基于真实情境问题解决的教学实践探索

隋巧虹

摘   要：构建真实情境、解决具体实践性问题的物理课堂教学，是在物理新课标下发展学生物理核心素养、提升物理学科能力的重要方法与途径。以“密度知识的应用”一节为例，尝试通过创设开放式、启发式、体验式的探究活动环境，解决与密度知识相关的物理问题。

关键词：核心素养；真实情境；教学设计

物理核心素养，是在物理学习时形成的必备品格与关键能力；物理学科能力，是学习者得以顺利、有效地进行与物理学科相关的认识、问题设计、探索活动和实践、解决问题时所必备的、长期稳定的、持续的心理认知与调节机制[ 1 ]。而创设真实有效情境、解决实际具体问题的物理课程是发展物理核心素养、提升物理学科能力及落实新课程标准的重要途径。构建真实、有效的学习环境是转变被动的学习方式、学会学习的必要前提。在物理教学中，教师可以通过再现物理原始问题及其问题背景，使学生获得真实的情感体验，从而将新知与学生的经验和旧知构成的主体情境相结合，完成知识的充分建构，并使之成为学习主体动态变化、综合复杂的知能架构中的重要组成部分[ 2 ]。问题解决是在教师指导下，学生在吸收、理解、掌握已有物理教学内容与知识的基础上，在课前、课中或课后探究中，面对与真实生活情境、生产工程相结合的具体的物理问题，通过调动并整合相关的物理核心概念、规律方法、探究实践解决这一问题的动态变化心理机制与过程[ 3 ]。基于真实情境问题解决的物理教学，是发展学科核心素养的必要途径，通过学生在具体情境中学习并迁移知识，有效地落实对学生物理学科能力的深度培养。文章以沪科版八年级物理“密度知识的应用”教学设计为例，阐述在真实情境问题解决中如何落实初中生物理核心素养、学科能力的培养。

1  基于真实情境问题解决的物理教学设计与实践（如图1）

1.1  基于真实情境问题解决的教学设计

1.1.1  课前学生活动

（1）查密度表，了解生活中常见物质的密度，思考：如何测定具体物体的密度？

（2）小组讨论，选择生活中常见的物体，利用身边的器材，设计实验方案，测量物体的密度；

（3）将实验结果与理论值进行对比，团队讨论、分析实验方案的优缺点，完善实验方案；

（4）将实验过程拍摄成视频，用于课上汇报交流。

1.1.2  创设情境

生活中常常都会遇到这样的一些问题，买的金银首饰是不是黄金制成的呢，有没有掺杂其他物质？如何快速了解一大捆细铜丝的长度呢？教室内空气质量又有多少呢？

1.1.3  课中学生活动

活动1：展示学生团队课前制作的视频——利用生活中熟悉的器材测量身边物体的密度。例如，测量硬币、塑料玩具“皮卡丘”与人体的密度等。

活动2：学生分组实验，利用密度的知识辨别真假橙汁与真假黄金手链，通过对照密度表与利用图像处理、分析实验数据进行鉴别，通过团队讨论得出实验结论。

活动3：现场制作“鸡尾酒”，观察液体分层现象。

活动4：估测实际物体的质量和体积，建立并形成初步解决简单实际问题的意识与能力。

活动5：初步学会解释和解决社会生活、工程实践中与密度相关的现象与问题，并现场观看走马灯，感受密度知识与社会生活的密切联系。

1.1.4  课后探究与实践

1.2  教学过程

1.2.1  创设真实情境，提出问题

各团队派代表上台展示课前探究成果：①利用电子秤与量筒粗测硬币的密度；②利用质量测量仪、量杯、塑料盒、记号笔等粗测塑料玩具“皮卡丘”的密度；③利用浴缸、学生本人、记号笔、塑料桶、电子秤等粗测人体的密度。学生通过课前活动观察现象，思考问题，设计方案，分析论证，引入新课。

教师创设情境，向学生展示：①有两瓶外观相近的1号和2号液体，其中一瓶是真橙汁，另一瓶是假“橙汁”，如何鉴别？②有几条手链，其中只有一条才是真正的黄金手链，请帮忙找出来。

