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摘要：基于学的沉浸式物理课堂是一种深度交互课堂，沉浸式课堂主张将课堂支配平权化，把学习的主动权还给学生。本文分析了沉浸式物理课堂的几点策略：让学生沉浸在熟悉的生活情境中;让学生沉浸在有趣的实验现象中;让学生沉浸在新旧知识的冲突中;让学生沉浸在动手探索的实操中;让学生沉浸在虚拟实验的感官中;让学生沉浸在叙事的类比中。

关键词：学习路径 沉浸式课堂 设喻类比

一、传统之瑕  催生新芽

传统物理课堂只注重教师在课堂的主导地位，忽视学生主体。老师是课堂的主人，教师们往往有很强地教学管理能力、课堂驾驭能力，对课堂有绝对的主导权，课堂把握得死死的，绝对地一言堂。传统物理课内容是教师根据以前的教学经验和考试要点，准确把握教学习题，做到所谓精讲精练。课堂教学目标过度重视知识规律的认知、识记，完全轻视学生核心素养的培养。教学手段的选择比较单一，一块黑板一粉笔，一块抹布一张嘴，以讲授式灌输为主，缺乏学生的亲身体验，对知识内化形成过程不够重视，教师把自认为重要的考点题型满堂灌给学生，更有胜者，害怕课上讲不完，提前几分钟上课再拖几分钟下课。课堂互动简单地异化成用提问来提醒学生集中注意力。经过长时间的传统课堂，学生学习方式也变得只愿接受、不爱思考、不去自究，严重违背人类认识自然的认知过程，最终学习的效果是课上一听就懂、例题一看就会、练习一做就错。高效的物理课堂需要改变传统教学现状，基于学习路径的沉浸式课堂便成为研究的主题。

沉浸式物理课堂是一种深度交互课堂，是利用现代心理学技术，教育多媒体技术，优化物理演示实验器材还原物理定理和定律的建立过程，充分触发调动学生各认知器官，使学生的听觉、视觉、触觉及一切感受沉浸在教学内容中，学生精力完全投注于教师所营造的学习情境中，有一个身临其境的感觉，会有高度的兴奋及充实感，进而产生高效的学习“心流”，充分地与思维环境进行交互，学生失去“自我意识”，对时间认知发生短暂“扭曲”，时间认知缩短，学生在专注于课堂目标情境下感到愉悦和满足，以达到忘我的内化探究过程，达到学习者入眼、入脑、入心的效果。

二、有路需寻  有径较捷

基于学有两个维度层面：一是基于学习路径。学生是学习主体，是课堂的主人，每个学生都有自身的思维习惯、生活经验、学习基础，一切教学行为都要针对教学个体设计学习路径，这样才是高效的课堂，如图1所示，同样的攀爬游戏，不同体质不同性格的游戏者会采用不同的方式路径：有的用手，有的用脚，有的手脚并用向上爬;有的走铁杆，有的选网线，有的在观望。生活如此，学习亦然;二是基于学习素材。核心素养的培养要依托于学习素材，教学素材的选取要有针对性、目的性，并易引起学生的情感共振，不同的学习内容和素材要采用不同的教学路径，利用声光电、听说看技术媒介，设计出不同的沉浸路径。

笔者在进行圆周运动向心力、向心加速度一节教学后，有一同学在做向心力定性判断时总要出错，在与他面对面进行交流时，发现他无法理解向心力是变力，加速度是变加速度，笔者反复强调“力、加速度都是矢量，是否变化要看大小还要看方向，只有大小和方向都不变才表示不变”。他回答说这个知识点是懂的，但还是不理解圆周运动向心力是变力，并画出如图2运动受力分析草图来说明，“老师你看，这A点向心力是指向圆心，B点向心力是指向圆心，C点向心力是指向圆心，D点向心力是指向圆心，向心力都是指向圆心，怎么变了呢？”这个时候我才恍然大悟，学生所说的向心力方向不变是“指向圆心”这四个字来看是不变。我问他，向心力虽然是指向圆心，但我们研究方向时是针对地面上的观察者来说的，向心力时而向上时而向下，时而向左时而向右（时而向东时而向西，时而向南时而向北），方向是不是变了？他一拍脑袋回答道“我明白了，这不是相对圆心来说的，那么向心加速度虽然是指向圆心，但也是时上时下、时左时右，方向也是变化着的，所以是变加速运动”。再如刚学完光的薄膜干涉及应用后，有的同学会发出灵魂考问：“暗条纹处为薄膜前后两个面反射的光相抵消，那么光能那里去了;照相机镜头前加上绿光增透膜以增强进入相机里的绿光，但是加上增透膜后不是多了两个反射层面，反射的光不是增多了吗，怎么会是进入的光多了，怎么叫增透呢;如果把教室窗户玻璃的厚度做到一个恰当厚度，这个厚度刚好是白光中名色光的半波长的整公倍数，从室外射入的光在玻璃两面反射，各色光恰好抵消成暗条纹，是不是阳光就照射不进教室了呢？”

