真情境、真實(shí)驗(yàn)為載體的沉浸式課堂研究
——以“牛頓第三定律”課堂教學(xué)為例

陸 煜

上海理工大學(xué)附屬中學(xué)，上海 200093

1 課堂教學(xué)方法和策略

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的心理特質(zhì)，此心理特質(zhì)決定了學(xué)生面對(duì)物理問(wèn)題時(shí)的行為表現(xiàn)，學(xué)生經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的物理學(xué)習(xí)后，他們?cè)谖锢韺W(xué)科能力方面有三個(gè)維度的表現(xiàn)［1］，即學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐和遷移創(chuàng)新（圖1）。

圖1 物理學(xué)科能力三維度表現(xiàn)

學(xué)習(xí)理解能力和應(yīng)用實(shí)踐能力相對(duì)基礎(chǔ)，遷移創(chuàng)新能力則對(duì)學(xué)生提出了更高的要求，基于核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力培養(yǎng)目標(biāo)，以庫(kù)伯的體驗(yàn)學(xué)習(xí)圈理論為參考［2］，并結(jié)合“雙新”對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培育要求，筆者設(shè)計(jì)了物理課堂學(xué)習(xí)圈（圖2）。

圖2 物理課堂學(xué)習(xí)圈

物理課堂以真情境、真實(shí)驗(yàn)為依托的四階段沉浸式體驗(yàn)學(xué)習(xí)圈，包括學(xué)生首先通過(guò)親身的參與產(chǎn)生感覺(jué)或感受（這種親身的參與不局限于課堂即時(shí)體驗(yàn)，也可以是生活中的經(jīng)歷與所見(jiàn)所聞等），對(duì)親身經(jīng)歷或觀察現(xiàn)象進(jìn)行分析、思考，通過(guò)由淺入深、從定性到定量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并把結(jié)果進(jìn)一步概括抽象成一般性結(jié)論，第三階段學(xué)生要在新的情境中檢驗(yàn)結(jié)論的正確性、合理性，同時(shí)把所學(xué)新的規(guī)律遷移到新的情境中進(jìn)行應(yīng)用。如果規(guī)律在解釋新的問(wèn)題中遇到問(wèn)題，或者有新的發(fā)現(xiàn)和新的經(jīng)歷，新的循環(huán)又開始了。新的循環(huán)實(shí)際上就是下節(jié)新課的學(xué)習(xí)。下面就以“牛頓第三定律”課堂教學(xué)為例，在實(shí)踐中思考如何把這個(gè)“學(xué)習(xí)圈”落實(shí)到課堂教學(xué)中去。

2 課堂教學(xué)實(shí)踐

2.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境提高學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力

從“雙新”落地生成的不同版本的新教材來(lái)看，對(duì)學(xué)生新學(xué)習(xí)內(nèi)容的情境引入環(huán)節(jié)都來(lái)源于生活，以“牛頓第三定律”為例，圖3 是教學(xué)流程圖的設(shè)計(jì)，表1 是人教版、魯科版和滬科版情境引入環(huán)節(jié)的比較。

表1 人教版、魯科版、滬科版情境引入環(huán)節(jié)的比較

圖3 教學(xué)流程圖設(shè)計(jì)

這些情境都是學(xué)生在生活中曾經(jīng)體驗(yàn)過(guò)的，或者是能夠去親身體驗(yàn)的，從真實(shí)情境中體驗(yàn)過(guò)就不難提出問(wèn)題，進(jìn)行深入思考，提高整節(jié)課學(xué)生的注意力，心理上有接受新知識(shí)的意愿。

由于很多學(xué)生初中接觸過(guò)該部分內(nèi)容，早就學(xué)過(guò)牛頓第三定律的相關(guān)內(nèi)容，因此一些比較簡(jiǎn)單的實(shí)例可能不足以吸引大部分學(xué)生。結(jié)合“立德樹人”的教育總方針，可以把我們國(guó)家發(fā)展中重大科學(xué)成果作為情境引入素材。筆者選擇在情境引入環(huán)節(jié)中先讓學(xué)生觀看一段搭載神舟飛船的火箭升空的視頻，神舟飛船離學(xué)生生活還是比較遠(yuǎn)的，所以為了拉近與學(xué)生生活間的距離，并增加趣味性。筆者事先制作了一架水火箭，當(dāng)場(chǎng)演示自制水火箭升空。水火箭發(fā)射過(guò)程還是很震撼的，學(xué)生沒(méi)有想到裝有水的瓶子可以飛那么高，立刻被吸引住了，同時(shí)為課后利用課堂所學(xué)規(guī)律制作水火箭埋下伏筆。

