文久江：创设学科情境，让思维可视化 | 名师引领
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教师用语言描述教学情境，学生难以感知；做了演示实验，但现象不够明显；一条定理反反复复地讲，学生还是不懂······为什么？怎么办？
建构主义认为，学生的学习不是凭空开始的，而是学生根据外在信息，通过自己的背景知识，建构自己知识的过程。信息技术为我们创设学科教学情境、化解认知困惑提供了有利条件。一起来看本期名师文久江老师是如何让思维可视化的。
创设学科教学情境，化解认知困惑
文 | 文久江
文久江 ：湖北省特级教师，湖北名师工作室主持人，湖北省荆州市沙市区岑河中学物理教师，第四届“明远教育奖”（实践类）获得者，首批“一师一优课、一课一名师”活动部级优课获奖者，“活物理”的倡导者、实践者和推广者，推行“有用、有趣、有探究”的物理教学。
人非生而知之。那么，如何有效突破认知障碍？我想起儿时学“象”字的经历。
教师教我们认“象”字，说“象”是大象的“象”。第二天，教师展示了一张卡片，上面画有一头大象，我忽然明白了，大象跟插葱的猪还是有所不同的。很多年后，在电视上看到行走的象群，我对“象”的印象才真正清晰。后来在动物园见到大象时，一下子就判定这长鼻子的动物就是大象。我小时候的困惑也是现在的学生在学习过程中常常遇到的问题。
教师用语言描述教学情境，学生难以感知；做了演示实验，但现象不够明显；一条定理反反复复地讲，学生还是不懂；对于概念的学习，学生不去理解只是死记硬背，一到解决实际问题就出错——诸多因素导致学生对物理课不感兴趣，上课注意力不集中。当今社会已迈入信息时代，信息技术改变了人类的生产、生活方式乃至思维方式。小时候认“象”的经历，让我意识到：用信息技术手段创设学科教学情境化解认知困惑，不失为一种好方法。
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重现多彩生活情境，建立生活世界与科学世界的联系
建构主义认为：学生的学习不是凭空开始的，而是学生根据外在信息，通过自己的背景知识，建构自己知识的过程。对于学科学习而言，我认为外在信息就是学科情境。
基于学生生活创设有效的学科情境会增强学科学习活动的生动性、趣味性、直观性，使枯燥乏味的学科知识产生丰富的依附点和切实的生长点，使得学科教育具有深刻的生活意义和深邃的生命价值，更容易让学生产生情感共鸣。
在教学方面，教师一直在努力探寻如何创设更多、更恰当的学科情境打动学生，吸引学生。17世纪出现插图，18世纪黑板广泛使用，教师创设的情境越来越多、越来越丰富，满足了学生的视觉感受。20世纪，幻灯片、无线电广播和动画片出现，教师创设情境让学生有了听觉体验。
随着计算机、互联网、虚拟现实等现代信息技术的出现，教师可根据学生的年龄特点和心理特征，利用信息技术适当地设置声情并茂的学科情境，使知识变得鲜活起来，让学生如身临其境，更好地感受知识的趣味性、真实性，引发共鸣，激发学习兴趣。
我在教学“噪声的危害与控制”时，为了让学生切身感受乐音和噪声的区别，利用动画再现两组声音。
第一组视频：潺潺的流水声、清脆的鸟鸣声、悠扬的乐声。我利用多媒体技术将声音与自然景观配合起来，让画面和声音在视频中同时出现。学生仿佛置身美丽的风景区，喜形于色。
第二组视频：采石场上，搅拌机正在发出嘈杂的声音；马路上汽车轰鸣声不断；街道上燃放鞭炮。学生仿佛置身于其中，似乎也有烦躁之感。
在学科教学中再现生活情景，可以帮助学生自然而然地建立生活世界和科学世界的联系，让学生真切地、直观地感受乐音和噪声的区别，进而提出对于“我们不喜欢令人烦躁的声音，怎么办”的问题，自然地引入课题“噪声的危害和控制”。
情境越生动，效果越显著。创设有效的情境，是激发学生学习兴趣的重要策略，也是帮助学生理解新知识的教学策略。有价值的情境一定蕴藏问题，能够引发学生有目的地思考。
再如，教学“电流与电压和电阻的关系”时，为了分析影响电流的因素，我将“两种不同规格的白炽灯泡分别接入家庭电路中”，让学生观察两个灯泡的亮度不一样，证明通过灯泡的电流不一样。
究竟是什么因素影响通过灯泡的电流呢？我通过拍照、放大等技术处理，将刚接入“两种不同规格的灯泡”的照片投影展示在交互式电子白板上，让学生对比观察，直观地观察两个灯泡的灯丝粗细不同。接着，引导学生分析，通过灯丝的粗细确定灯泡灯丝的电阻，猜想“影响电路中电流的因素可能与电阻有关”。
有效的教学方法都始于对学生已有经验的充分挖掘和利用。学生对于司空见惯的生活情境习以为常，不太注意，而教师应用信息技术以图片、动画等形式把这些生活情境生动地呈现在学生面前，就可以引导学生探究生活世界与科学世界的关系。
