摘? ?要：創(chuàng)設情境進行教學，對培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)具有關鍵作用。在情境化教學中，需先對主題情境進行“情境化—去情境化—再情境化”的拆解，并對應設計“提煉問題—建構(gòu)模型—回歸與遷移新境”的認知活動。以“機械能守恒定律”一課為例，遵循上述情境化教學路徑，詳細說明如何通過情境化教學實現(xiàn)核心素養(yǎng)的落地。

關鍵詞：核心素養(yǎng)；情境化教學；高中物理

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2024）6-0030-5

《普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）》指出：在教學設計和教學實施中要重視情境的創(chuàng)設；創(chuàng)設情境進行教學，對培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)具有關鍵作用［１］。由此可見，情境化教學與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)密不可分，教師可在情境中提出真實問題，培養(yǎng)學生的物理觀念；從情境中抽象出物理模型，為科學思維的形成提供依據(jù)和框架；通過情境收集信息，激發(fā)學生科學探究的興趣；在與社會生活緊密聯(lián)系的主題情境中滲透培養(yǎng)科學態(tài)度與責任。

１? ? 情境化教學的內(nèi)涵

情境化教學是教師在教學過程中有意識地引入或創(chuàng)設一定的情境，把知識轉(zhuǎn)化為與知識產(chǎn)生或具體運用的情境具有相似性結(jié)構(gòu)的組織形式，讓學生參與、體驗類似知識產(chǎn)生或運用過程的情境，學生在情境化教學中主動將知識與實踐聯(lián)系起來。因此，為了真正將培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)貫穿在課堂中，必須設計完整的情境化教學，主要包括三個環(huán)節(jié)，即情境化、去情境化和再情境化?！扒榫郴敝荚趲椭鷮W生形成感性認識，為知識的意義建構(gòu)做好充分準備；“去情境化”是從具體情境中分離概括化的知識，發(fā)展學生的科學思維；“再情境化”是將知識再次回歸情境以及遷移至其他情境，培養(yǎng)學生解決問題的能力［２］。

２? ? 情境化教學現(xiàn)狀

目前，有些教師的做法是在課堂初始創(chuàng)設教學情境，從情境中發(fā)現(xiàn)問題后，開始灌輸物理知識與規(guī)律解決問題，后續(xù)的教學中便棄之不用。在這種做法中，僅僅只是將情境作為激發(fā)學生興趣的工具，忽視了情境對核心素養(yǎng)的培養(yǎng)價值。也有部分教師在一節(jié)課中使用了過多情境，但情境之間沒有邏輯關系，這也失去了情境對于知識建構(gòu)的重要價值。

３? ? 情境化教學路徑

筆者認為，情境化教學應該在一節(jié)課根據(jù)教學目標確定一個主題情境，然后對這一主題情境進行“情境化—去情境化—再情境化”的拆解，學生在真實情境中提煉物理問題，然后對此進行模型建構(gòu)，進行探究活動，得到與之相關的物理規(guī)律或知識，最后回歸情境解釋或解決實際問題，并遷移至其他情境中。因此，在教學設計中，應該根據(jù)這條情境主線設計出對應的教學目標實施手段以及素養(yǎng)目標培養(yǎng)路徑?；趯诵乃仞B(yǎng)的理解以及多年來進行情境化教學設計的實踐，筆者總結(jié)出指向核心素養(yǎng)的情境化教學的一條可行路徑，如圖１所示。

４? ? 情境化教學案例設計思路及案例分析

４．１? ? 設計思路

在“機械能守恒定律”這一節(jié)的教學活動中，通過討論不同運動模型（如自由落體、彈簧振子等）中動能與勢能的變化，提出物理學中的守恒思想，引導學生思考是什么物理量不變，進一步引出機械能這一概念，成為教師不謀而合的選擇。在人教版教材中采用“光滑斜面”“豎直上拋”這些本就經(jīng)過理想化處理的模型進行機械能內(nèi)容的展開。在滬科版教材中節(jié)首圖選擇了海盜船這一真實情境，但在正文中直接提出：在“海盜船”來回擺動的過程中，如果不計空氣阻力和摩擦力，就只有重力做功，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中它們的總和不變，即機械能守恒。如果教師按照教材的這個思路直接開展教學，那么就跳過了“情境化”這一步驟，直接來到了“去情境化”中的模型建構(gòu)上，即使最后“再情境化”，學生已經(jīng)錯過了從真實情境建構(gòu)物理模型這一關鍵步驟。在這樣的教學流程中學生會存在以下問題：為什么不計阻力和摩擦力？既然在海盜船這一真實情境中機械能并不守恒，研究機械能這一物理量是否有意義？帶著這些疑問，學生對于之后的學習就無法將知識內(nèi)容與真實情境聯(lián)系在一起，更不用說對核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