有了真情境，教師就要利用好情境，通過(guò)設(shè)計(jì)由淺入深的問(wèn)題鏈，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生邏輯思維，最終完成學(xué)習(xí)目標(biāo)（表2）。

表2 運(yùn)用真情境引入教學(xué)的課堂實(shí)施

2.2 尋找生活中的實(shí)例，通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)得到定性的認(rèn)識(shí)

學(xué)習(xí)總是由淺入深，從定性到定量，這樣對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)才是深刻的，是形成物理觀念的必由之路。在這個(gè)過(guò)程中，我們用生活中真實(shí)的例子為情境，用身邊隨手可以拿到的材料進(jìn)行真實(shí)驗(yàn)，用以前學(xué)過(guò)的物理知識(shí)進(jìn)行分析，并通過(guò)分析、推理獲得新的規(guī)律和結(jié)論。教師的作用是通過(guò)設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)去引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律，具體課堂實(shí)施如表3所示。

表3 設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律的課堂實(shí)施

學(xué)生猜想作用力和反作用力方向在一條直線上，依據(jù)并不充分。在物理規(guī)律探索過(guò)程中質(zhì)疑是必不可少的環(huán)節(jié)，提出質(zhì)疑后要拿出更充分的證據(jù)去證明猜想的方向是否準(zhǔn)確。所以，筆者對(duì)第三個(gè)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)（圖4），讓兩個(gè)小磁針靠近，發(fā)現(xiàn)小磁針是“尖”對(duì)“尖”的，緩慢移動(dòng)一個(gè)小磁針觀察到小磁針始終是“尖”對(duì)“尖”，比較準(zhǔn)確地反映出作用力與反作用力總是方向相反。

圖4 兩個(gè)小磁針靠近

2.3 通過(guò)分組學(xué)生實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行定量研究，用可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出抽象物理規(guī)律

在學(xué)生假設(shè)的基礎(chǔ)上，在教師引導(dǎo)下進(jìn)行分組學(xué)生實(shí)驗(yàn)，尋找證據(jù)，來(lái)定量論證假設(shè)，這個(gè)環(huán)節(jié)中學(xué)生從視覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)的體驗(yàn)到親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，從“做”中去體驗(yàn)。如表4所示。

表4 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的課堂實(shí)施

以上活動(dòng)3 似乎已經(jīng)可以歸納得到牛頓第三定律了，但是牛頓第三定律中有“總是”兩個(gè)字，這是后續(xù)學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。如汽車加速拉拖車時(shí)，汽車對(duì)拖車的作用力和拖車對(duì)汽車的作用力還相等嗎？這個(gè)場(chǎng)景也是一個(gè)真實(shí)情境，學(xué)生容易產(chǎn)生一種直覺(jué)，就是汽車對(duì)拖車的力似乎大于拖車對(duì)汽車的力。到底怎么樣？還是要用事實(shí)說(shuō)話，要通過(guò)“真實(shí)驗(yàn)”數(shù)據(jù)說(shuō)話，但是再用彈簧秤就不行了，不利于觀察，不可能兩個(gè)學(xué)生都在跑動(dòng)中去讀數(shù)，這個(gè)時(shí)候數(shù)字化系統(tǒng)就有用武之地了。如表5所示。

表5 運(yùn)用數(shù)字化系統(tǒng)的課堂實(shí)施

從定性到定量，從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)到數(shù)字實(shí)驗(yàn)，學(xué)生以精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為證據(jù)證實(shí)了之前的假設(shè)，并歸納出物理規(guī)律。

2.4 學(xué)以致用，體會(huì)物理規(guī)律對(duì)生產(chǎn)生活中所起的重要作用

用課堂所學(xué)知識(shí)去解釋生產(chǎn)生活中一些物理現(xiàn)象，或者能夠解決實(shí)際問(wèn)題，既是一種對(duì)物理規(guī)律、概念本身的復(fù)習(xí)與更深入理解，也是一種學(xué)生對(duì)知識(shí)遷移及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是今后持續(xù)學(xué)習(xí)過(guò)程中形成物理觀念的關(guān)鍵。

教學(xué)中可以分成三個(gè)層次：（1）利用物理原理解釋現(xiàn)象；（2）運(yùn)用物理原理解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題；（3）利用物理原理制作一個(gè)能體現(xiàn)物理本質(zhì)或解決實(shí)際問(wèn)題的裝置，具體課堂實(shí)施如表6所示。

表6 運(yùn)用牛頓第三定律的課堂實(shí)施

在本節(jié)課后，學(xué)生又會(huì)體驗(yàn)新的情境，如兩輛車相撞過(guò)程中有什么規(guī)律？有沒(méi)有守恒量？新的體驗(yàn)圈開始了……