《物理概念教学情境创设方法｜教师备课专用》

1物理概念教学中情境创设的核心价值演讲人物理概念教学中情境创设的核心价值01物理概念教学情境创设的常用实操方法02物理概念教学情境创设的实施原则03目录《物理概念教学情境创设方法｜教师备课专用》作为一名拥有十余年一线教研经验的中学物理教研员，我听过近四百节常态课与公开课，也参与过数百次教师集体备课研讨，最常听到的困惑就是：“我把概念定义念了三遍，公式也推导了，题也刷了，怎么学生还是一考就混？”其实问题的根源并不在学生不用心，而在我们备课时跳过了概念建构的核心环节——从感性具象到理性抽象的转化过程。物理概念本身就是对大量物理现象的抽象概括，学生如果没有经历基于情境的感知、思考、辨析过程，就只能把概念当文字结论死记硬背，自然无法真正掌握。情境创设就是打通感性认识与理性概念之间的关键桥梁，本文我将结合多年实践经验，从情境创设的核心价值、实操方法、实施原则三个维度展开论述，为一线教师备课提供可直接复用的系统方法。01物理概念教学中情境创设的核心价值物理概念教学中情境创设的核心价值要掌握情境创设方法，首先要明确我们为什么要在概念教学中做情境设计，厘清其核心价值才能避免方向偏差。1符合物理概念本身的形成逻辑所有物理概念都不是凭空产生的，都源自人类对具体物理现象的观察、抽象与概括。比如“力”的概念，从原始人对推、拉、提、举动作的感知，到牛顿总结出“力是物体对物体的作用”，经历了数千年从具体到抽象的生成过程。我们的课堂概念教学本质就是浓缩还原这个生成过程，情境创设就是给学生提供和当年科学家类似的感性素材，让学生自己经历抽象概括的过程，而不是直接接受现成结论。2符合中学生的认知发展规律中学生的认知发展整体处于从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，对于抽象程度较高的物理概念，必须依托具体的感性情境才能建立认知。我去年在区域高一抽测中做过统计，学生学完加速度一个月后，仍有62%的学生无法正确区分“速度大”“速度变化大”“速度变化快”三个概念，我访谈过出现错误的学生，绝大多数都能准确背出加速度的定义“加速度是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值，描述速度变化的快慢”，但就是无法对应到具体情境中判断。这就是因为我们备课的时候跳过了情境感知，直接给了抽象定义，学生的认知没有支撑，自然无法内化。3解决当前概念教学的突出痛点当前不少教师备课时存在“重规律应用、轻概念建构”的倾向，把概念教学简化为“读定义、记公式、刷题目”，直接导致两个突出问题：一是学生对相近概念的本质差异辨析不清，比如位移与路程、速度与速率、质量与重量、电势与电势能等高频易错点，反复错反复讲还是错；二是学生无法将物理概念迁移到新情境中解决问题，核心原因就是概念没有真正内化，只是存储了文字符号。而有效的情境创设，刚好可以从根源上解决这两个痛点。明确了情境创设对概念教学的核心意义之后，我们再来看一线教师备课阶段可以直接采用的五类实操方法，每一类方法都经过了课堂实践检验，可根据不同概念的特点灵活选用。02物理概念教学情境创设的常用实操方法1基于日常生活经验的情境创设日常生活中的物理现象是学生最熟悉的感性素材，这类情境获取成本低，学生代入感强，是概念引入阶段最常用的创设方法。1基于日常生活经验的情境创设1.1生活常见现象切入式情境对于贴近生活的概念，可以直接用学生每天都会接触的现象创设情境，引导学生从熟悉的现象中发现抽象的物理本质。比如我听过一节非常精彩的摩擦力公开课，教师备课的时候没有直接讲定义，上课第一句话就问：“我们每天都骑共享单车来上学，有没有同学想过，为什么捏紧刹车闸自行车就能停下来？为什么下雨天刹车后，要比晴天滑出更远的距离才停下？”这两个问题都是学生每天经历的，一下子就抓住了学生的注意力，自然引出摩擦力的影响因素，整节课学生的参与度非常高，课后检测对滑动摩擦力概念的掌握率达到了94%，远高于传统讲授式课堂。这类情境不需要复杂的器材，教师备课时只要结合概念，找到对应学生熟悉的现象即可，门槛很低，适用性很强。1基于日常生活经验的情境创设1.2生活认知冲突式情境学生在学习物理概念之前，已经通过生活经验形成了很多前概念，其中不少前概念是错误的，我们可以利用这种错误认知和实际现象的冲突创设情境，激发学生的探究欲望，纠正错误认知。