那么，為什么不能直視真實情境中機械能的變化，利用真實情境設計完整的情境化教學，從機械能的“變化”幫助學生建立理想模型中的機械能“守恒”思想呢？筆者根據(jù)這一想法，在“機械能守恒定律”這一課中以“擺錘實驗”作為主題情境，幫助學生在情境中建立機械能概念，從不同情境中提取信息，并對機械能守恒條件提出猜想和理論推導，最后根據(jù)機械能守恒條件，再次回到情境中分析機械能變化的原因，將整個情境貫穿始終，不斷滲透對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。具體教學設計思路如圖２所示。

４．２? ? 案例分析

４．２．１? ? 展示真實情境，提煉物理問題

【小游戲】 最近在視頻網(wǎng)站出現(xiàn)了很多“假視頻”，利用視頻的倒放功能，讓觀眾誤以為是特殊能力或魔術(shù)效果。老師今天給大家看一段視頻，大家猜測一下這個視頻是倒放還是正放。

【播放視頻】 該視頻是一段教材中的“碰鼻”實驗，在該視頻中，由于已經(jīng)進行倒放編輯，因此在視頻中每次籃球的最高點越來越高，但由于籃球擺動的速度較快，需要尋找合適的參照物進行仔細觀察。

生：我覺得好像是倒放。

師：你是如何判斷的？判斷依據(jù)是什么？

生：以這個人的鼻子作為參照點，籃球擺動的最高點不可能越來越高。

師：為什么不會越來越高？

生：因為能量會損失。

師：我們之前學習了動能、重力勢能，是這兩種能量損失了嗎？

生：好像都不是，在這里動能和重力勢能不斷轉(zhuǎn)化，但它們的總和應該會有損失。

師：非常好！在物理學中，我們把動能和勢能統(tǒng)稱為機械能。在這段視頻中，最高點的高度在不斷變高，那么就是機械能在不斷變大，這顯然與我們的生活經(jīng)驗不符。那么，真的沒辦法讓它的最高點變高嗎？

生：有，只要有人在對面推一下就行了。

教師播放視頻，肯定學生的觀點。

教學目標實施手段：利用這一真實情境設計的小游戲引起學生思考，根據(jù)生活經(jīng)驗判斷出視頻的正倒放，然而這樣的生活經(jīng)驗與物理知識有什么關聯(lián)？從這一情境的引入，帶領學生從經(jīng)驗走向物理學概念和規(guī)律，建立起機械能的概念，同時可以根據(jù)最高點這一特殊位置初步判斷機械能的變化。

素養(yǎng)目標培養(yǎng)路徑：學生在觀察擺錘實驗視頻的過程中，通過觀察擺球最高點的變化，培養(yǎng)學生從視頻中收集和獲取信息的能力。在學生說明觀點、分析原因的過程中，通過師生對話發(fā)現(xiàn)，學生很難將生活經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為物理語言表述清楚，因此教師通過問題鏈的設置，幫助學生厘清思路，培養(yǎng)學生的語言表述能力和邏輯推理能力。學生在思考并分析機械能變大可能性的過程中，培養(yǎng)了科學嚴謹、實事求是的科學態(tài)度。

４．２．２? ? 進行模型建構(gòu)，完成去情境化

【播放視頻】 剛才我們已經(jīng)學會采用最高點的位置去觀察視頻是正放還是倒放，接下來再觀察一段嘗試判斷。視頻為一個牛頓擺來回擺動，在視頻拍攝時間段內(nèi)擺動高度幾乎不變。

生：沒辦法判斷了，因為高度好像一直沒有變。

師：同學們覺得這種情況可能嗎？老師這里帶來了一個牛頓擺的模型，請大家仔細觀察最高點的高度是否發(fā)生變化。

生：好像最高點高度基本沒變。

【展示圖片】 一個用細線懸掛的小球在豎直平面內(nèi)左右擺動的頻閃照片，如圖３所示。

師：剛才在視頻中觀察起來可能有些難度，老師這里有一張小球左右擺動的頻閃照片，請問在這個過程中動能、重力勢能、機械能怎么變化？

生：在這個過程中動能與重力勢能來回轉(zhuǎn)換，機械能的大小幾乎不變。

師：同樣都是擺錘運動，剛才出現(xiàn)在視頻中的擺錘運動機械能變小，當有人在對面推一下，機械能變大，但在這張照片中機械能幾乎不變。請問這三種擺錘運動有什么區(qū)別呢？同學們是否可以猜測一下，機械能保持不變或者說機械能守恒的條件是什么？