上面同学刚好是我们教学中遇到的两类有代表性的学生。从学习路径来看，可以概括为两类：学霸型和学困型。他们在面对缺乏建立概念规律所需的感性经验时，学霸型一提就明白，而学困型要通过足够的典型实例，丰富的图片实验，获得了足够的感性认知后才能理解撑握。学霸型走抽象路径，像神一样存在，他们善于理性抽象，思维活跃，允许问题思路跳跃，不连续，课堂教学路径宜多思辨，少举例，问题路径要有思维广度深度，一切问题可用字母阐述，教学语言仅量科学简洁;学困型适宜感性路径，这类同学善于感性思维、概括能力弱，思路需要层层递进，步步为营，不能有半点断层跳跃，教学路径需辅助大量数值举例，设喻比方，教学语言多白话，多口语。

三、沉浸课堂  体验策略

沉浸式课堂主张将课堂支配平权化，把学习的主动权还给学生，教师是课堂的协调者，通过教师的引导使学生投入到高效学习的状态中去。沉浸式课堂的主要特点是：学生要主动、教师善导动、问题串驱动、多元化互动。沉浸式课堂产生的条件有三个：一是学生的能力与学习目标相匹配。如果学生的能力层次较低，但是教学素材内容难度很大，学生面临很大的挑战，会产生焦虑不安而放弃。如果学生的能力层次很高但面临的学习挑战很低，他们会觉得无聊无效而放弃。二是设计体验过程时，要有非常明确的目标，比如球幕影院，它的设计就是给观众带来强烈震撼的视听冲击，并使其享受身临其境的高科技虚拟现实体验。三是对学生的交互行为要有即时的反馈，让学生感受到任何互动都有回应，并在他可接受范围时间内响应。如图3是一堂教学人体结构的生物课，教师穿上绘有人体各部位结构示意图的衣服，为学生创造了完美的沉浸式体验情境。下面浅谈沉浸式物理课堂的几点策略：

1、让学生沉浸在熟悉的生活情境中

物理来源于生活，又反作用于生活！物理规律概念是科学家对纷繁复杂的自然现象进行观察、总结出来的，是一种高度的抽象和概括，所以从规律概念的形成本源来看，与生俱来的学习难度！教学设计时必须创造出适切的生活场景，让学生沉浸在熟悉的生活情境中，去体会物理知识的产生过程。如在进行机械波教学导入时，给学生投影了如图4的情境：水珠滴滴，波浪在水面上传播;红旗飘飘，波浪在旗面上传播;地壳抖抖，波浪在地面上传播;长绸舞舞，波浪在绸带上传播;手握绳端上下抖，波浪从手向外走。通过这一系列的情境铺垫和文字说明，可以让学生感知波就能在固液气中传播，的，同时充分体会到绳波具有代表性，研究波就需抽象出绳波来进行理想化研究，其他任何复杂的波都相当是理想化绳波的合成叠加，对机械波传播规律的学习打下良好的基础。

2、让学生沉浸在有趣的实验现象中

物理学是实验科学，课堂教学要以实验为基础创设物理情境，重现规律的形成过程，让学生沉浸在实验现象中去分析总结，加深理解，增加学习物理的兴趣。在进行光的全反射教学过程中，做了如图5所示的实验“会吃鱼肉的神水”，在一个透明密封塑料袋内有一张白色纸片，在塑料袋上画上鱼的骨架，在白纸上对应骨架之外的位置画上鱼肉，当袋子插入水中时，从上向下观看，会看到神奇的现象：插入水中部分的鱼肉消失只剩下鱼骨，而在空中部分肉骨全在，出象水吃肉的特殊情境。这个实验现象能让学生思维沉浸在不可思议的奇幻之旅。整个课堂围绕着破译水吃肉的实验进行分析教学，学生全情参与到课堂教学活动中，全反射知识做到无痕内化！

