大概念视角下两种物理情境结构探析.pdf

E-mail:.教法学法May.2023中物理教学参考Vo1.52 No.5大概念视角下两种物理情境结构探析李子根（广州市南沙第一中学广东广州511457)文章编号：10 0 2-2 18 X(2023)05-0015-03中图分类号：G632.41文献标识码：B摘要：创设情境对培养学生的物理学科核心素养具有重要的作用。学生学习物理概念、探究物理规律以及应用物理知识解决实际问题都要依赖于物理情境。实践研究表明，在大概念视角下物理情境结构分为两大类：核式结构和链式结构，这两种结构可以指导教师高效创设物理情境，实施情境教学活动。关键词：大概念；物理情境；核式结构；链式结构普通高中物理课程标准（2 0 17 年版2 0 2 0 年修订）指出：创设情境进行教学对培养学生的物理学科核心素养具有关键作用。教学实施过程中，让学生基于物理情境开展学习活动已成为大趋势。这就需要一线教师和教研工作者在生活生产实践中寻找素材，创设大量合适的情境为教学服务。尤其是高中物理，涉及的概念、规律和实验探究比较多。课程内容情境化的前提是要将教学内容有机组织起来，而学科大概念可以实现对大量概念、规律、原理等具体教学内容的统领。因此，在大概念视角下创设物理情境是可行的。基于大概念创设物理情境，首先要明确大概念的层级结构 2 ，如图1所示。哲学纵向向上观点纵向向下跨学科大概念抽象概念迁移应用学科大概念较大概念概念事实、前概念、简单概念图1大概念层级结构根据大概念的层级结构，归纳出物理学科的大概念关系 3 ，如图2 所示。高中物理核心概念物质运动与相互作用功与能量物质存在物质属性运动牛顿运动定律相互作用功能量图2核心素养的发展以情境作为载体，创设的情境是指真实的问题情境，是以问题或任务为中心构成的活动场域。在这个活动场域中围绕大概念组织教学内容，就是把大概念统领下的大量概念、规律、原理等具体教学内容按照一定的逻辑线索组织成由浅人深、由简单到复杂、带有层级的结构化教学素材 4 。基于对大概念以及物理概念的认识，创设物理情境时，就要想办法将以上概念规律融入情境中。一、物理情境核式结构物理情境核式结构是指将多个不同的生活生产实践事例，设计成蕴含物理内容的情境，且指向同一个核心概念。情境结构如图3 所示。*基金项目广州市南沙区教育科学规划2 0 2 2 年度课题“基于大概念理念创设物理情境的策略研究”，课题编号：NSJYKY2021122E-mail:6.教法学法2023年5 月中物理教学参考第5 2 卷第5 期情境4情境1核心概念情境3情境2图3以新粤教版物理必修一第一章的“质点”概念教学为例，为了让学生掌握质点模型，以学生比较熟悉且感兴趣的体育运动为切入点，挖掘我国运动员在奥运会等国际赛场上的精彩比赛素材，创设丰富的物理情境。让学生沉浸在体育运动故事中的同时，判断在什么情况下可以将研究对象理想化为质点。具体情境如下：在东京奥运会赛场上，我国运动健儿奋勇拼搏，为国争光。请思考在以下情境中，研究什么问题时可以将运动员看成质点？情境1苏炳添在百米赛跑半决赛以9.8 3 s破亚洲纪录。情境2张雨霏在游泳赛场上斩获2 金2 银。情境3全红婵10 m跳台满分夺金。情境4王懿律、黄东萍获得羽毛球混合双打冠军。学生分析以上物理情境，结合质点模型的理想化条件，展开想象、思考和讨论。如在研究苏炳添百米运动的时间时，研究张雨霏游泳过程的位移时，研究全红婵跳水轨迹时，研究混双运动员整场比赛到达底线击球次数等，都可以将运动员看成质点。在研究苏炳添摆臂姿势时，研究张雨霏划水动作时，研究全红婵跳水姿势时，研究王懿律、黄东萍发球动作等，均不可将运动员视为质点。在学习加速度概念时，可以选取不同交通工具百公里的加速情况设计问题，帮助学生理解概念。情境创设内容和结构如图4 所示。4.小鹏汽车1.华为汽百公里加速车百公里4.3S加速4.6 8 s加速度3.比亚迪2.高铁百公汉百公里里加速5 8 s加速3.9 s图4以上情境不仅引导学生巩固对加速度求解方法的掌握，还通过高铁以及华为、比亚迪、小鹏等国产品牌电动汽车百公里加速的情况，让学生了解我国的先进技术，由此拓宽学生视野，激发学生对科学技术学习的兴趣。这种核式结构物理情境适用于新课教学，尤其是对新概念的学习。一方面，学生可以在不同情境中判断感知，起到举一反三的作用，加深对概念的理解。另一方面，丰富的生活情境可以激发学生兴趣，调动课堂气氛，利于德育渗透。二、物理情境链式结构物理情境链式结构是指在同一情境中通过不同角度设计问题，考查多个概念、规律等，相当于以情境为链条，将一串问题串联起来。