这样，除了能够激发学生学习兴趣，也起到强调作用，还是一种启迪和示范，让学生在鲜活的日常生活中发现、挖掘具有学科特点的情境资源，联系实际，探究科学。
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提供丰富社会情境，开阔学生人生和学科视野
理想的教学是基于生活的教学，是将教学内容从书本、课堂引向五彩缤纷的生活世界，将学生已有的经验世界、熟悉的现实世界和想象中的未知世界联系起来，使实践和生活成为学生发展的源泉，从而培养学生在生活、生产中探究问题的眼光，发展其独立思考、学以致用的能力。
为什么现实教学中学生很难将习得的知识或技能迁移到生活中去？原因在于：学生的生活经历不够丰富，传统方式教学时内容呈现相对呆板，环境封闭，资源相对匮乏，学生的学习活动所依存的情境被过度地简单化和抽象化，丧失了与现实生活的连接，造成学生的视野不够开阔。
随着智能手机、网络电视等媒体的普及，教师能给学生提供更多的生活情境之外的社会情境，以此来触发学生的情感，给学生演练或体验的机会，从而帮助其理解知识。
电视是一种大众传播媒介，其“声光电”的共同作用对受众有极强的感官刺激。此外，节目内容真实、权威，让人信服。教师应利用多种方法促使学生更好地利用电视进行学科学习，如结合课堂教学内容组织学生观看电视节目，让学生课余收看新闻及一些科技节目，以便了解最新科技成果，养成关心社会、关心科技发展的习惯。
教学“声的利用”时，我让学生了解“水波可以传递能量”后，通过类比法让学生猜想“声波也可以传递能量”。为了进一步说明声波具有能量，我打开一个网络链接，播放某电视台录制的一个片段“狮吼功震碎玻璃杯”：表演者对着一个空玻璃杯大吼一声，竟然将这个玻璃瓶震碎。玻璃瓶破碎让学生大为吃惊。学生借助这个电视节目提供的非生活情境进行分析、讨论，加深了对声音能量的认识。
再如，教学“噪声的危害和控制”时，课堂检测之后，我打开链接播放某卫视“读报”视频：复旦大学发明广场舞噪声“逼停神器”——有源定向传声器。有源定向扬声器与传统扬声器工作原理不同，其原理是首先将低频声音信号载于指向性很强的高频信号之上，再放大并发射，而后高频信号会被空气迅速过滤，使被选择的声音信号像激光一样定向传播。如果广场舞者使用新型扬声器播放音乐，就不存在扰民问题了。我利用网络让学生了解课本之外的控噪方法，并且要求学生在课外通过网络进一步研习控制噪声的各种方法。
现代信息技术的应用，不仅仅是单个设备的使用，而且是通过多媒体技术实现网络、电视、报纸等多种媒体的有效融合。同时，学生的学习空间不限于教室，而是拓宽到社会生活的各个领域。教师让学生通过多种途径接触与课程有关的现实情境，进一步了解和理解学科知识。当然，电影、电视、报纸、网络并不是专门为教学服务的，教师应根据学科教学内容和目标进行甄别、选择，及时引导学生观察、体验和总结。
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建构真实学科情境，搭建感性认识与形象思维之桥
学科知识来源于生活又高于生活，是形成学科素养的载体。唯有用学科独特的视角、独有的方式方法去审视问题、分析问题和解决问题，才能形成真正意义上的学科素养。
学科情境是学习学科知识的载体。独特的学科情境是学科知识发展的条件和背景，也是学生学习学科知识的环境。教师创设的教学情境应该是感性的、可见的，能强化学生的感性认识，并有利于向理性认识转化，促使学生形象思维与抽象思维互动发展。
以物理学科为例，它是随着人类社会实践的发展而产生、形成和发展起来的，经历了漫长的过程。在古代，由于生产水平低下，人们认识自然依靠的是人眼“不充分的观察”，以及在此基础上进行思辨性猜测来的一般性质。
到了15世纪末，技术有了大发展，系统的人眼“观察实验”和“严密的数学演绎”相结合的研究方法被引进物理研究领域。19世纪末物理学上一系列重大发现，对经典物理学理论形成了挑战。精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革使物理学的理论基础发生了质的变化——研究对象由低速到高速，由宏观到微观，研究者深入广垠的宇宙深处和微观粒子的内部，探究宏观世界的结构、运动规律以及微观物质的运动规律。
纵观物理学的发展，一切成果都是通过对物理情境的观察和研究获取的，正如捷克教育家夸美纽斯所言：“一切知识都是从感官开始的。”如今，单纯地凭人的肉眼很难获取更有价值的宏观或微观物理情境。对学生而言，不必苛求，尽可能使实验现象更醒目、更清晰、更容易观察即可。
在现代信息技术高度发达的今天，教师借助光学投影仪或视频展示台能将可视性差的实验及现象放大展现于屏幕，为学生提供了比传统实验手段更为理想的物理情境，让包括后排学生在内的全体学生都能清楚地观察实验现象。
