从真实素材到真实情境:教学情境的设计策略——以初中《科学》九年级“能量的转化与守恒”复习为例

葛元钟

(杭州市行知中学，浙江 杭州 310012)

在初中科学的课标里有这样一个观点:“如何让初中生逐步形成用科学的知识、方法和态度解决个人与社会问题的意识,要着力于发展初中生在科学知识与技能、技术、科学、环境、社会,科学探究等方面的认识和能力”．[1]中考命题的趋势在这些年中偏向题目与现实生活和社会实际联系．[2]然而初中科学课堂教学中有关情境的创设还存在着一些急待解决的问题．

1 当前教学中的困惑

1.1 创设情境所需素材不丰富

目前许多教师仅在公开课、展示课上精心准备情境,而在家常课中创设情境的意识还比较欠缺;创设情境所需素材基本来源于教材或自身所见所闻,素材来源和种类都不够丰富．

1.2 创设情境思虑过程不清晰

许多教师在设计教学情境时,经常花费过多时间,导致效率低下,这一现象在公开课、展示课上尤为明显;情境的生成和修改,没有相对固定的生成模式,缺少整体规划与统筹设计,花大力气创设的情境常常仍不如人意．

1.3 创设情境质量指标不明确

创设的情境常常不如人意的一个重要原因是不知道从哪些维度标定情境的质量．有的教师强调情境的真实性;有的教师强调情境的生活化;有的教师强调情境中的知识素材和方法素材．但由于没有整体把握指标,往往顾此失彼．

由于这些情境创设问题,课堂效率通常不能得到有效保证．为了能更快更好地创设符合学生科学学科素养发展要求的情境,可以先从情境的素材选择和加工开始．本文以《科学》教材九年级上册第3章的一堂复习课为例,集合该章第2节“机械能”和第八节“能量的转化与守恒”的真实素材进行加工和深入处理．

2 真实情境的素材来源

素材来源于生活,现实生活的原始材料丰富,但未经整理加工．这些生活中的有用素材可经加工成为教学中的真实情境．学生的亲身经历是教师最先考虑的情境素材,演示实验和学生实验也可以形成很好的参与式教学情境,物理学史上的讨论、经典实验等也常常成为教学情境素材．

2.1 教材中的真实体验

教材中的真实体验可以分为二类,一类是教材中提到的生活场景,另一类是通过演示实验和学生实验构建出来的真实情境．

浙教版《科学》教材九年级上册第3章第2节“机械能”中提到的场景有:游乐园中惊心动魄的云霄飞车、天空中展翅飞翔的小鸟、马路上急驰而过的汽车、饭后悠然行走的人;掷出的铅球、流动的水、被举起的课本、射箭运动员拉弯的弓、网球拍击打的网球;奥运会上撑杆跳高、壮阔的水力发电站,人造卫星、运动场上立定跳远、弹簧控制门、自行车溜下坡．[3]通过这些素材来说明物体的动能和势能．

浙江教育出版社出版的九年级《科学》教材中,第3章第8节“能量的转化与守恒”中提到的场景有:金属汤匙放到热水里、定滑轮、森林火灾、特技跳伞;太阳光照射到绿色植物的叶片上,太阳能转变为空气的动能,太阳能热水器将太阳的光能转变为水的内能,太阳能电池板将太阳的光能转变为电能;以燃料为基础的火力发电厂,青蛙一跃而起的捕食过程,电动机将重物提起,杂技演员沿竹竿下滑等．[3]通过这些素材来说明不同物体之间能量的转化与守恒关系．

教材中还设计了不少实验,真实情境恰好可以基于这些实验来建立,对于激发学生学习兴趣、引发思考有积极作用:图1展示了小钢球碰撞木块的实验;图2实验可以探究影响重力势能的大小的因素;图3则展现了一系列动势能的转化．

图1 小钢球撞木块

图2 小球下落实验

图3 动势能转化的系列实验

除了实验,教材中还给了几个从情境出发的讨论话题:讨论相同速度的汽车和摩托车的动能大小,同一公路对小型客车、大型客车的限制速度不同,摆锤和滚摆上升的高度减小最后停在最低点,机械能的减少;青蛙捕食时消耗的能量、获得的能量,这些能量的来源和去向．这些讨论题是教学中极好的创设情境的素材．