比如讲惯性概念的时候，大部分学生都有“重的物体惯性大，轻的物体惯性小”的错误前概念，我们就可以创设这样的情境：取一张A4纸，把它揉成紧密的纸团，再拿出一本平摊的物理课本，让学生预测：两个物体从同一高度同时由静止下落，哪个先落地？大部分学生都会说课本先落地，实际做出来却是纸团先落地，这就和学生原有的认知产生了冲突，学生自然会想：为什么更轻的纸团反而先落地？到底惯性和什么有关？这个冲突就为接下来惯性概念的建构打下了很好的基础。2基于实验探究的情境创设物理是一门以实验为基础的学科，实验情境可以给学生提供最直观的感性体验，是建构抽象概念最有效的方法之一。2基于实验探究的情境创设2.1低成本演示实验情境对于很多抽象概念，不需要高端的实验室器材，用生活中常见的物品就能做演示实验，创设直观情境。比如讲向心力概念，我见过很多优秀教师都用同一个演示情境：拿一个空塑料瓶，去掉底部，装半瓶水，用绳子拴住瓶口，然后甩动瓶子做圆锥摆运动，转起来之后水不会从开口的瓶底洒出来，学生看到这个现象都会非常惊讶，自然会产生疑问：“水为什么不会掉下来？是什么力拉住了水和瓶子？”这就很自然地引出了向心力的概念，整个实验成本不超过两块钱，备课的时候准备起来非常方便，效果却比黑板上画十个图都好。2基于实验探究的情境创设2.2学生分组探究情境对于需要定量定义的物理概念，可以让学生通过分组探究自己发现概念的本质，自主完成概念建构。比如讲电阻的概念，传统教学就是直接给出R=U/I的定义式，学生不知道为什么要定义这个物理量。如果我们备课的时候设计分组探究情境，给每组学生准备两个不同的金属导体，让学生分别测量每个导体两端的电压和对应的电流，画出U-I图像，学生自己就会发现：同一个导体的U-I图线是过原点的直线，电压和电流的比值是一个定值，不同导体的比值不同，这个比值刚好反映了导体对电流的阻碍作用，所以我们把这个比值定义为电阻。整个过程学生自己探究，自己得出结论，概念是自己建构的，比教师直接讲授记忆更深刻，理解更透彻。2基于实验探究的情境创设2.3数字化实验情境对于很多微观、抽象的物理概念，传统实验无法直观展示，我们可以利用现在普及的数字化实验系统（DIS）把抽象概念变成可观测、可可视化的情境。比如讲气体压强的微观意义，传统教学只能用“很多小球撞墙”来类比，学生还是没有直观感受。去年省优质课比赛中，一位青年教师用力传感器设计了这样的情境：用不同数量的小钢珠，从不同高度落下来撞击力传感器的探头，直接在屏幕上显示出对应的力的大小，学生可以直观看到：相同高度下落，钢珠越多，也就是撞击越频繁，平均作用力越大；相同数量的钢珠，下落高度越高，也就是速度越大，平均作用力越大。这个直观的实验结果，刚好对应气体压强的两个微观影响因素：分子平均动能和分子数密度，学生一下子就理解了微观的气体压强概念，这个课最后拿到了省一等奖，核心亮点就是这个情境设计。3基于层级问题链的情境创设概念建构是一个循序渐进的过程，我们可以通过设计层层递进的问题链，把概念建构拆解成一个个阶梯式的问题情境，引导学生一步步深入，最终完成概念建构。3基于层级问题链的情境创设3.1铺垫型问题情境：引入概念的生长点铺垫型问题情境的作用是激活学生原有的认知，找到新概念的生长点，为引入概念做好准备。比如讲位移概念，我们可以先设计这样的铺垫问题：“从学校校门到我们的教学楼教室，有两条路线，一条走主路绕操场，长度800米，一条走侧门爬楼梯，长度400米，走两条路的路程不同，但是什么东西是一样的？”学生很容易就会想到：起点和终点是一样的，位置变化是一样的，这个时候我们再引出位移就是描述位置变化的物理量，就非常自然。3基于层级问题链的情境创设3.2递进型问题情境：深化概念的内涵引入概念之后，通过递进的问题一步步深化概念的内涵，完善学生的认知。还是位移概念，引入之后我们可以继续设计问题：“如果我从校门出发，绕校园走一圈又回到校门，整个过程的路程是多少，位移是多少？”“位移不仅有大小，还有方向，那我们怎么用数学方法表示位移？”“如果是做曲线运动，从A点到B点的位移怎么表示？”通过这一个个递进的问题，学生对位移概念的理解就从“描述位置变化”一步步深化，完整掌握了位移的矢量性、表示方法等核心内涵。3基于层级问题链的情境创设3.3对比型问题情境：辨析概念的差异对于相近易混的概念，我们可以设计对比型问题情境，让学生在对比中辨析清楚不同概念的本质差异。还是之前说的加速度和速度，我们可以设计这样的对比问题：“高速匀速行驶的高铁，速度是300km/h，它的加速度是多少？”