教思考·教表达·教体验：高中物理情境教学设计

摘    要：“教思考、教体验、教表达”理念契合物理学科核心素养发展的要求。具体教学中，教师可改变三者的顺序并将其与高中物理学科核心素养相联结，从而确定教学目标，明确实施思路。在“教思考”中，教师可引导学生思考知识间的联系，创设认知冲突情境；在“教表达”中，教师可创设推理表达和类比推理情境，以培养学生的科学思维和迁移能力；在“教体验”中，教师可创设生活生产、物理学史、参与实践情境，指向加深问题理解、探寻科学本质、强化感性认知等的体验。

关键词：教思考；教表达；教体验；情境教学；高中物理

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》指出，创设情境进行教学对培养学生的物理学科核心素养具有关键作用。情境教学指从教学的需要出发，教师根据教材创设形象的主题、丰富多彩的具体场景或氛围，激起和吸引学生主动学习，从而达到最佳教学效果［1］。“教思考、教体验、教表达”（以下简称“三教”）理念旨在教学生“积极思考、自主体验、善于表达”，对指导物理规律的教学以及发展学生的学科核心素养具有很好的适配性［2］。一方面，“三教”理念以“情境-问题”为教学脉络，能提高学生解决真实情境问题的实践能力，发展学生基于原始而鲜活的情境问题进行模型建构、推理论证的科学思维能力。另一方面，“三教”理念注重深化学生的课堂学习体验，要求教师尝试运用多手段、多模型诠释物理规律的内涵与外延，增强学生的学习体验感，从而达成对新知识、新规律的深层次、持久性理解，同时鼓励学生勇于表达、进行交流，并通过培养学生的物理语言表达能力来提高物理学科思维能力。在具体的教学中，教师可改变三者的顺序，如对人教版普通高中教科书《物理》选择性必修第一册第一章第二节《动量定理》，笔者从教思考、教表达、教体验的角度进行情境教学设计，下面具体阐述。

一、教学目标与实施思路分析

“三教”理念各部分各有侧重，如：在“教思考”中，教师要创设情境、提出问题、引发思考；在“教体验”中，教师要引导学生建构知识、获得体验、明确理据和方法；在“教表达”中，教师要引导学生推导规律、应用规律、多维表达。笔者将其与高中物理学科核心素养相联结，以此确定教学目标，明确实施思路。

（一）教学目标

物理观念：通过创设概念与规律类比情境的“教思考”教学，使学生准确理解冲量概念，进而理解动量定理的内涵与外延。

科学思维：通过引导学生初步观察并分析相关的生活生产现象与实例的“教体验”教学，使学生具备建构流体等模型来解决实际问题的抽象概括与推理论证的能力。

科学探究：通过根据牛顿力学知识推导动量定理表达式的“教表达”教学，使学生经历运用所学知识定量推导动量定理的过程，进而领悟进行科学探究需要科学而严谨的意识、温故而知新的方法。

科学态度与责任：整合“三教”理念进行渗透教学，使学生了解生活中动量定理的应用，基于物理学史形成对不同物理规律间相互联系的辩证认识，领悟到动量定理在造福人类与改造世界方面的适用性和重要性。

（二）实施思路

笔者依据情境教学理论和物理规律认识的一般过程，结合学情和学生的思维发展特点，从教学线、情境线、活动线三个方面对这节课的教学实施进行了整体规划，并将“三教”理念渗透于教学活动中，旨在培养学生的学科关键能力和核心素养。借鉴“三教”理念的物理情境教学实施思路如图1所示。

二、教思考·教表达·教体验：情境教学实施

（一）教思考

在物理教学中，“教思考”指积极创设物理教学情境，引导学生发现问题、思考问题、作出问题解决路径的假设，并在学习活动实践中领悟物理学思想方法与进行科学研究的方法论。它可在增强学生问题意识的同时，强化学科思维与实践能力的培养。

