物理情境化教学视角下“超重和失重”教学的综述与启发

2023-05-04古启蒙

物理教学探讨 2023年4期

古启蒙

摘要：新课标颁布以来，高考物理情境化试题明显增多，如何在日常教学中进行有效情境创设越来越受到重视。以“超重和失重”为例，对新课标颁布后2018—2022年间的文献进行整理归纳，以情境化教学设计和情境化实验创新为主要关注点，分三个部分进行综述，并对超重和失重的情境化教学提出一些想法与思考。

关键词：超重和失重；实验；情境化；教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2023）4-0018-3

1 问题的提出

1.1 超重和失重教学情境创设中存在的问题

超重和失重现象的发生条件以及解释涉及牛顿运动定律的相关知识，所以该内容的教学往往安排在牛顿运动定律的后面进行。超重和失重在生活和生产中有不少应用，是体现物理与实际生活相联系的绝佳例子。目前存在的问题是教师在实际教学中创设情境时，容易陷入情境的堆叠中，难以培养学生将实际情境中的问题转化为物理模型的能力，忽视了知识、认知与核心观念的融合，缺乏对学生思维和科学素养提升的思考。

1.2 不同教材中对“超重和失重”的处理方式及问题

不同版本的教材对“超重和失重”的处理方式并不一样。超重和失重现象发生的条件以及解释涉及牛顿运动定律的相关知识，人教版教材（2015年）把该教学内容安排在牛顿运动定律的后面进行，并作为牛顿第二定律应用的一个例子来处理［1］。依据新课标编写的新粤教版、新人教版教材中则是单独编为一节［2-3］。为了突显该内容在育人方面的作用和价值，这样的安排显然让育人的作用地位大为提高。但是，很多老师依然沿用“情境引入—定义讲解—分析归纳—练习”的教学模式，很多学生学完本节内容后还是觉得这就是一个牛顿第二定律的应用而已，领会不到这个教学内容在落实物理核心素养方面的育人价值，也没办法很好地提升模型建构、实验探究等关键能力。

因此，在开展“超重和失重”教学时，应注意以下问题：

（1）如何创设超重和失重教学中的有效情境？

（2）如何改进超重和失重相关实验，使实验的教学以学生为中心，使其过程、结果更加具象化、准确化，促进学生模型建构、实验探究等关键能力的发展？

（3）如何实现超重和失重的实验情境创设由教师演示实验向学生实验转化？

2 研究方法

本研究以CNKI中国学术期刊网络出版总库为数据来源，以“超重和失重”为篇名关键词筛选新课标颁布后2018至2022年间的文献，排除不相关的文献后，共得文献108篇。对文献进行统计分析（表1），发现超重和失重的研究主题主要分为三个方向，分别是“超重和失重的教学设计”“超重和失重的实验改进”“超重和失重的理论分析”，反映出超重和失重的教学难点也应当出现在这三个方向。

3 难点问题分析与启发

3.1 难点问题1：如何创设“超重和失重”教学中的有效情境

在进行超重和失重的教学设计时，研究者大都会从学生熟悉的生活场景进行情境创设，如关于体重计［4］、升降电梯、用橡皮绳和钩码模拟蹦极、纸带提砝码［5］、抛水瓶……这样的情境创设，降低了学生对新知识的恐惧，增加了学生学习的兴趣和热情。

研究者们在真实情境的组织上有三种不同的形式：（1）仅引入课堂时创设情境；（2）在每一环节都创设与超重和失重相关的不同情境；（3）创设一个真实情境并贯穿一节课，在各个教学环节中解决对应的问题，最后综合本节课的所有知识，总结整理该真实情境的发生原理。在创设情境中要思考是不是有效情境，如果只是多个情境进行堆叠，为了情境而创设情境，这样容易分散学生的思维发展，反而忽视了知识和认知的结构化，缺乏对学生思维和科学素养的提升。如《创设教学情境激活课堂思维发展核心素養——以高中物理“超重与失重”教学为例》［6］一文，通过创设表演展现情境、实验演示情境、实例演绎情境、媒体重现情境、语言营造情境、实践体验情境六种方式把认识活动和情感活动结合在一起，学生不自觉地以运营者、问题解决者的定位要求自己，综合运用所学知识解决问题，实现以学生为中心的课堂要求，实现课堂“知识为本”向“素养为本”的转化，很好地进行了有效情境的创设，达到培育学生学科核心素养的目的。

