刘娜 邓靖武

摘 要：以“超重与失重”一课的设计过程为例，介绍了以学生认知发展为中心的教学设计模式.围绕学生的认知规律设计具有层级递进关系的教学环节，围绕学生的天性创设趣味盎然的游戏情境，用情境的引线悄然串起学生对超失重规律由浅入深、螺旋上升的认知过程.

关键词：以学生为中心;情境教学;超重与失重;教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）03-0039-03

作者简介：刘娜（1984-），女，山东蓬莱人，博士，中学高级教师，研究方向：高中物理教育教学研究;

邓靖武（1977-），男，湖北应城人，博士，副教授，研究方向：物理教育教学研究和教师培训研究.

在新课改的背景下，高中物理课堂内容更为广阔、更为丰富，授课形式也更多元，充分激发了课堂的活力和生命力，成为培养学生兴趣和逻辑思维能力的最强催化剂.同时，这也对教师们提出了更高的要求，面对课堂选择度和自由度的扩大，怎样设计教学才能打造出符合学生认知规律的物理高效课堂[1]、切实培养学生的物理学科核心素养？本文以“超重与失重”为例展开论述.

1 从学生的认知出发选择内容

一节课中最重要的是内容，教学首先要从学生的视角出发，筛选最适合的教学内容.比如“超重与失重”的核心内容是超失重的现象及其产生原因，可是超失重的现象有很多，能够解释其原因的实验也不少，教师在有限的课时内应该如何选择？需要从学生的视角出发，根据学生的实际学情从学生的思维起点出发，因为学是教的出发点.美国教育心理学家奥苏贝尔说：“如果我不得不把全部教育心理学还原为一条原理的话，我将会说，影响学习的唯一重要的因素是学习者已经知道了什么.”

学生已有的知识和经验是教学活动的起点，从这一起点出发，思考学生要学什么，见到某一现象或听到某一问题的思维活动是什么.充分了解学生内心所想，就可以创造出最适合学生的教学内容.

超失重教学，学生的认识通常要经历三个阶段，首先是对概念本身的理解，知道超和失的“重”是什么;其次通过具体的运动过程理解超失重的条件，最后能够在不同情境中灵活地判断和应用超失重规律.值得一提的是教材中所提供的教学内容非常有借鉴价值，在超失重这节课中教材提供的素材依次有：在电梯启动和制动阶段称体重、在体重秤上做蹲起动作，人教版新教材又加入了空间站里的“水球”，都是非常适合学生认知的.笔者在对学生进行学情分析之后，又在这些素材的基础上补充了一个问题.

学生的认知思维发展通常是螺旋上升的[2]，课堂按照学生思维发展特点设计成层层深入、螺旋递进的教学环节，有助于更好地培养学生的思维品质.随着学生认知层次的丰富和深入，教学环节也要相应地拓展情境范围，随着面临的情境越来越广泛、越来越复杂，学生对知识的理解也就越来越深入[3].

2 从学生的思维出发设计教学

同样的内容通过不同的教学方式演绎成就了千姿百态的课堂.其中最适合学生的教学方式才是最好的，这就要求教师要从学生的天性、认知和逻辑起点出发设计最佳的教学情境，设计引人入胜的问题链，设计最高明的设问方式.按照苏联心理学家维果斯基的“最近发展区理论”，情境教学一端连接了学生现有的认知和能力水平，另一端连接着学生可能的发展水平，情境就像一根引线串接起教学的出发点和落脚点，连接起学生思维的起点和发展点.

兴趣是最好的老师，为了充分调动学生的学习兴趣和热情，“超重与失重”这节课采用了“是真的吗”的游戏情境模式.课堂伊始，教师给同学们一张比较瘦的人物照，问学生“她的体重200斤，是真的吗？”学生们哈哈大笑，接着问“有没有可能称出200斤？”这立刻会引发出学生对“称重”饶有兴致的思考.把这一思考延伸下去，让学生认识到“秤”上显示的示数是弹力，真正的称重需要在平衡条件下进行，这是学生对超失重规律的第一层认知.

如果物体处于非平衡状态会怎么样呢？引入第二个情境：在电梯中称重.为了增强情境的真实性，提前让学生在电梯中录制好称重视频，如图1所示，图1（b）是实验器材PASCO力学平台.在电梯上升和下降过程中的支持力随时间的变化关系如图2所示.围绕这一情境设计三个问题：

（1）图像中不同的平台分别对应着电梯的什么运动？

（2）总结出超失重的条件.

