基于核心素养培育的高中物理情境教学课堂实践——以“圆周运动“为例

向昭辉 唐兴华 李钻钻

（厦门实验中学，福建 厦门 361000）

一、情境创设的理论依据

关于情境教学，德国一位学者有过一句精辟的比喻：将15克盐放在你的面前，无论如何你难以下咽。而将15g 的盐加入一碗美味可口的汤中，在享用美食时，15g 的盐早已全部吸收。［1］情境在知识的学习中好比是汤之于盐。盐溶于汤中，才能被吸收；将知识溶于情境中，才容易被学生理解和掌握。情境教学旨在通过创设合适情境，营造真实氛围，以便学生获取直接经验，获得充分感知，深刻领会理论知识，掌握解决问题的方法。物理课堂实践中，教师可通过生活真实情境、实验创设情境、多媒体再现或模拟情境等，充分调动和发挥学生学习的积极性、主动性和创造性，变被动接受为主动学习［2］，让培养学生核心素养落到实处。

二、物理情境的分类

物理情境的创设可分为生活真实情境、实验创设情境、故事学史情境、表演展现情境等类型。

1.生活真实情境

生活真实情境即根据生活经验和常识取材于真实生活中，是学生们可以感知、经历的生活场景。例如，游乐场过山车、摩天轮的运动，自行车车轮、汽车车轮的转动，学生自己利用身边物品列举演示一个轨迹为圆周的运动等，把这一过程录下来观察物体运动的轨迹特点得出圆周运动的定义。

2.实验创设情境

实验创设情境，即通过教师或学生设计实验，激活学生学习兴趣参与学习过程，通过实验显化相关物理知识，从而进行知识的生成。如只能直线行走的“玩具小猪”在细绳的拉力作用下做轨迹为圆周的运动，带着这样的问题进行思考分析得出做圆周运动的条件——向心力；做匀速圆周的“玩具小车”突然减小钩码的个数“玩具小车”做远离圆心的运动，通过现象和受力分析得出离心运动的定义和条件。

3.故事、学史情境

故事、学史情境利用发生在身边或者在物理发展进程中发生的故事作为情境。学生对故事、物理典故充满了兴趣，可通过故事情境对事情真相正确的认知。

4.表演展现情境

表演展现情境即用形式丰富的表演形式让学生对物理知识进行呈现和演绎，在表演中渗透物理知识。例如，洗衣机脱水原理，让学生现场将浸湿的衣服放入手拉湿脱水机中，通过一拉一拉动作使脱水桶快速旋转起来，进而达到脱水效果，脱水原理、离心现象等知识融入其中。

三、物理情境在培育学生核心素养中的应用

1.物理情境中生成物理观念

在常态课教学中，概念和规律的学习中很多老师直接给出定义或规律，没有知识铺垫和思维引导，学生不清楚知识的由来，学习效果差，理解不透彻，在新的情境中不能进行类比、迁移，核心素养的培育未落到实处。在新课标的要求下，物理观念的实践教学中，应创设适宜的情境，让概念和规律在情境中自然生产，学生在情境中学习概念和规律轻而易举。情境在物理观念教学实践中有以下几个方面应用。

（1）在真实情境中激发学生物理学习的主动性

教学实践中，一个好的情境能激活课堂，激发学生的学习兴趣。在多年公开课听课中，一堂成功的物理公开课共同特点：教师创设引起学生兴趣的情境进行新课引入，可以是出乎意料的演示实验，可以是具有震撼力的微视频，可以是像魔术师一样的魔术表演，也可以是能让人思考的问题等等，激活学生的学习欲望，打开思维，积极主动参与课堂学习。

例如，在学习向心力之前，教师让学生将倒扣玻璃罐中乒乓球穿过障碍物（如图1），学生使乒乓球快速在玻璃罐中旋转起来，使乒乓球顺利穿过障碍物，但将玻璃罐换成小口径的玻璃杯却不能将乒乓球转动起来穿越障碍物，激发学生的学习兴趣和思考；离心现象中通过棉花糖制造机现场制作棉花糖（如图2），制好的蓬松棉花糖进行展示（如图3），学生欢呼不止而提问棉花糖的制作原理。

图1

图2

图3

（2）借助物理情境的出物理概念

物理的概念具有抽象性，但学生思维往往从形象、具象化来想象，喜欢从直观的现象中入手进行思考。物理教学实践中就是使抽象知识显性化，学生经历物理知识的得出过程，物理概念、规律的学习就水到渠成。

例如，在向心力概念的学习中，教师拿出小孩子憨态可掬的玩具小猪（如图4），打开开关小猪可匀速直线行走，如何让小猪做圆周运动？通过投屏直播学生的做法：细绳牵引着小猪即做圆周运动，对其受力分析得出绳的拉力即小猪所受合外力，拉力始终指向圆心进而得出做匀速圆周运动的物体需要指向圆心的力的作用，这个力称为向心力。

图4

（3）利用实验情境揭示物理规律

物理规律是高中物理学习的核心内容。而物理规律在传统物理教学中容易以传授式显现或硬塞给学生，学生往往知道结论却不清楚产生过程，尤其是在规律应用中存在思维障碍。让学生参与知识产生过程中来，实验情境是绝佳的载体。

例如，在探究皮带（或齿轮）传动和同轴转动线速度、角速度关系时，可利用自行车传动装置来研究（如图5），通过测量链条连接的大齿轮和小齿轮在相同时间内转过的弧长，实验得出弧长一样即皮带（或齿轮）传动边缘线速度一样、角速度于半径成反比的规律；通过测量同一车轮链条不同位置在相同时间转过的角度，得出同轴转动角速度一样、线速度与半径成正比的规律。

