同种物质密度相同，与质量多少、体积大小无关。

师：请同学们根据自己的实验数据再绘制同种物质质量与体积的关系图像。

教师将学生的作图用实物展示台展示给大家，如图2所示：

师：请同学们思考，这三幅图像有什么不同？你们得出了什么结论？

生：最后一幅图是过原点的直线，同种物质质量与体积成正比。

利用函数图像的异同创设物理情境，除了可以驱动概念教学，还可以透过异同实现物理规律教学的突破。

案例7. 以苏科版九年级上册《欧姆定律》的教学为例，欧姆定律是欧姆用了十余年时间多次试验得出的定律，而学生只用了二十分钟就完成了实验，学生会对实验结果持怀疑态度，并且很快便将定律遗忘。教师在教学中可以要求学生绘制电流与电压、电阻的函数图像，如图3所示：

学生根据自己画的这两幅图，能够准确得出“电流与电压成正比，与电阻成反比”的结论，从而强化了记忆效果。

六、比较物理模型的异同点创设物理情境

物理学研究常用建立模型的方法来减少次要因素的影响，突出本源问题。如在研究杠杆时，经常使用“轻的杠杆、轻的细绳”这样的说法，为学生研究杠杆的主要特征及杠杆的平衡条件减少了障碍，能突出本源问题的学习。

案例8.在讲授苏科版九年级下册《磁场》时，学生已经在八年级上学期学习过光，并且会建立光的模型。磁场的学习比光的学习更加困难，看不见，摸不着。建立磁场模型可以改变同学们头脑中固有的物质观，磁场也是一种物质。把磁场想象成是由一根根的磁感线组成的，如图4所示：

磁感线是假想出来的曲线，将磁感线和电流类比，它们都是闭合的曲线，串联电路电流处处相等，但磁感线在磁体两级最密集，疏密程度反映了磁场的强弱。磁场模型的建立，很好地解决了接下来要学习的电动机原理和电磁感应现象。

总之，在物理教学中，教师要善于利用学生的认知冲突创设情境，甚至要有意“刁难”学生，激发认知矛盾，为学生的思维训练设置有梯度的障碍，抓住学生的心智发展特点，激趣设疑，这样才能调动学生的学习积极性，帮助学生快速建构新的知识，将旧知识甚至是错误的认识转化为新的、正确的科学知识。在整个课堂教学中，要通过物理情境的创设让学生的心理认知始终处于不满足——满足——不满足的动态发展中，这样才能打造出高效课堂，实现《义务教育物理课程标准》提出的培养学生科学素养的要求。