（3）求该电梯上升阶段的加速度是多大？

学生在真实情境中提炼出超失重的条件，并学会运用超失重规律解决实际问题，从而在认知上深入一层.

第三个教学环节需要提供一个常见但复杂的情境供学生分析，“在体重秤上做蹲起示数会先减小后增大，请问这是真的吗？”这一情境中的难点是速度和加速度纠结在一起，需要清晰的分析才能对运动定性分类，这对思维有很好的培养和提升效果.学生有的说“是真的”，也有说不对的，一阵讨论之后，大多数学生认为不是真的，但又很难说清楚到底是怎么变化的.此时，老师请学生现场演示并把实验数据记录下来，如图3所示.随后结合F-t图像引导学生对“蹲”和“起”的过程做细致的速度和加速度分析，再结合超失重的现象加深对超失重条件的认识.

這一情境比电梯运行的情境复杂，学生对超失重的认知将更加深入.

第四个情境应该拓展到更广阔的视野，笔者选取的是太空中的完全失重现象，展示出王亚萍老师在太空中授课漂浮的视频和水球的照片，引导学生分析太空中的受力、运动与完全失重之间的关系.将学生对超失重的认识从直线变速运动拓展到匀速率圆周运动，进一步深化对超失重本质的理解.

建构主义理论认为，学生认知上的冲突，必然促使学生实现知识建构的契机和动力[4].课堂的最后，创设了一个有认识冲突的问题情境，“如图4（a）所示，水桶中漂浮在水面上的木块，当水桶向上做匀加速直线运动时，木块的浸没体积会增大，请问这是真的吗？”这是一个全然不同于“称重”情境的新知识，在思维认知上既提高了层次又拓展了宽度.上课时，学生刚接触这一问题的瞬间，马上进入了安静的思考，部分学生开始思考运算分析.

从直觉上看，浸没物体的体积会在水桶向上加速时增大，因为当木块、水和水桶一起静止时，F浮=mg=ρgV排1;当三者一起向上加速时，F′浮=mg+ma=ρgV排2，所以V排2>V排1，浸没体积增大.但这一分析没有考虑到浮力产生的本质，即浮力是液体上下表面的压力差，属于弹力，在运动过程中也会出现“超”和“失”的现象.向上加速会引起超重，也就会使压力发生变化，进而导致浮力发生变化，分析水中的一段水柱，如图4（b），当水处于静止状态时，F浮=N支-N压=mg=ρgV;当水向上加速运动时，F浮=N支-N压=m（g+a）=ρ（g+a）V，即运动不平衡的水，其浮力大小随着加速度的大小和方向而变化.那么，上述问题中当木块、水和水桶一起向上加速运动时，应有F′浮=mg+ma=ρ（g+a）V′排2，所以V′排2=V排1，浸没体积应该不变.在完成分析之后利用图4（a）所示的装置进行实验验证，通过手机录像和慢放功能可以清晰地看出木块的浸没体积在匀加速运动过程中始终保持不变，学生看后非常震撼.

3 总结与反思

“超重与失重”这节课从学生的思维发展特点出发，依次设计了教学环节和认知层级（见表1），从夸张的体重、在电梯升降时称体重、在静止的体重秤上做蹲起、太空中的完全失重、变速运动过程中的浮力变化这五个层级递进的教学环节，以熟悉且有趣的游戏情境“是真的吗”为引线，引导着学生对超失重规律从直观经验到对概念规律的初步认识，到对规律内涵的加深理解，再到规律外延的应用，最后在一个新情境中迁移建构并运用规律预测解释现象.教学过程流畅严密，紧紧地吸引着学生的思维.

参考文献：

[1]胡世龙.构建符合学生认知规律的物理高效课堂——以苏科版“重力”教学设计为例[J].中学物理，2018，36（06）：44-46.

[2]郭佳伟.皮亚杰发生认识论研究[D].廊坊：河北大学，2011.

[3]路文柱.物理學科思想方法与能力培养之螺旋式教学[J].湖南中学物理，2012，27（11）：1-3.

[4]侯中柱.基于核心素养下直接经验激起学生认知冲突的教学策略[J].中学物理，2018，36（02）：2-5+13.

（收稿日期：2020-12-08）