图5

又例如，探究离心运动的条件时，细绳系住玩具小车通过钩码提供做圆周运动的向心力，先让小车按照实现预定好的轨道做匀速圆周运动，突然间断绳子能直观看到小车沿直线运动；减少钩码个数或提高车速，玩具小车脱离原来轨道做远离圆心的离心运动。学生通过实验的观察和条件的分析自然而然得出离心运动的规律。

2.情境教学中启迪科学思维

学生的思维应在课堂教学中得到发展，因此情境显得尤为重要，要让学生学习知识的同时思维与能力得到提升。在思维与能力培养过程中，物理情境重要作用主要体现在以下几个方面：

（1）利用情境构建物理模型

模型思维是学习物理的重要方法，也是解决实际问题的重要能力，问题分析的过程，本质上来讲就是模型建构的过程。［3］

物理情境在模型建构的过程中起到重要的作用。例如，创设钩码通过细绳牵引着玩具小车做匀速圆周运动的实验情境（如图6），受力分析得出细绳的拉力提供玩具小车匀速圆周运动所需的向心力，从而建立F供=F需时物体做圆周运动模型；减少钩码个数从而减小提供的向心力或增大小车速度，从而建立F供＜F需时物体做离心运动；增加钩码个数增大提供的向心力或减小玩具小车的速度，从而建立F供＞F需时物体做近心运动的模型。因此，圆周运动的动力学问题形成完整的知识体系。

图6

（2）在情境教学中激活学生的创新能力

生活中很多创新都是受其他事物的启发而触类旁通，从而激发创新的灵感。在课堂教学中，一方面呈现知识的逻辑过程；一方面也要启发学生质疑创新能力。学生在学习新的知识后利用课堂所学解决实际问题就是一种创新。

例如，在学习了“科学探究：向心力”这节后，回到为什么小口径玻璃杯不能使乒乓球转起来，学生对其受力分析和运动分析得出旋转半径太小、杯壁的支持小使的重力大于摩擦力而掉下来，有什么增大摩擦力？学生想到增大向心力，利用课堂所学可以增大旋转半径，学生勇敢的举手在课堂上表演以身体为旋转中心、伸直手臂为杯子的旋转半径快速旋转起来（如图7），当缓慢将正向拖住的杯子翻转过来乒乓球与玻璃杯一起做圆周运动而不掉下来时，学生的掌声和欢呼声在这一创新应用情境将课堂推向新的高点。

图7

3.实验创设情境培养科学探究能力

在科学探究之前，学生要弄清楚探究的要素可能有哪些，哪些要素会影响物理量的变化并合理对其进行猜想。在情境中对合理的猜想进行正确的指引。

例如，在“科学探究：向心力”之前，学生需猜想向心力的大小与哪些因素有关。为了让学生合理进行猜想，先让学生直观体验向心力。同桌2 人为一组，用一细绳系住的小球穿过塑料细管，一位同学使小球做圆周运动，细绳的另一端系一个绳套勾在一学生手指上，感受绳套给手指力的作用（如图8）。更换质量更大的小球、增大小球运动的角速度和增大旋转半径，通过手指直观感受力的大小变化。于是，影响向心力大小的三个因素——质量、半径和角速度，学生很容易就猜想出来了。接下来学生通过向心力演示仪半定量研究，得出向心力与质量、半径成正比，与角速度的平方成正比。但在与角速度的关系探究时，由于仅有一组数据，不足以形成定量关系，教师在辅以DIS 实验（如图9）进行多组数据的一次关系和二次关系拟合，得出向心力与角速度的平方成正比（如图10）［4］，进而形成科学、严谨的科学探究。

图8

图9

图10

4.借助情境渗透科学态度和社会责任

在核心素养四个要素中，科学态度和社会责任是必备品格。所谓科学态度，既包括勇于战胜困难的决心和毅力，也包括事实就是的科学态度。例如，飞行员需要承受很重的负荷，在电影《无问西东》王力宏饰演的沈光耀，在祖国需要时，克服一切困难挑战身体极限，成功选上飞行员，报效祖国。

物理来源生活，最终要服务于生活，即将所学知识服务于社会的意识和责任感。例如，在学习车辆转弯、过桥时，要培养学生利用所学知识解决生活实际问题，并在现实生活中提出建议：在父母驾驶时，提醒父母过桥或转弯时不要超速行驶。

在物理教学过程中，通过生活情境培养学生刻苦钻研、勇攀科学高峰的精神。［1］例如，新冠肺炎肆虐全球，中国疫情控制得好，保障了人民的生命安全，这离不开中国科研人员的攻坚克难。中国能快速地对新冠病毒基因进行测序，这其中离心机起到了非常关键的作用。未来世界，传染病是影响人类生活的一个重要因素，希望同学们努力学习，为人类的生命健康作出贡献。

四、结语

核心素养的培养是课堂教学的落脚点，提升学生核心素养应是课堂教学的目标。情境教学是物理教学和物理学习的必由之路。课堂教学过程中，教师要注意观察生活，引导学生把生活经验转化为物理知识；巧妙设计实验，学生在实验中体验、感知、思考，唤醒学生学习的兴趣和学习欲望；创设实验情境，让学生合理猜想、实验探究培养学生科学探究能力；知识回归生产、生活，让学生感受知识在科技、生活中的应用，感受社会的发展，从而培育学生的核心素养。