我在讲“磁现象 磁场”时，让学生思考没有磁性的物体如何被磁化。实验中，由于回形针等物品太小，学生不易观察现象。我用投影技术将实验现象进行放大处理。我拿一支中性笔使笔芯靠近磁体，然后移动这个笔芯靠近回形针——清晰可见回形针被吸引了，说明回形针被磁化。接着，我将钢尺的一端接触磁体，另一端靠近回形针，结果回形针也被吸引，而将磁体拿开，钢尺仍吸引曲别针。
又如，“噪声的危害和控制”教学难点之一就是让学生理解何为噪声，何为乐音。声音听得见，看不见。怎么把听得见的声音变成“看得见的声音”呢？我决定用相关软件演示实验。选用的实验器材包括一个小锤、一个音叉、一块泡沫塑料、一块玻璃，以及录音设备、计算机，应用的软件有CoolEditpro软件以及有截图功能的工具等。
首先，我敲击音叉将声音录入计算机，便于学生观察声音波形。波形被放大后，学生可以清楚地看见音叉发出声音的波形，并对比录入声音的波形、放大的波形及最后定形的波形。
接着，我将泡沫划玻璃的声音录入计算机，再将声音波形放大，让学生观察声音波形。
最后，我用软件截图，将两种波形放在一起，让学生通过波形区别噪声和乐音。通过两次声音的录制、放大、截图对比，将抽象的看不见的噪声概念变成了看得见的不规则变化的波形，帮助学生建立噪声的概念，有效突破了教学难点。
应用信息技术呈现的肉眼无法辨别的缩小的或放大的学科情境，是体现学科知识发现过程、应用条件以及学科知识在生活的意义与价值的场景。利用这样的情境能有效地解决学生认识过程中的形象与抽象、实际与理论、感性与理性以及旧知与新知的矛盾，帮助学生准确理解学科知识的内涵，激发学生学习兴趣。
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建模思维过程情境，铺平抽象思维与形象思维之路
核心素养指学生应具备的适应终身发展和生活发展需要的必备品格和关键能力。中小学是分学科教学的，培养学科核心素养是核心素养落地的抓手，学科教学则是培养学科核心素养的主渠道。物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、实验探究和科学态度与责任四个方面。我认为前三者是关键能力，后者是必备品格，“关键能力”中的“关键”指的是“学科思维”。
思维是人类所具有的高级认知活动或智力活动，它是一个持续的有步骤的过程。人类通过已知探寻未知，经历一系列复杂的心智过程，这个过程是人类看不见的。思维结构随事物的发展和人的认识能力发展而发展。认识是主体对客体的反映，客体决定认识的内容，而客体对认识的决定作用是通过主体内部的思维模型实现的，思维模型对人的认识具有重要作用。
思维可视化为思维模型的建立提供了很好的途径，使人类隐性的思维过程显性化。教师利用文字、图像或动画建立思维模型，帮助学生思考并表达出来。将隐性的思维过程和显性的思维结果对照，让学生清晰地看到因果推理的关系和过程，有利于学生认识知识间的关联，改变知识构建的方式，也有利于他们理解知识、重构知识，减小认知负荷，使学习变得轻松。
在教学“声的利用”时，我将“声传递信息”研习重点放在声呐系统的研究过程上。在介绍人类对声呐系统的研究时，我用图片投影的方式介绍人类研究声呐系统的过程，对比事例，让学生逐步归纳。
在交互式电子白板上显示“出现问题”“提出问题”“研究问题”“解决问题”等一系列“对待问题”的思维活动和思维过程，意在启发学生思考，使其增长智慧，认识到在学习和生活中出现这样或者那样的问题并不可怕，逃避不是办法，要正确面对各种问题，并想办法解决。
学科思维是体现学科性质和特点的思维活动，是探寻思考、解决和评价学科问题的思维方式或模式。在教学中，教师应用可视化技术将人类解决问题的思维活动反映在交互式电子白板上，建立思维模型，使思维过程清晰可见，便于学生深入思考。
应用多媒体技术创设动静结合、声情并茂的“学科情境”，弥补了传统教学直观性不足、现场感不强的缺憾，给学生以鲜明、形象、直观的视听感受，使抽象的物理概念变得具体化、形象化。这样既可帮助学生有效地突破知识的重难点，感受知识的深度，又可让学生及时了解学科信息，加强与外界的沟通，增加知识的广度。
作为一名学科教师，必须不断更新教育教学观念，提高信息技术应用水平，用信息技术手段创设更生动、更深入、更活泼、更丰富的教学情境吸引学生、打动学生，不断提高教育教学效果，这也是教育信息化、现代化的时代要求。
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文章来源：《中小学数字化教学》2019年第10期
责任编辑：祝元志
微信编辑：李中华监 制：朱哲
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