本教学环节是通过真实的生活情境创设问题——如何测量身边物体的密度？学生以团队为单位，选择生活中常见的物体，利用身边的器材，设计实验方案，测量物体的密度。基于学生课前活动，课堂上教师引导学生将课前活动积累迁移至实际运用——如何鉴别物质，设计“找橙汁”与“找手链”的环节，吸引学生注意力，激发学生思考，帮助学生初步建立起将具体的生活、生产情境转化为学科情境，应用物理原理、规律思考问题，整合并运用物理知识进行讨论、设计、分析、探究、修正、实践、运用、解决问题的思维过程。

2  科学探究，培养物理思维

（1）问题引导：全班分为13个小组，1-3组团队随机抽取一条手链，其中只有一条是真正的黄金手链（如图2）；4-13组团队从“1”“2”瓶中随机倒取一杯液体（如图3），其中只有一瓶中装有真正的橙汁。想知道哪杯是真橙汁，哪条是真金手链，该如何鉴别？

（2）科学探究

①找“手链”

学生利用电子秤、烧杯、量筒、胶头滴管等粗测“黄金手链”的密度，并与密度表进行对照，找出真正的黄金手链。

实验步骤：

ⅰ.将电子秤轻置于水平工作台上，同时按下开机键；

ⅱ.待电子秤屏幕上显示示数为零时（如不为零，按清零键），将手链放在电子秤上，记下示数并记录；

ⅲ.将一定量的水轻倒入量筒中，记下示数V1，再将手链轻轻放置于量筒内，使其浸没，记下示数V2，利用V1、V2計算手链的体积并记录；

V.根据密度表查找金的密度，并判断所测手链是否为真金手链。

分析：查找密度表，若找不到与所测手链密度相近的数值，你认为原因可能会是什么？

学生讨论：ⅰ.如果先测手链体积，对最终测量结果有何影响？ⅱ.如果放手链时有液体溅在量筒壁上，会使测量的密度偏大还是偏小？

②“找橙汁”

学生利用电子秤、烧杯、量筒、胶头滴管等测量“橙汁”的质量与体积，并利用获取的多组数据绘制m-V图像，与事先绘制好的鉴别图像进行比对，能够重合的即为货真价实的橙汁。

实验步骤：

ⅰ.将电子秤轻置于水平工作台上，同时按下开机键；

ⅱ.待电子秤屏幕上显示示数为零时（如不为零，按清零键），将空量筒放在电子秤上，再按下清零键；

ⅲ.往量筒中先倒入少量液体，再用滴管添加使其示数为整数，读出此时量筒和电子秤的示数并记录；

ⅳ.再往量筒中增加倒入液体，也用滴管添加使其示数为整数，并读出量筒和电子秤的示数，重复三次实验并记录在表2；

ⅴ.将所测得的实验数据在图4中通过描点作图绘制成图像；

ⅵ.与事先发放的鉴别图像（如图5）进行比对，观察是否能够重合。

分析：如果绘制的图像与鉴别图像非常接近，说明什么？如果差距比较大，又说明什么？

学生讨论：图像的斜率表示什么？

本教学环节基于学生已有的密度知识，让学生尝试动手，设计方案，鉴别物质的真假，将生活中可能遇到的问题转化为真实的物理课堂情境，使学生沉浸在教师搭建、创设的情境中，开启探究之路，在探究过程中积极调动已有的物理知识，发现并总结规律，快速形成迁移应用的能力，解决具体问题。当学生发现团队所鉴别的手链为真金手链时，一致惊呼感叹，而鉴别出是假手链的团队也感叹：此手链真可以以假乱真，而密度的知识就可以帮助鉴别真伪。探究“找橙汁”的团队，当发现自己所鉴别的是真橙汁时，立即一饮而尽，学生的天真可爱也展露无遗。将课堂又重新还给了学生，学生对知识的渴望在求索中一次次被点燃，学生的物理思维在探究与迁移中获得了磨炼与提高。