【小組討論】 對比在三個擺錘實驗中的機械能大小變化的不同情況，猜想并理論推導機械能守恒的條件。

小組討論結(jié)果１：沒有阻力也不受外力時，機械能不變。

教師提示：能量的變化應該和做功息息相關。

小組討論結(jié)果２：沒有外力做功時，機械能不變。

教師提示：那么，應該如何界定外力呢？

小組討論結(jié)果３：只有重力做功時，機械能不變。

【理論推導】 是否可以根據(jù)之前學習的能量變化，理論推導出機械能守恒條件。

根據(jù)動能定理ΔEk=Wｆ合，明確動能的變化與合外力做功的關系。

又根據(jù)ΔEp=-WG，明確重力勢能的變化與重力做功的關系。

綜上，機械能的變化ΔE=ΔEk+ΔEp=Wf合-WG，由此可知，如果只有重力做功，機械能守恒。

教學目標實施手段：學生在觀察擺錘運動的視頻中，已經(jīng)基本掌握了利用最高點作為特殊位置分析擺球運動中機械能的變化，通過展示擺的頻閃照片，從照片中獲取有用信息，判斷該模型中擺動的機械能幾乎不變。擺球在三種情境下分別呈現(xiàn)了變小、變大和不變?nèi)N情況，將這三種情況構(gòu)建為同一種物理模型，分析其能量變化的原因。通過小組交流的方式，引起學生間的思維碰撞，并通過教師提示和理論推導的過程，最終得出機械能守恒的條件。

素養(yǎng)目標培養(yǎng)路徑：從復雜的實際生活到簡單的物理模型，逐步培養(yǎng)學生模型建構(gòu)的能力。同時，反復訓練學生利用視頻或照片呈現(xiàn)的信息，培養(yǎng)基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋的科學探究能力。在小組討論、交流、辯論、理論推導的過程中，不僅加深了對功能關系的認識，也培養(yǎng)了學生質(zhì)疑創(chuàng)新以及邏輯推理的能力。

４．２．３? ? 再次回歸舊境，繼續(xù)遷移新境

【回歸舊境】 三種不同情況下的擺錘最高點變化情況（變低、變高和不變）。

師：剛才我們利用最高點這一特殊位置分析了三種機械能的變化情況，現(xiàn)在請同學們根據(jù)機械能守恒條件，討論并說明這三種情況下機械能變小、變大或幾乎不變的原因。

生：第一種機械能變小是因為有空氣阻力做負功；第二種機械能變大是因為對面有同學推了一下做了正功；而第三種機械能幾乎不變是因為空氣阻力可以忽略不計。

師：非常好！剛才我們分析了三種情況下機械能變化的原因。我們發(fā)現(xiàn)機械能變化的原因都和除重力以外的其他力做功有關，因此從中可以總結(jié)出如果有除重力以外的其他力做功，物體的機械能變化。另外，在第三種情況，雖然現(xiàn)實情況中擺錘運動時一定受到空氣阻力的影響，但只要空氣阻力可忽略不計，我們也可以視作機械能守恒的情況。

【遷移新境１】 蘋果樹上蘋果和樹葉從同一高度無初速下落，二者的落地速度是否一致？

生：樹葉下落會受到空氣阻力，下落的加速度小于重力加速度，而蘋果下落可以視作自由落體運動，由于二者下落的豎直距離一致，根據(jù)勻變速直線運動公式可知，樹葉的落地速度小于蘋果的落地速度。

師：那能不能通過今天學習的機械能知識來解釋呢？

生：樹葉下落時，由于空氣阻力做負功，機械能減??；而蘋果下落時空氣阻力可忽略，因此機械能不變。

師：剛才那位同學只是定性分析，那么應該如何列式表示呢？

生：如果以地面作為零勢能面，樹的高度為ｈ。則初始時樹葉的機械能E初=mgh+0，落地時E末=0+（1/2）mv2，由于機械能變小，因此樹葉的落地速度v<√2gh；而蘋果的機械能幾乎不變，因此蘋果的落地速度v=√2gh。綜上所述，樹葉的落地速度比蘋果的落地速度小。

【遷移新境２】 如圖４所示，某人乘雪橇沿雪坡經(jīng)Ａ點滑至Ｂ點，接著沿水平路面滑至Ｃ點停止，人與雪橇的總質(zhì)量為７０ ｋｇ。表1中記錄了沿坡滑下過程中的有關數(shù)據(jù)，請根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)判斷ＡＢ段雪坡粗糙還是光滑，并說明理由。

師：這里ＡＢ段是否粗糙能不能利用牛頓運動定律進行分析？

生：不可以，因為ＡＢ段是曲線，物體的受力情況一直在變化，分析起來太困難了。

師：那你們有什么好方法嗎？

生：我可以以地面作為零勢能面，分別計算人和雪橇在Ａ點和Ｂ點的機械能大小，發(fā)現(xiàn)在Ｂ點的機械能小于在Ａ點的機械能，說明有除了重力以外其他力做功。而在此過程中，雖然支持力的方向始終在改變，但一直與運動方向垂直，所以不做功，那么機械能變小的原因就是摩擦力做了負功。根據(jù)以上推測，我認為ＡＢ段粗糙。

