基于情境认知理论的新授课教学——以“动量 动量定理”为例

(江苏省南通市白蒲高级中学，江苏 南通 226511)

情境认知理论认为：实践是与学习相关联的，知识的习得是学习个体在设置的情境中动态构建与组织而得的；教师的课堂教学行为应以学习者为主体，教学内容的选择和活动的开展要尽可能地与真实的情境相关联。在新授课的教学中，基于情境认知理论，教师要有意识地将学生身边的常见场景和事物通过结构化处理后引入课堂，在学习者与情境的交互作用中构建知识体系，培养、发展其关键能力。本文以“动量 动量定理”一节课的几个教学片段为例，谈谈情境认知理论在实际教学中的应用。

本节教材是选修3-5中第一章的第二节内容，位于第一节“追寻守恒量”之后。从高考背景看，2018年江苏的考试说明(物理)中明确把“动量定理”作为高考考点，这是近几年中第一次；从知识体系看，将“动量定理”作为教学内容，有助于学生加深对力学处理方法的掌握，构建完善的力学体系；从培养能力方面看，将这部分内容与“功能观点”形成对比，通过比较，明确力在“时间”与“位移”上的积累的不同效果，深刻理解教材所涉及的研究方法——从“一般(变的原因研究)”到“特殊(守恒)”。

1 片段1——创设生活情境，引入新量

考虑到本节内容位于选修系列且高考难度不大，考虑到现行高考模式、课时设置等多重因素，本节教学通过一组问题的引入，意在创设一种轻松、愉快的氛围来尽快抓住学生的思绪，吸引学生的注意力。

演示:请一位学生配合，教师扔出一个粉笔头，提出3个问题：(1) 一颗粉笔头，以5m/s的速度向你飞来，你敢不敢接住它？(2) 换成一个10kg的大铅球，你敢不敢徒手接住它？(3) 你敢站在5m/s的速度运动的火车前面吗？

设计意图：通过师生配合，在“扔—接”的情境中，引入本节课内容，同时以粉笔头这一教室必备的常规物品引入，拉近了学生与物理、物理与生活、学生与课堂的距离，把学生常见的“游离状态”调整为“高度参与状态”。以上3个问题的设计，通过“对比”“放大差异”等手法，让学生明确感知到影响物体对人作用的有两个参量——速度与质量，教师借此顺势提出动量的概念，并明确提出“动量”也是描述物体运动的一个物理量，而且它比速度包含的意义更丰富，它包含了运动物体的特性——质量，也包含了运动状态的特征——运动的快慢和方向。

2 片段2——创设尝试情境，辨析性质

在物理教学中，当我们引入一个新的物理量时，我们总要去辨析它的标、矢量特征，通常的做法是依据动量的表达式P=mv，利用“告诉”的方式说明，因为速度是矢量，故动量也是矢量。这样的处理方式往往会导致学生不理解，产生负迁移等影响。例如，学生会类比迁移在必修2“功”一节中，会问：“功的表达式为W=Fxcosθ，其中力F和位移x均为矢量，那功为什么不是矢量呢？”从而混淆概念，造成负效应。笔者认为，这部分内容可以设置一个问题情境，让学生在试错中发现规律，找出真相。

图1

问题：如图1所示，小物块在水平面上运动，设其x轴方向上的速度为4m/s，y轴方向上的速度为3m/s，物块质量为1kg。试求：(1) 物块在x方向上的动量多大？(2)y方向上的动量多大？(3) 物块的合速度是多少？(4) 物块的实际动量多大？(5) 物块的实际动量与两轴上对应的分动量之间满足什么关系？

设计意图：以上5个问题层层递推，在“分—合”中帮助学生辨析清楚：合动量与分动量遵循的法则是平行四边形定则，从而确认“动量是矢量”这一特质。通过5个问题，让学生在尝试中发现规律，不仅有助于加深对相关知识点的理解，更重要的是培养学生敢于尝试、创新的科学精神。

3 片段3——创设体验情境，定性感悟

问题：(1)在本节课开始时，我们提了一个问题：一个10kg的大铅球以5m/s的速度向你飞来，你敢不敢接住它？很多同学说太重了，接的时候作用力太大了。现在我的问题是：如果允许你增添装备，你为了接住它且不受伤，会怎样处理？学生七嘴八舌，有的说找个箱子，垫上厚厚的海绵；有的说可以穿防弹衣……(2) 为什么要垫上厚厚的海绵？学生一般会说“作用力小了”，教师适时引导学生关注作用时间。(3) 生活中还有哪些类似的现象？

体验情境1：(1) 实验器材：两个生鸡蛋，透明塑料小桶一个，厚海绵一块，毛巾；(2) 第一次演示：将一个生鸡蛋从某一高度释放，落入桶中(实验前，先让学生预估结果)；(3) 在桶内垫上厚海绵，四周用毛巾围起，防止碰撞，第二次将鸡蛋从同一高度处释放(实验前，先让学生预估结果)。

图2

体验情境2：(1) 实验器材：铁架台、两个小铁球(分别系有细线和橡皮筋)；(2) 如图2悬挂小球，先后两次将小球从同一高度处释放，观察现象。注意：为使现象更明显，释放高度应大些。

两次实验操作后，教师适时追问：(1) 同一个实验先后两次操作中，研究对象的初动量和末动量有何关系？(2) 动量改变量有何特点？(3) 如何定性解释相关现象？此时教师应引导学生关注在相同的动量改变量下，作用时间和作用力的特点。

设计意图：(1) 问题串的设计意在与本节课开头的问题形成呼应和延伸，基于生活经验，通过想象，解决问题；(2) 两个体验情境中的小实验是对问题串的实验验证，同时也利用小实验引出“力在时间上的作用效果”和“相同动量改变量下，延长作用时间，减少作用力”；(3) 体验情境的创设，进一步点燃学生的学习热情，对后继相对枯燥的理论推导起调适作用。

4 片段4——创设探究情境，定量推导

图3

探究情境：光滑水平面上，一质量为m的物体，在某一水平恒力的作用下，经过一段时间Δt，速度由v变为v′，如图3所示，请尝试推导F的表达式。

设计意图：(1) 本问题与常见设计的区别在于让学生尝试推导，在常规课堂中，为了节约时间，相关定理的推导一般都是由教师推导完成的，学生只是位于“看”的位置，印象不深，而本设计让学生参与推导，让他们在尝试中加深理解，拓展思维，提升能力；(2) 通过“定性感知”和“定量推导”的相互匹配和强化，进一步感知“力在时间上的效果”的特征，为后面引出“冲量”和从因果关系、数量关系、矢量关系等角度理解动量定理打下基础。

5 结语

从本节课的几个教学片段看，涉及了“生活情境”“尝试情境”“体验情境”“探究情境”等设置。通过生活情境的引入，调节课堂氛围，引起学生的注意，并通过对比、放大差异等方法引导学生思考“是什么原因影响了被测试者的不同反应和行为”；通过尝试情境和探究情境的创设，引导学生带着疑问去开展寻找、探究，让学生的实践贯穿于整个知识探索的过程，在做中发现规律，在教学中不断渗透“实践”的精神；通过体验情境的创设，让学生获得直接的感悟，在“思—辨—找”中发现规律。在整个的教学设计中，精心创设、引入情境，让学生在知识与情境交融中，不断加深理解，提升物理核心素养。