1.引导学生思考知识间的联系

学生通过对动量概念的相关学习，初步了解了碰撞过程中的“不变量”，对动量概念有了初步了解，但对学习这些概念意义的认识尚不深刻。据此，教师可酌情引出“变”与“不变”的思辨，以此引入并统领单元教学，帮助学生形成单元大概念［3］。教师可根据该单元第一节和这节内容的学习，引导学生思考动量定理与动量守恒定律间的直接与间接联系，从而延伸思维，深化思考深度，并尝试建立单元所学知识间的内在联系，促进深度学习。

2.创设认知冲突情境

通过对碰撞中“不变量”的实验探究和动量概念的学习，学生初步认识到碰撞现象中存在某种共同的“守恒”规律。但对涉及动量定理的碰撞现象来说，寻求守恒量往往是不够的，还需寻求造成某些物理量发生变化的原因。新课教学时，教师可酌情创设能引发认知冲突的实验情境，用跟学生探寻“守恒量”相矛盾的情境导入，在点燃学生智慧火花的同时破除迷思概念。

【教学片段一】

［情境创设1］播放“水刀”切割金刚石的视频。

提问1：水是一种黏性很低的液体，而金刚石是自然界天然存在的最坚硬的物质，为什么高压水枪形成的“水刀”能够切割金刚石？

［情境创设2］在两层海绵等弹性较好的物品上摆放四个鸡蛋，再在鸡蛋上方铺一层海绵，海绵上方铺两层厚纸板，纸板上再摆放两层砖块。

提问2：请仔细观察，如果用铁锤敲打上层砖块，鸡蛋会碎吗？

（教师先让学生作出假设与猜想，然后播放相关视频）

生：鸡蛋会碎掉。

（教师播放“砖碎蛋全”视频，呈现跟学生认知相冲突的结果）

［情境创设3］现让两个基本相同的鸡蛋从同一高度由静止开始下落，分别落入玻璃杯和纸杯中。

提问3：如果两种杯子的形状、容积基本上相同，试推测两个鸡蛋下落后的结果。

设计意图：创设能引发认知冲突的实验情境，引导学生认识到已有认知的缺陷，增强学习新知识的内在驱动力；以貌似“矛盾”的情境引导学生大胆猜想与假设，培养辩证思维与批判性思维，发展科学思维。

（二）教表达

在物理教学中，“教表达”指引导学生运用所学知识解释自然现象，对所学的物理概念进行意义阐述［4］，即结合已有知识储备推导表达新的规律或者定律，对探究过程作出口头或者书面表达。其目的是在阐述心智模型或思维加工过程的基础上，培养学生的口头表达能力和书面表达能力。

1.创设推理表达情境，培养科学思维

【教学片段二】

师：两个物体在碰撞过程中，通过直接接触发生力的相互作用，导致两个物体的动量发生变化，那么动量的变化跟哪些因素相关呢？

［推理情境］假定一质量为[m]的物体在恒力[F]的作用下在光滑水平面上做匀加速直线运动，在初始时刻物体的速度为[v]，经过一段时间[Δt]后，速度变为[v][′]。

生（推导）：由加速度定义有[a=ΔvΔt=v′-vΔt]，根据牛顿第二定律[F=ma]，可得[F=ma=m⋅v′-vΔt=mv′-mvΔt=p′-pΔt]，即有[FΔt=p′-p]。

师（引导）：提炼并理解冲量概念。回忆推导动能定理时得到[FΔx=12mv2-12mv20]，将[FΔx]称为“功”，[12mv2]称为“动能”。现类比推理，将[FΔt]命名为“冲量[I]”、[mv]称为“动量”。由此可见，物体动量的变化率等于它所受的合外力，也可以说物体的动量变化量等于力对时间的积累量（冲量），动能的变化等于力对空间位移的积累。

设计意图：创设熟悉的运动情境，引导学生温故而知新，基于已有知识储备发展新概念、新规律，基于已有物理规律推断新概念的内涵与作用，从而发展模型抽象与认知、科学推理与论证的能力，最终指向科学思维的发展。

2.创设类比推理情境，培养迁移能力

【教学片段三】

师：如果物体受到一维变力或方向时刻改变的变力作用，动量定理是否还适用？

师（引导）：类比匀变速直线运动的位移的推导过程，采用微元法，将整个运动过程即[v-t]图像分割成无限多个很小的矩形，这样，整个运动的位移也就近似等于无限多个矩形的面积之和。这种位移极限求和思维可用于解决变速度求解位移问题，那么能否将该方法迁移到变力求解冲量的问题中呢？

