周潔

[摘 ? 要]在教學(xué)過程中，通過情境創(chuàng)設(shè)引起學(xué)生一定的認(rèn)知沖突，可以幫助學(xué)生理解教材，并駕馭教材。文章以“揭秘重心奧秘”為例，通過情境創(chuàng)設(shè)、問題產(chǎn)生、質(zhì)疑評(píng)價(jià)、內(nèi)化提升這四個(gè)步驟，探討基于認(rèn)知沖突的學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)策略。

[關(guān)鍵詞]認(rèn)知沖突;科學(xué)思維;重心奧秘

[中圖分類號(hào)] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號(hào)] ? ?1674-6058（2020）32-0056-02

教師在教學(xué)過程中要以學(xué)生原有認(rèn)知為基礎(chǔ)，設(shè)置對(duì)學(xué)生來說具有一定的情感特征的，能夠激起學(xué)生認(rèn)知沖突的外部環(huán)境，【1】以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)概念及規(guī)律，進(jìn)而駕馭基本知識(shí)，掌握相關(guān)技能，而不是被知識(shí)牽著鼻子走。在初中物理教學(xué)過程中，如果能夠在情感上激起學(xué)生認(rèn)知沖突，形成科學(xué)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，最終使學(xué)習(xí)的概念及規(guī)律得以科學(xué)建構(gòu)，就能使學(xué)生的身心得到發(fā)展，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、產(chǎn)生認(rèn)知沖突的幾種情形

認(rèn)知沖突是指學(xué)生學(xué)習(xí)的新知識(shí)或新情境與已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)不能相互融洽，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)將要學(xué)習(xí)的新知識(shí)存在不同想法的客觀現(xiàn)象，如果能夠有效利用學(xué)生的認(rèn)知沖突，將會(huì)使教學(xué)產(chǎn)生事半功倍的效果，因?yàn)閷W(xué)生在這種情況下記憶猶新，理解深刻，產(chǎn)生新的思維。生活中使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突的幾種情形。

1.對(duì)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)掌握不深刻

教師在備課時(shí)要充分考慮學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，新授課的內(nèi)容是否能夠利用原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，幫助新授課順利進(jìn)行，不能僅僅考慮知識(shí)與分?jǐn)?shù)，讓知識(shí)孤立于原有認(rèn)知之外，這樣的物理課堂是一種機(jī)械式宣講，談不上什么科學(xué)思維，這樣的教學(xué)何談核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.創(chuàng)設(shè)的情境與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)不匹配

現(xiàn)在物理課堂教學(xué)引入的方式之一就是創(chuàng)設(shè)情境，然而創(chuàng)設(shè)的情境一定要考慮學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，不與學(xué)生的認(rèn)知相匹配的情境將不利于課堂教學(xué)的開展，只能是單純地教授知識(shí)，這樣的學(xué)習(xí)，會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。

3.學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)與思維發(fā)展不相適應(yīng)

初中階段，是學(xué)生由形象思維向抽象思維過度的階段，教師應(yīng)認(rèn)清學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，將課堂教學(xué)與學(xué)生的抽象思維相結(jié)合，通過適量訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

二、認(rèn)知沖突下學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

培養(yǎng)學(xué)生思維能力的教學(xué)流程如圖1所示。

【創(chuàng)設(shè)情境】

雜技演員在表演時(shí)，手拿一根細(xì)竹竿，在竹竿的尖端頂著一個(gè)旋轉(zhuǎn)的瓷盤，演員在做各種動(dòng)作時(shí)，盤子卻不會(huì)掉下來，這是為什么呢？

【產(chǎn)生問題】

倘若我們在欣賞雜技演員精湛的藝術(shù)表演的同時(shí)，思考相關(guān)問題，仔細(xì)琢磨其中的物理原理，揭開“雜技之謎”，會(huì)更加覺得趣味無窮。

選用細(xì)且較長的竹竿，主要是控制竹竿的重心位置，使竹竿的重心處于較高位置。

關(guān)于物體的重心，涉及以下幾個(gè)問題。

（1）如何確定重心的位置？

重心是重力的作用點(diǎn)，質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體的重心就在它的幾何中心上。形狀不規(guī)則的物體的重心可以用懸掛法來確定，如圖2所示是懸掛法尋找重心的方法;也可以采用支撐法來確定物體的重心，即將形狀不規(guī)則的物體按如圖3的兩種方法確定重心O。

（2）重心是否一定在物體上？

重心是重力的等效作用點(diǎn)，是力的三要素之一，根據(jù)物體的形狀、質(zhì)量分布等可以判斷出重心可以在物體上，也可以不在物體上。例如均勻規(guī)則的圓環(huán)，重心在其圓心處，不在圓環(huán)上;均勻規(guī)則的直角三角形，重心也在略靠近中心的空心處。

（3）重心的位置一定不變嗎？

一般情況下，靜止不動(dòng)的物體重心的位置是不會(huì)變化的，但是，如果物體的位置發(fā)生變化，重心的位置是可能會(huì)發(fā)生變化的，如人在走路時(shí)，重心的位置是會(huì)時(shí)高時(shí)低的，即單腳著地時(shí)重心的位置高點(diǎn)，雙腳著地時(shí)重心的位置低點(diǎn);彎腰時(shí)重心的位置會(huì)變低。