2.2 生活里的亲身经历

从学生的生活经历角度思考,可把情境类别分为以下几种:交通中的科学,主要指学生在出行过程中所见到的现象,并用原理进行解释,如机械运动、刹车、限速、惯性等等;家庭中的科学,主要指学生对家庭现象的解释,如正确合理使用厨房用具和卫生用具,家庭电路、各种用电器等等;校园里的科学,主要指学生在学校观察到的现象的解释,旗杆上的定滑轮、学校里的各种植物、操场上的各种活动中的科学原理等;吃穿中的科学,主要指学生在营养摄入、动植物的各种器官、衣服材料、摩擦、不透明物体的颜色、热传递等方面的理解与解释．

2.3 历史上的场景回放

科学史也是情境创设的优良素材,许多著名科学家的趣事、历史上极具影响力的科学实验,都可以很好地激发学生学习兴趣．如在学习“能量的转化与守恒”这一章节的时候,我们可以着重向学生介绍几位科学家,从科学史的角度提高学生对科学本质的理解．

达·芬奇设计出了“永动机”,并且认为能量可以不断地从永动机里得到．瓦特制造出了第一台有实用价值的蒸汽机,从而实现内能向机械能的转化,推动了西方工业革命．[3]迈尔分析了多种能量的转化和守恒的现象,为能量守恒定律奠定了基础．焦耳在研究热的本质时,发现了热和功之间的转换关系,并由此得到了能量守恒定律．亥姆霍兹在1847年发表了《论力的守恒》,系统、严密地阐述了能量守恒思想,第一次以数学方式提出能量守恒定律．通过对科学史的学习,可以让学生深刻地感受到科学知识在不断地完善,能量转化和守恒定律是众多科学家集体智慧的结晶．

3 真实情境的创设过程

3.1 基于学情组织素材

创设真实情境,首先需要基于学情,了解学生已经掌握的情境、知识、方法及思维发展水平．分析新旧知识之间的关联,分析学生已掌握的研究方法是否能够实现对新知识的探究,分析新的真实情境是否可以承载正确的情感、态度与价值观．

比如在复习第3章内容时,教师应该了解学生已经知道些什么知识,什么方法,熟悉了哪些情境和活动,思考过哪些问题,看过哪些视频．这样才能更好地挑选情境所需的素材．

在第3章的复习课中,有的教师以长征五号火箭上天为素材,有的以汽车中的刹车系统设计和改良为素材,有的以蹦极运动为背景进行情境创设．所有的素材组织都要考虑学情,考虑是否能激发学习兴趣．

3.2 立足素养创设情境

在创设真实情境的过程中不仅要考虑学情,还应立足学科素养．在创设过程中,要考虑情境中是否有真实的、有实际意义问题;解释和探究的过程中是否可以用到本章节包含的知识和所要形成的思维方法．以第三章的一节复习课为例,在学生的复习课中设计了以下几个情境,围绕情境全方位提升学生核心素养．如图4如示．

图4 能量的转化与守恒复习课的情境设计

3.2.1 要创设有问题的情境

机械能的复习一共创设了4个情境,每个情境都有可研究的问题．

情境1:小明和家人跟团坐大巴出去旅游,在高速公路上,大巴车突然刹车失灵,所有人都陷入了恐慌．针对这个情境可提出3个问题:大巴车在高速行驶中有什么能,和前车撞击停下后,能去了哪里?交警依据什么来判断事故前的车速?大巴车从运动到静止,能量发生了什么样的转化?

情境2:以PPT展示高速公路上的一些标志,带领学生一起学习如何在高速公路上安全出行,保证自己的人身安全．如图5所示．针对这个情境讨论4个问题:为什么高速公路上的标志牌要设最高限速和最低限速?为什么要设车距辅助牌?为什么在同样道路上,不同车型的限速不一样?