3  学以致用，迁移提升

（1）学生活动1

创设情境：同学们见过鸡尾酒吗？鸡尾酒因其特质，有很强的观赏性，今天的物理课堂，我们也一起来制作一杯美味的“鸡尾酒”吧！

问题引导：如何使不同密度的液体产生神奇的分层现象呢？

实验器材：水、洗洁精、食用油、绿色与红色色素、玻璃棒、一次性杯子若干等。

学生讨论：①将一定量的水、洗洁精和食用油分别倒入三个一次性杯中；②取适量绿色、红色色素，分别滴入水和食用油中（如图6）；③查询密度表，将三种液体按照一定顺序混合，观察实验现象并记录实验结果。

本教学环节从生活中有趣的现象——鸡尾酒入手，鼓励学生实践创新，尝试利用提供的材料也调制一杯“鸡尾酒”，构建起有效的实践体验与合作交流的学习环境，帮助学生完成知识建构，掌握科学的思维、研究与实践方法。

（2）学生活动2

创设情境、问题引导：采石场中有一体积为2 m3 的大石块，无法直接称量它的质量，同学们分团队讨论并在导学案中写下你们设计的测量方法和步骤。

学生讨论：取一小块同种石料，测出其密度ρ，利用等密度特性、待测大石块的体积V以及计算公式m=ρV，求出大石头的质量m。

完成例题：某学习小组想要测出一体积为2 m3的矿石质量，取10 cm3样品并称得其质量为24 g，求：

①矿石的密度；

②矿石的质量。

本教学环节利用工程、生产实践中的具体事例，帮助学生初步建立起应用课本知识、规律、方法去解决实际问题的意识，使学生认识到学习活动不再是封闭的环节，而是走向生活、生产与社会，感受生产与物理的紧密联系。

（3）学生活动3

创设情境1：密度知识不仅在工农业生产中发挥重要作用，在医学领域、科学技术中，密度知识也同样重要。骨骼密度是反映骨骼强度的重要指标，研究骨密度有利于人们了解骨骼的生长发育及其病变情况，对于医生进行医疗诊断具有极其重要的意义；研究地球不同圈层物质密度，有利于人类进一步了解地球运动及其变化规律，并合理开发、利用自然资源及有效预防地震、海啸等自然灾害；宇宙天体物质密度含有大量、丰富的可供人类研究的信息，研究这些信息有利于科学家了解天体的年龄、质量、体积等性质，帮助人类探索宇宙的奥秘。

创设情境2：同学们玩过走马灯吗？走马灯有着悠久的历史，起源于汉朝，它是我国传统的节日玩具。今天就请同学们带着你们的思考，跟随老师一起来欣赏一下神奇的走马灯吧（如图7）。

问题引导：大家观察到了什么现象？ 原因又是什么？思考一下，走马灯的原理是什么呢？请利用今天所学的知识来解释一下，在导学案上写下你们的思考。

学生讨论：点燃蜡烛，随着蜡烛逐渐燃烧，下方空气温度升高，受热膨胀、密度减小，小于上方空气的密度，迫使下方空气向上运动，从而推动走马灯。

本教学环节通过介绍密度知识在不同领域的广泛应用以及传统节日玩具——走马灯，拓宽学生的知识视野，以宏大的科学背景向学生展示密度的丰富用途，培养学生将所学致力于科学发展的民族自豪之情，使学生充分感受物理之美。

（4）作业设计

本节课的作业分为学生的课前团队探究活动与课后探究、实践作业。

{1}想一想：

i.北方的冬天，放在室外的水缸常常破裂，請你针对这一情况，提出一个合理的问题并解答。

本题从生活中实际问题出发，引导学生从生活经验思考转变为从物理概念、规律、方法出发，针对所提出的问题，自主进行科学探究。

ii.请你列举出至少三个密度与社会生活密切联系的例子。

本题要求学生结合课堂所学内容，利用网络、图书等各种线上、线下资源，对密度知识的应用做进一步的挖掘。

{2}算一算

体积为6 cm3的某铝制小球，质量为12 g，请同学们计算看看，该铝制小球是空心还是实心呢？（请尝试至少用两种方法进行解答）

{3}做一做

i.团队合作，尝试动手设计一个走马灯。

本题设计目的要求学生明确走马灯的原理，并通过具体实践动手制作走马灯，学生既需要考虑所制作的走马灯是否可行，同时也需要考虑走马灯图案的设计与美感，在“玩”中学，同时也渗透对我国传统文化的教育。