師：牛頓運動定律和機械能守恒定律分別揭示了運動、相互作用和能量之間的相互關系。如果滿足機械能守恒條件，且只關注初末狀態(tài)以及整個過程中的做功情況，優(yōu)先考慮機械能守恒定律；但如果涉及運功過程中的加速度、時間等細節(jié)，則需要利用牛頓運動定律解決問題。

教學目標實施手段：根據(jù)機械能守恒條件分析說明這三種情境下機械能變化的原因，從對現(xiàn)象的分析過程中不斷加深對功能關系的認識，總結(jié)出機械能變化的原因。通過將分析方法遷移至不同的落體運動情境以及滑雪運動情境，利用機械能的變化情況分析物體的運動情況和受力情況，直觀感受牛頓運動定律與機械能守恒定律解決問題的不同特點。

素養(yǎng)目標培養(yǎng)路徑：通過重新比較與歸納三種情境中機械能的變化原因，結(jié)合機械能守恒定律與實際情境，得出機械能變化的原因。從了解機械能守恒條件的理想性，培養(yǎng)學生嚴謹認真、實事求是的科學態(tài)度。通過對新情境的分析（蘋果與樹葉的下落、滑雪運動等），再次利用機械能的變化情況判斷物體的運動情況和受力情況。

５? ? 情境化教學對核心素養(yǎng)培育的實踐反思

５．１? ? 在主題情境中發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)物理觀念

在物理觀念的素養(yǎng)中，特別強調(diào)應用觀念解決實際問題。究竟何為“觀念”？情境化教學模式始終圍繞情境滲透知識，再用知識解釋情境問題，在這過程中就形成了從知識到觀念的關鍵路徑。物理作為一門與生活息息相關的學科，教師可以利用這一學科優(yōu)勢，在不同主題情境滲透不同的物理觀念，比如可以在“粒子加速器”這一主題情境滲透物質(zhì)觀；在“風力發(fā)電”情境中滲透能量觀等。那么，當學生經(jīng)歷了整個高中階段的學習后，就能夠從物理學視角初步形成關于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等基本認識。

５．２? ? 在去情境化中建構(gòu)模型，提升科學思維

從實際情境抽象為物理模型，是學生基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程。因此，教師在選擇主題情境的時候不應與學生的生活脫節(jié)太大或過于前沿，學生需要基于經(jīng)驗事實，再通過教師的層級遞進式問題，不斷抽絲剝繭，排除多余因素的干擾，才能對實際的復雜情境進行抽象概括。

５．３? ? 在物理模型中理論或?qū)嵺`分析，提高科學探究能力

當對主題情境進行模型建構(gòu)之后，需要對情境中發(fā)現(xiàn)的問題進一步進行探究。學生不應僅憑生活經(jīng)驗對其作出解釋，應該通過理論分析或?qū)嶒炋骄績煞N方式，基于證據(jù)得出結(jié)論，并對情境問題作出解釋。例如，在家庭電路這一主題情境中，學生對此并不陌生，也能簡單繪制出并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)，但由于家庭電路更需要強調(diào)安全性，例如家庭電路中導線應如何選擇？這就需要學生根據(jù)已有的信息（不同導線對電流的承載能力）及證據(jù)（焦耳定律），對家庭用電的導線問題進行理論或?qū)嵺`分析。

５．４? ? 在不同情境中感受物理之美，加強科學態(tài)度與責任

在高中物理教學過程中，要通過知識的學習和科學探究，才能讓學生逐步理解科學的本質(zhì)。因此，在以情境主導的教學活動中，學生在好奇心的驅(qū)動下會自發(fā)地進行學習與探究，才能對科學本質(zhì)有更深的認識。另外，由于物理學科涉及的情境范圍較廣，強調(diào)科學、技術(shù)、社會、環(huán)境的關系，學生在認識科學本質(zhì)的基礎上，逐漸形成對科學、技術(shù)應有的正確態(tài)度和責任感。

參考文獻：

［１］教育部基礎教育課程教材專家工作委員會.普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）解讀［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０２０．

［２］吳喆，何善亮．物理教學的“情境化”“去情境化”與“再情境化”［Ｊ］．物理教師，２０１７，３８（１１）：２１－２５．

［３］譚海蘭，袁勇．基于核心素養(yǎng)的高中物理情境化教學設計——以“高空拋物”情境教學片段為例［Ｊ］．課程教學研究，２０２１（８）：９２－９６．

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）

收稿日期：2023-12-19

作者簡介：倪崢（1992-），女，中學一級教師，主要從事高中物理教學工作。