“汽车刚起步的时候，速度只有10km/h，它的加速度可以达到2m/s²，那你说速度大的物体加速度一定大吗？速度变化大的加速度一定大吗？”通过这两个对比问题，学生一下子就把三个相似的概念区分开了，我每次备课讲加速度都会设计这个对比问题，学生的错误率能下降一半以上。4基于物理学史的情境创设物理学史记录了物理概念生成发展的整个过程，把这个过程设计成情境，可以让学生理解概念的来龙去脉，深化对概念本质的理解。4基于物理学史的情境创设4.1还原概念生成的完整过程很多概念的生成经历了漫长的过程，我们把这个过程还原出来，可以让学生感受到科学概念生成的不易，也能更深刻地理解概念的本质。比如讲引力常量G，很多教师只说“G是卡文迪许测量出来的”，学生没有太深的感受。如果我们还原这个过程：牛顿在1687年提出了万有引力定律，但是一百多年里都没有人能测出引力常量G，因为两个普通物体之间的引力太小了，根本测不出来，后来卡文迪许发明了扭秤装置，利用光的反射把微小的形变放大，才第一次测出了G的值，这个过程还原之后，学生不仅记住了G是谁测的，更理解了引力常量非常小这个核心特点，记忆就深刻多了。4基于物理学史的情境创设4.2利用历史错误认知引发思考物理学史上很多错误观点，其实和学生的前概念是一致的，我们可以用这些历史错误创设情境，引导学生像科学家一样纠正错误，建立正确概念。比如亚里士多德提出“力是维持物体运动的原因”，这个观点其实和学生的前认知完全一致，学生都觉得“推物体就动，不推就停，所以力是维持运动的原因”，我们就可以创设情境：“两千多年前，亚里士多德观察到推箱子的现象，得出了力是维持物体运动的原因的结论，这个结论统治了人类两千年，那这个结论到底对不对？如果没有力给箱子，箱子为什么会停下来？”引导学生思考摩擦力的存在，一步步得出正确结论，学生对牛顿第一定律的理解就深刻多了。5基于现代科技前沿的情境创设新课标要求物理教学要联系科技发展，培养学生的科学态度与责任，我们可以结合现代科技前沿创设情境，既提升学生的兴趣，也落实核心素养。比如讲天体运动的线速度角速度概念，我们可以结合神舟十六号与空间站对接的情境，讲对接过程中怎么调整两个飞行器的线速度和角速度，才能实现精准对接；讲动量定理，我们可以结合航母舰载机弹射起飞的情境，让学生计算弹射系统需要给舰载机多大的平均作用力，这些情境都紧扣现代科技，学生感兴趣，也能培养学生应用物理概念解决实际问题的能力。以上五类创设方法覆盖了绝大多数中学物理概念的备课需求，但在实际设计中，不少教师容易陷入“为情境而情境”的误区，因此我们需要明确情境创设必须遵循的四项基本原则，保证情境设计服务于概念建构的核心目标。03物理概念教学情境创设的实施原则1指向本质的契合性原则情境创设必须贴合物理概念的核心本质，所有设计都要围绕帮助学生建构概念展开，不能为了热闹而创设无关情境。比如讲加速度，放五分钟跑车飙车的视频，看起来很热闹，但是整个视频没有突出速度变化快慢这个核心本质，对概念建构没有帮助，就是无效情境。所以备课时我们首先要想：这个情境能不能突出概念的核心特征？是不是服务于概念建构？只有符合这个要求，才是合格的情境。2符合认知的适度性原则情境的复杂度要符合学生当前的认知水平，不能太复杂也不能太简单。太简单的情境没有启发性，无法引发思考；太复杂的情境学生抓不住重点，反而会干扰概念建构。比如讲初中浮力概念，我们用“深海探测器为什么能浮能沉”这个情境，就太复杂，牵扯到很多学生没学过的知识，学生根本抓不住浮力的核心特点，不如用“鸡蛋为什么能浮在盐水上”这个简单情境，更符合学生的认知水平，效果更好。3引发思考的启发性原则情境不能直接把结论抛给学生，要留下足够的思考空间，引导学生自己得出结论。比如讲静电感应，直接说“静电感应就是导体中的电荷在电场作用下重新分布”，这不是情境，这是结论。我们应该给学生演示：带电的玻璃棒不接触验电器，靠近验电器的时候验电器箔片就张开了，问学生“为什么玻璃棒不接触，箔片就张开了？电荷去哪里了？”这样才是有启发性的情境，能引发学生思考。4符合事实的真实性原则情境必须符合客观事实，不能为了出题或者引入概念编造不符合实际的数据或者现象。我之前听课时见过不少教师讲功率，设计的情境是“一个同学爬楼，质量50kg，五层楼用时10秒，功率是10000W”，实际上普通人的最大功率也就1000W左右，这个数据完全不符合事实，不仅达不到教学效果，反而会误导学生，所以我们备课时一定要核对情境的真实性，保证数据、现象都符合客观实际。总结综上，我们从情境