3.2 难点问题2：如何改进“超重和失重”相关实验

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》［7］对超重和失重现象的内容要求为“通过实验认识超重和失重现象”，非常明确地强调要通过实验来认识该知识。实验是人类获得知识、检验知识的一种实践形式。本节课最重要的实验就是超重和失重产生条件的探究实验，人教版教材的实验是在体重计上做下蹲、起立动作，同时观察体重计示数的变化，仪器简单。但在实际教学操作中发现，体重计的指针处于运动状态，示数变化太快，读数非常困难，往往仅能定性观测，无法进行定量研究。

已有不少研究者对实验装置进行了改进，相比于传统的实验装置，大多数改进实验装置结合了现代信息技术，让学生实时、动态、直观地观察到力的变化过程［8-13］。利用数字化实验的改进仪器可以让学生直观认识到下蹲过程是先失重再超重，起立过程是先超重再失重，打破了学生最初“下蹲过程只有超重”的错误认知和思维定式。

综上所述，大多数改进的装置操作简单、现象明显，是适应该阶段学生认知发展水平、适合相应新课标要求开展学生实验的较好选择。

3.3 难点问题3：如何实现“超重和失重”的实验情境创设由教师演示实验向学生实验转化

物理规律的探究需要创设情境，“触景生情”。在物理教学中创设一个好的实验情境，能使学生通过被带入、参与、提出疑问、解决疑问的过程更好地提升学科核心素养。实验情境创设由教师演示实验向学生实验转化，可以很好地解决教师演示实验课堂中學生参与度不高、课堂气氛不够活跃等问题，培养学生核心价值，提升关键能力。

在“超重和失重”实验中，裴超［11］、徐晓飞［14］等老师在实验室现有器材基础上加入DISLAB系统的改进实验，装置取材于实验室，组装简单，现象明显。可以利用这些实验装置以小组合作的方式进行学生实验，是实现教师演示实验向学生实验转化的一种方法。实现“超重和失重”的实验情境创设由教师演示实验向学生实验转化的实践研究还比较欠缺，具备深入研究的价值。

4 总结与启发

4.1 创设有效的情境并设置层层递进的问题链

有效情境创设应来源于生活、生产或真实的物理实验过程，并在每一步情境中都蕴含相应的物理问题，让学生在问题解决过程中推理论证、建构知识、形成物理学科素养。这就要求教师在备课过程中对教材中的每一个知识进行深入研究，了解教情、学情，从学生角度出发，将知识问题化，将问题层次化，形成真实情境中层层递进的问题链，培养学生思考、分析和建构模型的关键能力和科学探究的学科素养。

4.2 充分发挥实验情境教学的作用

实验情境的观察、实验方案的设计、实验装置的搭建、实验过程的探究、实验数据的记录、实验结论的分析、评估和反思，这都是物理实验培育学生核心素养的地方。在教学中，教师可以根据现有实验存在的不足，大胆进行实验改进、创新，使之更有效地利用实验情境教学培养学生的物理关键能力，促进学生“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”等核心素养的培养。

4.3 以创设探究性情境为核心进行实验改进

创设探究性情境，让学生体验未知到新知的探索过程，形成对探究对象的判断以生成新的知识，反思探究过程以发展学习能力。

新课标重视学生实验，提倡根据实验内容和各学校的不同环境，尽量让学生自主探究、自己动手做实验，创设探究性情境，让学生体验未知到新知的探索过程，提倡减少演示实验，变演示实验为边讲边实验或学生小组探究性实验。因此，教师在对实验进行改进时，除考虑实验现象是否明显之外，还需考虑装置是否简易，操作是否简便，器材是否容易获得，为学生创设自主探究性实验情境提供可能，充分发挥实验的育人功能。

参考文献：

［1］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理必修1［M］．北京：人民教育出版社，2015.

［2］熊建文.普通高中教科书物理必修第一册［M］．广州：广东教育出版社，2020.

［3］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019.

［4］周东平.例谈核心素养背景下的物理课堂教学设计——以《超重与失重》为例［J］.湖南中学物理，2018，33（9）：94-96，88.

［5］金晨，马昌芳.核心素养视角下的“超重和失重”教学设计［J］.中学物理，2019，37（11）：53-56.

［6］应俊.创设教学情境激活课堂思维发展核心素养——以高中物理“超重与失重”教学为例［J］.物理教学，2020，42（4）：12-14.

［7］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［8］罗绪凯.“超重、失重”演示仪的创新设计与使用［J］.物理教学探讨，2022，40（3）：47-49.

［9］邱文婷，张军朋，黄威龙.基于滑轮组的超重失重演示仪的改进［J］.实验教学与仪器，2020，37（3）：28-29.

［10］黄文珍.关于“超重与失重”实验的改进［J］.中学物理教学参考，2021，50（15）：55-56.

［11］裴超.利用DIS改进超重与失重实验［J］.物理之友，2021，37（10）：40-41，46.