基于进阶理论的物理课堂情境教学实践研究

马永喜

(永昌县第七中学，甘肃 永昌 737200)

1 问题的提出

情境通常是指在一定时间内各种情况的相对或结合的境况。从物理学科特点看，情境是运用文字、图表等形式围绕一定主题加以设置的，为达到测评目标而提供的载体[1]。学生在解答物理问题时以试题情境为基础，调动物理知识和能力进行加工和协调各种不同的物理知识和能力，所以，通过学生的解题可以显化学生认知结构的缺陷，我们通过错解、不同解法来推测学生可能存在的缺陷，如易错、易混、易忽视的知识，帮助学生完善认知结构。笔者把北师大版八年级下册浮力这一节学完后又上了一节浮力的习题课，其中有一道题是让学生去分析和判断浮力大小，部分学生的回答很值得回味，特拿来做一探讨。

题目：有四个体积相同而材料不同的小球，放入水中静止后如图所示，则它们受到浮力的关系是：F1_____F2_____F3_____F4。.

题目出示的意图：复习过程不可缺少习题的训练，上这一节课我们了浮力、浮力的测量、浮力的产生原因、浮力的大小，从完善知识的角度出发考虑将浮力这一类问题不不同表现形式在习题中集中编排出来，有利于学生体会不同表现形式下的相同规律和方法，从不同情境中抽象出相同的模型，进而加深对物理模型的理解。

学生典型错误解答摘要：

物体1 的浮力最大，因为它是漂浮的，漂浮的物体受重力和浮力，二力平衡，只有浮力大了才能这样，所以它的浮力最大。物体2 漂的不是很厉害，所以浮力没有物体1 的浮力大。物体3 和物体4 都是浸没，所以排开液体的体积相等，所以浮力相等。所以得到答案：

原因分析：当然从学生的回答，我们作为老师能够判断学生的回答是错误的。但这个回答代表的是绝大多数一般学生的真实思维过程。为什么她会这样想呢？从该学生的回答我们发现了以下信息：

第一，学生通过力的作用效果已经明确物体是受重力的，所以物体在重力作用下就会体现重力的作用效果，受重力的物体是会向下落的，为什么现在受重力的物体不继续下落呢？是因为有一个力平衡了重力，静止在地面上的物体是地面给予的支持力平衡了重力，那么漂浮在液面上的物体是液体给它施加了浮力使之平衡而静止。从而判断出物体1，2，3 受浮力，这说明学生已经可以提炼平衡模型了。

第二，对于物体1，2，3 所受浮力大小的排序是学生从日常生活中获得的，漂浮的物体露出水面部分越多，肯定浮力越大。这说明前概念对学生的学习已经有了负迁移。

第三，对于物体3，4 浮力大小关系则是根据阿基米德原理v排3=v排4,液体又相同，所以浮力相同。

我们发现学生从回答看出学生由情境学到的知识是零散而杂乱的，只是从教师搭建情境中获取了外界的信息，没有思考它们之间的联系，没有逐步提炼和升华形成物理观念，更没有建构起一个完整的对浮力知识的认识。

2 自己教学中设计进阶情境的梳理

由于同一知识点的不同视觉表征同时呈现和整合可以形成视觉表象，通过它们之间的内在联系可以使学生对物理本质把握的更加深刻和全面，所以笔者尝试根据课本呈现的顺序通过进阶框架把本节课主要涉及到浮力的概念、方向、浮力产生原因和浮力的大小进行了进阶式的整合。具体进阶步骤如下：

进阶水平1（进阶起点）：学生从日常生活中认识到漂浮的物体是受到浮力的，所以学习浮力的起始应该是通过事实经验明确日常生活中的浮力。在这一步从重力开始：演示乒乓球从手中丢下向下运动，分析下落原因是受到重力，但是当把乒乓球置于水中却不下落，究其原因是水给它施加的浮力抵消了重力的作用效果，这个抵消的力就是水施加给物体的浮力。乒乓球受到的重力和浮力是一对平衡力，所以浮力方向竖直向上。

进阶水平2：漂在水面上的轻乒乓球受到水给它向上托的浮力那么浸没在水中重的石头受不受浮力呢？通过称重法探究，明确浸没在水中的石头也是受浮力的。并且用弹簧测力计测量了浮力的大小。

进阶水平3：为什么浸在液体中的物体会受到浮力呢？演示实验知道浮力的本质是物体受到液体压力的合力。

进阶水平4：通过称重法把物体逐渐浸入水和盐水中，让学生体会到浮力变化，总结出浮力与V排和液体密度之间存在因果关系，引导学生认识到物体排开液体的体积等于物体浸入液体的体积。