其结构如图5 所示。物理：物理物理物理物理概念1概念2概念3概念4-一情境情境-情境情境-情境-图5以学生比较熟悉的跳高比赛为例，教师可以提出系列问题，将多个概念、规律等要学习的内容包括进来，从而培养学生解决问题的综合能力。物理情境校运会跳高比赛赢得同学们阵阵喝彩！李明作为啦啦队员一边为参赛同学助威，一边思考以下问题，你可以帮忙解答吗？问题1为什么跳高运动员喜欢背越式跳法？问题2研究跳高姿势可否将其看为质点？问题3跳高轨迹最高点速度为零吗？问题4 运动员从地上跳起（未离地的时候）会出现超重现象吗？问题5运动员跳起时动能全都转化为重力势E-mail:（本文编辑：王萍）.教法学法May.2023中物理教学参考Vo1.52 No.5能吗？问题6 路瞪地起跳的过程机械能是否守恒？以上每个问题背后都指向了不同的概念或规律，可以概括为如图6 所示的结构。厂跳高运动问题1:为问题2：研问题3：描问题4：运问题5：运问题6：什么跳高究跳高姿述跳高轨动员从地动员跳起地起跳过运动员喜势可否将迹最高点上跳起（未时动能转程机械能欢背跃式？其看为质速度特点？离地）会超化为重力是否守恒？点？重？势能？重心质点速度超重动能势能能量守恒企企物质观运动相互作用观能量观图6这一系列问题是在物理大概念的框架下创设的，涵盖了物质观、运动与相互作用观以及能量观三个物理学科大概念。正是这种范围广的问题，激发学生多方面、多角度去思考研究生活中的自然现象。学生一旦养成深度思考的习惯，分析问题将会更加全面。学生的物理学科核心素养也就在这个过程中自然而然地形成了。物理情境链式结构由于设计的问题是多方面的，考查的问题灵活多样，适合用于复习课或综合测试。在试题设计过程，我们也可以使用该结构。三、基于大概念的习题设计实例在2 0 2 2 年7 月17 日进行的尤金田径世锦赛男子跳远决赛中，王嘉男凭借最后一跳的8.3 6 m，成为历史上第一位赢得世锦赛男子跳远冠军的亚洲选手。针对王嘉男地跳起到落人沙池过程，下列说法正确的是A.8.36m是指王嘉男跳远总路程B.该过程王嘉男所受重力做功为零C.该过程王嘉男的机械能守恒D.该过程既有超重现象又有失重现象题目立意习近平总书记说过：发展体育事业不仅是实现中国梦的重要内容，还能为中华民族伟大复兴提供凝心聚气的强大精神力量。体育是提高人民健康水平的重要途径，促进人全面发展的重要手段。在课堂中通过体育素材构建物理情境，既解决物理问题，又渗透体育、德育等内容，这是一种有意义的教学尝试。题目特点本题以亚洲首位在世锦赛夺得跳远冠军的案例为素材，带给学生饱满的精神力量和充足的民族自豪感。跳远是一项大家比较熟悉的体育运动，学生容易类比联想到斜抛运动这个物理模型。可从实际情况考虑，空气阻力对跳远成绩有一定影响，不可忽略，因此又不完全等同于斜抛。本题考查的问题在运动观和能量观两个大概念下展开，细化到路程位移的区别、重力做正负功的判断、机械能守恒的判断、超重失重的区别等，要求学生具有扎实的物理功底和较强的知识综合能力。教学启示教学中多关注学生生活环境，多关注社会热点，多关注教育教学动态，不忘初心，立德树人，始终有一种为党育人、为国育才的使命担当。体育活动是一个可以深人开发的物理教学素材宝库。面对物理情境，学生难就难在对新情境的分析，把握不准新情境中对应所学的物理概念和物理模型，不确定用哪个物理规律解决问题。因此，很有必要基于同一情境从多个角度提出问题，引导学生运用物理知识解决实际问题。本题还可以做很多变式训练，逐级增加难度，比如具体到跳远过程有几次超重和失重现象，对跳远过程的能量讨论，还可以与弹簧弹小球等模型进行对比，分析两种情况的区别和联系。另外，跳高、撑竿跳高等体育项目也可以开发为类似的物理情境。总之，不管是核式结构还是链式结构，创设物理情境都是希望在大概念视角下更深人、更全面地把教学内容融人情境。其目的：一是让教师准确高效创设物理情境，在物理教学中融入我国传统文化、先进技术、体育劳动等场景内容，在教学中更好渗透德育。二是让学生在情境中把物理核心概念、规律和模型等“经营”成一片属于自己的“森林”，有效学习，培养物理学科核心素养。参考文献1中华人民共和国教育部.普通高中课程标准 M.北京：人民教育出版社，2 0 2 0：5 2-5 3.2陈克超，冉洁，戴浩.基于课程标准之高中物理大概念解读与建构 J.物理教师，2 0 2 0（9）：11-14.3曹宝龙.用大概念教育促进高中物理观念的形成与发展J.物理教学探讨，2 0 19（1)：1-6,11.4张玉峰。以大概念、大思路、大情境和大问题统领物理单元教学设计J.中学物理，2 0 2 0（5）：2-7.