生（推理）：类比求解[x-t]做法，将[F-t]图像分割成无限多个很小的矩形，所有冲量矩形微元的求和可表达为[Ii=Δpi=FiΔt]，于是合冲量[I=i=1nIi]，相应地可得到变力作用下的动量定理。

设计意图：通过类比已有处理问题的思想方法，学生能够深化对新知识与规律的理解，强化迁移运用与创新的意识和能力，从而提高建构物理模型解决问题的能力。此外，此环节也启示学生，类比“旧”知识和思想方法，发展“新”知识和规律，是物理理论向前发展的不竭力量来源。

（三）教体验

在物理教学中，“教体验”指引导学生运用科学思维方法建立物理概念、实施科学探究进行知识建构，以获得概念建立、问题解决、规律探索的过程体验和情感体验，知道物理概念建立的事实依据和科学思维方法，明确物理规律提出与应用的理据和科学方法。

1.创设生活生产情境，指向加深问题理解的体验

新课程改革下的物理教学注重课程的科学性与时代性，贯穿“做中学”理念，强化理论学习跟生活生产、现代社会及科技发展的联系。在教学中适当引入生活生产中的素材资源，利于学生加深对问题缘起与发展过程的理解，并更好地基于已有心智模型建立新的物理模型，从而提升解决实际问题的能力与信心，发展科学思维和科学探究素养。

【教学片段四】

［情境1］部分轮船和码头岸边会悬挂一些老旧轮胎，请推测悬挂老旧轮胎的原因。

［情境2］跳远一般要求落地时双腿屈膝，请分析其中蕴含的原理。

［情境3］现实生活中，见到的基本上是用铁锤钉钉子，而不用橡胶锤钉钉子，这是什么原因呢？请结合自己的生活经验大胆推测其中的原因。

（说明：以上情境均蕴含着共同的物理原理，即当动量变化量[Δp]一定时，[Δt]越大力[F]越小，[Δt]越小力[F]越大）

师：除了上述给出的三个实例，同学们还可想到哪些能运用动量定理解释的现象？

生：用久了的菜刀等刀具要重新打磨；跳高设施中的海绵气垫；摩托车的减震弹簧；等等。

（教师播放汽车碰撞时安全气囊的效果测试视频）

师：安全性能是衡量汽车品质的重要指标。厂家设计安全气囊和安全带是出于什么考虑呢？请分析其中蕴含的物理原理。

设计意图：呈现多种多样的生活实例，引导学生探求其中蕴含的物理原理，强化所学理论知识与生活生产实践间的联系，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，符合学科育人的价值要求。而精选学生所熟悉的生活生产情境开展新课教学，可帮助学生深化对物理概念与规律的理解，发展高阶思维，进而持久性、深层次地理解新知识与新规律。

2.创设物理学史情境，指向探寻科学本质的体验

物理教学实施可酌情引入雄伟壮丽、波澜起伏、饶有趣味的物理学史，让学生领悟物理学发展的曲折性与光明性，学习并发扬物理学家身上的求真求实、持之以恒地追求真理的优秀品质。同时，物理学史是蕴含丰富物理学思想与科学探究方法的宝库，贯穿物理学史的物理新课教学对培养学生的科学探究素养和科学态度与责任素养有着促进作用。

【教学片段五】

师：在17至18世纪，人们对用什么度量运动的“强弱”尚无定论，存在着两种具有代表性的观点。以笛卡尔为代表的科学家认为应以物理量[mv]作为“力”或“运动强弱”的度量，主张动量反映了物体运动的变化。不久之后，莱布尼茨对笛卡尔派的观点提出质疑，他认为1英镑重的物体下落4英尺和4英镑重的物体下落1英尺，两个过程中运动的物理量[mv]并不相同，反而[mv2]是相同的，所以提出用[mv2]来度量运动量［5］。在这场长达半个世纪的争议中，两派各执己见，针锋相对。同学们，你们认为应该怎么处理以上矛盾？