图5 高速公路上的标志牌

情境3:观看刹车系统的视频,讨论3个问题:刹车系统的原理是什么?刹车距离和刹车系统中哪些结构有关?能否让卡钳将刹车盘一下锁死?并对刹车系统提出设计建议．

情境4:怎样处理在汽车高速行驶时出现的刹车失灵情况．针对此情境,也提出两个问题:如何从能量角度分析高速公路上的汽车从运动到静止?刹车失灵的原因是什么?基于这些问题展开开放性讨论“增加什么装置应对刹车失灵”,进行师生、生生互动．

3.2.2 要创设有知识的情境

创设真实情境的首要要求是基于将要学习的基础知识和技能．[4]吴喆、何善亮老师在文中指出:情境教学应该要包含情境化、去情境化与再情境化．[5]可见,要确保在课堂教学中去情境化后有明显的知识和思维显现的基础上,再来创设情境．

比如问题:前车撞击停下后,动能去了哪里?去掉情境后,可用来复习“做功来量度能量转化的多少”;问题:刹车系统的原理是什么?刹车距离与刹车系统中哪些因素有关?可用来复习能量的转化和守恒定律以及动能大小与什么因素有关的实验问题:刹车失灵的原因是什么?旨在引导“外界对物体做功增加物体内能”这一概念的落实．

3.2.3 要创设有思维的情境

所创设的情境不仅要包含基础知识和技能,还要指向学生思维水平的提高．比如问题:交警依据什么来判断事故前的车速?解决这个问题就是用了转换法的科学思维,交警根据车祸现场车子及物品的损坏程度(即动能转化为其他形式能的多少)来判断车子碰撞前的速度．针对问题:为什么要设最高限速和最低限速?学生们要回答这个问题,就要建立一个刹车的模型,并了解刹车系统中的能量转化,要求不同类型的车子在规定的安全距离内将车子的动能全部转化为其他形式的能．针对问题:对刹车系统提出设计建议．需要学生们有分析、综合、评价的思维,通过这此思维,对现有的刹车系统进行改进．

3.2.4 要创设有意义的情境

养成学生的学科价值观和社会责任感,是真实情境需要做到的,[4]也是真实情境的优势所在．比如鼓励学生提出升级刹车系统的建议,可促使学生追求创新,同时培养合作分享的精神．在课堂教学中展示高速公路上的一些标志,通过学习既能掌握机械能转化的知识,也可以向学生普及基础的高速公路安全驾驶守则,保证自己的人身安全．

3.3 关注体验打磨情境

真实情境应便于学生体验,要便于学生进行实验探究、信息查阅、交流讨论及成果体验．因此,在情境的实施过程要注意以下几点.

3.3.1 注重教学情境渲染

情境不能突兀,需要渲染,渲染符合该情境的氛围,让学生能够身临其境,投入其中．[6]当教师设计好客观情境,实施过程很重要,如果情境渲染得当,可很好地激发学生的学习兴趣．

3.3.2 帮助学生进入情境

真实情境往往有人的要素在内,但是客观情境只是学生作为旁观者听到或者看到,让学生模拟参与其中,能让学生充满热情,兴趣盎然,相当于担当角色、扮演角色．[6]在课堂活动中,教师要着力帮助尽可能多的学生进入情境角色．

4 真实情境的质量指标

要建立情境的评价指标,从多个维度指导教师创设情境,从而提高情境的质量．一般的情境创设要考虑以下几个方面．如表1所示．

表1 情境的评价指标

4.1 从情境内容本身评价

情境的来源要围绕学生的生活,从学生的家庭、学校、阅读的书籍里找到素材,对收集的素材要进行挑选和整合,构成适切、有一定思想的真实情境,并用清晰的语言进行表达．

4.2 从情境使用过程考虑

情境使用指标参照核心素养,从是否能有效提高学生的科学核心素养角度来考虑．情境的创设考虑是否有利于学生形成科学观念、有利于学生进行思考、有利于学生探究、有利于学生形成科学态度．让学生始终对事物对世界保持好奇心,培养学生的实事求是精神、学科价值观和社会责任感．

4.3 从情境使用效果考虑

情境使用效果可以设计这样几个指标:情境中的知识学生是否掌握,情境中的现象学生是否可以解释,情境中的任务学生是否可以完成．好的情境产生可以完成的任务,这些任务可以提高学生学习的参与度,可以在完成任务中养成合作、分享、创新的优秀品质,通过学习可以用知识解释情境内容,解决情境问题．

5 结语

根据生活中的真实素材,创设一些基于学情、立足素养,有问题、有知识、有思维、有意义的情境,可激发学生的学习兴趣,可促进学生的合作探究．在课堂实施中，真实情境还要注意渲染，关注体验，设计一些学生可以扮演的角色，提高学生的参与率.同时建立多个维度的情境评价指标，从而更好地提高学生的科学素养.