进阶水平5：实验探究F浮与G排的关系，介绍阿基米德原理，引导F浮=ρ液gV排。

3 如何利用情境在新课教学中来进阶物理知识

3.1 以基础情境为依托，唤醒学生思维的起点

物理是以观察和实验为基础，很多物理概念的建立都是以坚实的实验为支撑的。那么在实际物理教学中应该做哪些实验、做几个实验才能从感性认识的基础上完成概念的建构和提炼呢？笔者反思教学过程发现应该寻找贴近生活恰当的物体情境做基础性的情境，通过基础的具体情境问题的体验、分析和归纳实现知识和方法的系统进阶。在以基础情境为问题依托，设计与之相关的进阶问题链，引导学生学习，启发学生思维。伴随问题的深入和教师的追问，学生的思维得以逐渐加深和扩展。整个过程中教师将知识问题化，以问题贯穿学生知识获得全过程，所以要强调问题设置的层次性和系统性。

3.2 以“去情境化”的思路促进思维的进阶

知识并不是一套独立于情境之外的符号，而是存在于具体的、情境性的、可感知的活动之中的，是不可能脱离实际情境而抽象存在的，即知识是情境化的知识，一切知识均来源于情境。在教学中创设教学情境能够更好地帮助学生理解知识的来源。而“去情境化”就是将知识从具体情境中剥离出来，超越情境，推动学生思维从感性知识上升到理性认识，概括性的一般知识[2]。基于此，我们要在所选的情境要有思维含量，要有典型性、代表性和探究性。反观在笔者教学设计的进阶水平2，我们从漂在水面的乒乓球受浮力过渡到一般浸没在水中重的石头的浮力，去掉漂浮的情境，让学生建立起一般浮力的模型，探索普适的一般规律，使认知更加全面而系统。从进阶的角度看，此时根据北师大课本的顺序引进进阶3 显得就有点突兀了，打断了整个思维的过程，又重头开始了。此时应该乘胜追击把进阶水平4 提前，通过测量石头浸在液体中的不同情况，通过进阶的情境来剥离具体的情境，从而总结出浮力的大小决定于排开液体的体积和液体的密度。整个过程中通过指导使学生从情境中抽象概括出合理的科学的知识、方法、规律、概念等，完成教学的“去情境化”。

3.3 用“再情景化问题”发展进阶的思维

迁移创新能力是学生利用物理核心知识方法解决陌生和不确定性问题以及探寻新知识和新方法的能力[3]。我们通过进阶1，进阶2，进阶4 已经明确了浮力的概念、浮力的方向，浮力大小的决定因素。下面我们利用进阶5 来介绍阿基米德原理，通过实验探究F浮与G排的关系，介绍阿基米德原理，引导得出F浮=ρ液gV排。通过聚合思维使学生明确在一定程度上根据联想和经验性直觉对待解决的物理问题进行初步估计和判断是正确的，使学生明白了阿基米德原理这一经验背后是存在原因的。

修改后的进阶水平5：

①做阿基米德原理得到F浮=G排

②推到阿基米德原理

③通过推导可知浮力大小决定于ρ液，V排，与前面的实验得到的结论是相同的。

顺势提出问题：“为什么浸在液体中的物体会受到浮力呢？”，此时进行修改后的进阶3，通过理想模型让学生明确物体浸在液体中存在抵消不掉的压力，压力的合力即为浮力。完成对浮力完整而系统的认识。

修改后的进阶水平3：

①从漂浮的乒乓球过渡到漂不起来的乒乓球

②演示实验明确浮力产生的原因是压力差

③从压力的角度更进一步理解阿基米德原理

假设一立方体浸没于水中，浮力产生的原因是压力差。

所以，F浮=F下—F上

=p下s下—p上s上=ρ液g h下s下—ρ液g h上s上

=ρ液gs(h下—h上)=ρ液gsL=ρ液gV排

这里揭示出阿基米德原理的本质还是压力差的本质。

3.4 整合概念规律，实现进阶的目标

学生通过一系列的情境，知道了物体浸在液体中会受到浮力，浮力的方向是竖直向上的，浮力的大小决定于ρ液和V排，浮力产生的原因是物体浸在液体中各个面受到液体施加的液体压力的合力。在此基础上，通过专门习题的讨论、交流、质疑充分理解了浮力的本质。相信经过这样的进阶学习，尤其是经过讨论后，学生对于浮力有了更深刻的理解。

4 结语

在基于进阶理论的物理课堂教学实践中发现，在以往的教学实践中的学情分析，往往都是粗略分析，缺乏对学生前概念和能力的具体分析，导致教学时不能针对学生的实际情况进行设计。所以基于进阶理论的物理教学中首先要厘清物理概念和规律的宏观知识框架，必要时可以根据知识的结构改变教材的上课顺序，以两条主线来进行设计：一是基于学生认知发展的概念建构路径；二是基于学科能力发展进行探究性的情境创设。在设计目标时，不仅需要考虑教材上的知识点，还要充分考虑学生的学情，设计具体明确的教学目标，有利于教学的操作。