ii.情境一：小阳同学利用模型自制冰棒，完成后从冰箱取出，发现模型中的冰竟“鼓”了出来，如图8。

情境二：小予同学将蜡水倒入模型中冷却，发现模型中的蜡竟“凹”了下去，如图9。

问题：物质的温度降低后，体积增大还是减小？请你结合小阳和小予的经历，试着动手做一做，说说你更支持谁的看法，理由是？

动手实践：将一定量的水、蜡水、食用油分别装满三个相同模型，放入冰箱，待冷却后观察三种不同物质的体积变化，记录实验结果。

本题着重培养学生的科学探究能力，以生活中的实际情境作为背景，学生可以根据题目情境在生活中通过真实场景再现、亲身体验，充分感受科学探究的奇妙乐趣，对物理题目涉及的实验设计背景与社会生活的紧密联系也有了更深刻的体会。

4  教学实践反思

4.1  构建真实情境，培养学科素养

学科知识及其内在逻辑联系是学习者学科核心素养形成的重要支撑与载体，教师精心准备的课堂活动是学习者将知识与能力内化为核心素养的主要路径，而将知识置于具体的情境之中，能够帮助学习者将知识有效地进行理解与内化。学习者从真实情境入手进行学习，是知识、方法转化为学科素养的必经途径，而创设真实情境的物理课程是完成对学生物理学科核心素养培养的有效方法。具体情境可以把知识形象化、生动化，以知识为核心创设的各种情境，包括以知识形成为背景的故事情境、以社会生活工程实践为背景的问题情境、调动学生各种感官参与的探究活动情境等，可以有效促进课堂思维的发生与增长，完成知识网络的初步形成与建构，其中探究活动情境有助于学习者科学探究能力的培养与提升。同时，情境化教学在激发学生对知识的渴望、调动学生各种感官体验、充分开发学生潜力方面，有着传统教学无法比拟的优势，是创建以学为主的新型课堂的最有效途径。构建真实情境的课堂教学，可以最大化地激起学生学习的积极性与主動性，使学生能够充分地体验、质疑、探究并实践知识，将传统以教为主的方式向以学为主的现代方式转变，是有效落实以生为本教育理念的重要方法与途径。

4.2  问题引导，提升学科能力

教师精心设计和创设的情境和问题是一节课能够顺利推进的关键。通过课前、课中、课后三位一体的教学设计，将真实情境的问题解决贯穿于教学始终，学生通过解决教师所设置的问题，使科学思维得以锻炼，有效提升学生学习能力，充分体现学习即研究的教育教学思路。把本节课涉及的知识和方法置于实际需要当中，把课堂引向纵深，让学生在亲历研究的过程中习得解决问题的方法。书本中的物理概念、规律、方法并不是凭空产生的，是几千年来人类在不断发现与解决问题中形成和总结的。因此，要重视课堂的情境创设与问题引导，将知识放在合理的背景中，重视实验探究、关注过程中问题的引导、重视团队的参与、共同建构物理概念。物理教学应更多地站在学生的视角进行设计，以生为本，创建以学生为主体的民主、开放的课堂。教师应当减少对课堂的控制，通过生活化的情境与问题引导串联所要学习的内容，重视物理概念、规律的建构过程，使学生在问题的解决过程中不断激发探索求知的内驱力，不断提高基于真实情境解决实际问题的能力，同时促进其学科核心素养的提升。

参考文献：

［1］ 郭玉英，姚建欣，张玉峰，等．基于学生核心素养的物理学科能力研究[M]．北京：北京师范大学出版社，2017．

［2］ 衡海红．真实性情境教学在中学物理教学中的应用初探[D]． 南京：南京师范大学，2014．

［3］ 曹丽丹．物理核心素养下培养高一学生物理问题解决能力策略研究[D]．上海：上海师范大学，2019．