（4）重心的位置對(duì)物體的穩(wěn)定度有影響嗎？

改變重心位置，可以改變物體的穩(wěn)定度，比如一般大型卡車在運(yùn)載貨物時(shí)，往往會(huì)將較重的物體堆放在卡車的下部，而將較輕的物體堆放在較重物體的上方，這樣可以降低卡車運(yùn)載貨物的重心，提高卡車在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。

【質(zhì)疑評(píng)價(jià)】

李吉林老師認(rèn)為“情境教學(xué)就是創(chuàng)設(shè)典型情境，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，把情感活動(dòng)和認(rèn)知活動(dòng)結(jié)合起來的一種教學(xué)模式”。這種教學(xué)模式能夠在一定程度上激發(fā)學(xué)生的情感，在學(xué)生原有經(jīng)驗(yàn)知識(shí)與現(xiàn)有認(rèn)知水平之間產(chǎn)生認(rèn)知沖突，進(jìn)而解決師生、生生與生本之間無法科學(xué)有效建構(gòu)的問題。這就要求教師在教學(xué)過程中充分認(rèn)清學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，創(chuàng)設(shè)適合學(xué)生的情境，這種情境既能激起學(xué)生對(duì)新知識(shí)的探究欲望，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，又能提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)與終身發(fā)展相一致的核心素養(yǎng)，如圖4所示，這樣基于情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突的教學(xué)策略，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

如圖5是玩具“不倒翁”，被扳倒后會(huì)自動(dòng)立起來的奧秘是重心較低，不易傾倒，原因是當(dāng)傾斜相同的角度時(shí)，重心低的物體不易超出它的底部支撐范圍，因而不易傾倒，所以重心越低越穩(wěn)定。然而，在竹竿頂?shù)碾s技表演情境中，雜技演員需要選用細(xì)且較長的竹竿來表演雜技，細(xì)且較長的竹竿重心較高，雜技演員怎么能輕松自如地控制竹竿來表演雜技呢？這不是與“重心越低越穩(wěn)定”相矛盾嗎？

【內(nèi)化提升】

重心的高低對(duì)物體的穩(wěn)定度是有影響的，其實(shí)重心越低越為穩(wěn)定，重心越高越容易控制平衡，即改變重心位置，提高物體的穩(wěn)定程度，即重心位置越高，越容易控制平衡。如雜技表演，一個(gè)演員頭頂一根竹竿，竹竿頂端上還有一個(gè)人，由于重心很高，如果發(fā)生傾斜，倒下的時(shí)間較長，下面的人就有較多時(shí)間調(diào)整，反之，如果竹竿很短，下面的人就很難控制，這就像用手指頂根鉛筆，鉛筆很難被頂立起來的一樣。

比如，在如圖6所示的情境中，旅游登山時(shí)背囊中的物品有輕有重，應(yīng)該怎樣擺放才能使人不易向后傾倒，應(yīng)該怎么辦？

旅游登山時(shí)由于背囊中的物品受重力作用，這時(shí)人有向后傾倒的趨勢，為了不使人向后傾倒，人要稍微向前彎曲，這時(shí)為了使人能夠保持平衡，就應(yīng)使物品的重心與人的重心在一條直線上，如圖6是作出人的重力示意圖，這里需盡可能使物品的重心在人的重力作用線上，即把重的物品放在背囊上部，如果把重的物品放在背囊下部，此時(shí)物品的重心離重力作用線距離偏大，人容易傾倒。

這種情況就如同一位學(xué)生站在墻邊，身體豎直靠緊墻壁，將外側(cè)的腳抬起，如圖7所示，這位學(xué)生將會(huì)傾倒，也是由于人的重心偏離平衡位置，在重力作用下產(chǎn)生傾倒現(xiàn)象的原因。

揭秘重心奧秘：基于情境創(chuàng)設(shè)揭秘重心的奧秘可以歸納為以下三點(diǎn)：（1）重力的等效作用點(diǎn)是重心，均勻規(guī)則直棒的重心在棒的中心處;不均勻物體重心的位置，與物體的形狀、質(zhì)量分布等有關(guān)，可以通過懸掛法找到其重心位置;（2）物體的重心可以在物體上，也可以不在物體上，比如質(zhì)量分布均勻的圓環(huán)重心在圓心處，不在圓環(huán)上;（3）重心的高低對(duì)物體的穩(wěn)定度是有影響的，重心越低越穩(wěn)定，重心越高越容易控制平衡，即控制物體的穩(wěn)定程度需要降低重心，保持物體的平衡程度需要提高重心。

情境創(chuàng)設(shè)對(duì)激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突有著不可替代的作用，更為教師的教與學(xué)生的學(xué)架起一座連心橋。因此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)創(chuàng)設(shè)適合學(xué)生的情境，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生成為主動(dòng)學(xué)習(xí)的研究者和尋覓人，進(jìn)而為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

（責(zé)任編輯 南 賓）