3、让学生沉浸在新旧知识的冲突中

当学生在面对新的知识与过去撑握的知识产生认知冲突时，总是努力用已具备的旧有知识、旧有经验去同化新知，但由于知识水平的局限，会造成学生“心欲求而未得，口欲言而不能”的局面。教师要善于利用学生认知冲突点，引导学生对旧知识提出新问题，这样既巩固了旧知识，又使新概念从旧知识中自然引伸出来，激发了学生了解新知的欲望，有利于学生对新知的学习理解。在全反射一节教学导入课题时，展示如图6情境，请同学们用上节课已学折射率知识完成下面问题：一束单色光从玻璃射向空气中，已知玻璃对光的折射率为 ，，请分别定性画出当入射角为15o、 30o、 45o、60o时的折射光线？学生很顺利地画出前面三种情况的折射光线，当入射角为60o时无法求出对应的折射角，按照折射定律求出折射角正弦大于1，而正弦函数值最大值为1，这让学生感到诧异，要么是折射定律不正确，要么是方法不正确！在这样的纠结中开启新内容的学生，能充分调动学生的思维器官，整堂课沉浸在新知的探索中。再如讲解欧姆定律导入时，例如用额定电压均为220V，额定功率分别为40W和60W灯泡串联后接在电压为220V的电路中，试分析哪个灯泡更亮？学生会根据初中所学，认为功率大的60W就是更亮的。当教师给出正确答案为40W灯泡更亮时，学生不相信！通过老师的引导，学生分析后才恍然大悟，通过这样的认知冲突使串并联知识、电功率的分配等规律在学生心中会有更加深刻地理解。

4、让学生沉浸在虚拟实验的感官中

物理学主要是研究物质运动变化的规律和道理，物理过程有很多是变化特别快，或者是过程演进要用的时间很漫长，由于受时间空间限制，无法在一节课的教学片断中完美呈现物理事件的全过程。还有些物理现象微观抽象，其过程无法用实验去宏观再现。传统课堂的一块黑板一张嘴无法准确表现物理学中这些“快动”、“慢变”、“微观”的特点，这就导致学生学习路径无法同步，束缚学生的思维路径，长此以往，学生就会对物理学习产生反感厌学，影响到课堂效率。倘若我们用多媒体动画把慢过程变快，快过程变慢，把微观过程宏观化，抽象内容形象化，更好地突破物理过程的时空限制。同时也使学生沉浸在教师所渲染的生动情境中，学习兴趣大增，由被动学习变为主动学习。如浙江省高考非常强调学生立体空间的想象能力，在高考题中就会有立体图为背景的题目。在平时教学中我们就要有意识地加强学生空间想象能力的培养。如电荷周围的电场线是立体图形，磁体周围的磁感线也是立体图形的，电场线磁感线是假想的虚拟模型，教学中用语言描述不易讲清楚立体分布情况。若采用如图7所示的3D动画模拟技术来模拟演示磁体周围、电流周围的磁感线、电荷周围的电场线分布，可以在屏幕上呈现立体变化过程，就会使磁感线电场线的现象更生动、更形象地实现， 帮助学生深刻理解无场线的空间分布，培养了空间思维能力，提高了课堂教学效率，提高了学生学习的积极性。又比如在电容器充放电实验时，无法用指针式电流表准确观察充放电电流的快速变化规律。可以借助传感器用计算机模拟显示电流随时间的变化规律，用图线的形式让学生充分地了解电容器的充放电过程。这种实验数据的快速处理，节省下课堂教学时间，留下足够时间去分析解释实验规律和现象。

5、让学生沉浸在动手探索的实操中

心理学认为，在学习效率提升过程中，听讲、看讲、做讲三类上课学习状态中，后一种学生动手做答、操作总结是最为有效。动手探索符合人类的认知过程，是一种从操作思维到形象思维再到抽象思维的高效进阶过程。动手探索可有学生分组仪器实验，也可以有理论推导做答。学生在获得操作体验的同时，思维能力、物理核心素养得到了发展，学习者从体验操作中有感而悟，物理学习不是负担，而是快乐，物理知识的学习撑握是一种水到渠成的过程。仪器实验当然是最好的实操方式，但是所用时间较长，仪器材料要求较多，相比之下理论推导分析环境要求就低，实施起来更方便。比如图8在机械波叠加教学过程中，我们可以提前给每位学生印刷好如图所示的画图模板，课堂上留充分的时间给学生动手动笔画出各种位置、各个时刻两波的叠加图，充分发挥课堂同伴互助功能，同学之间相互点评、相互提点，以达到对波的干涉叠加规律深刻内化。再如在进行电学实验教学中，分压电路实物图的连接是一个难点，不论老师在黑板上板书板画多少次，总有不少学生不能很好地撑握，在这块教学时可以印制各种电路实验图，让学生动手独立完成实物连线，并画出相应的电路图来加深应用。

6、让学生沉浸在叙事的类比中

物理知识规律是对物质世界的高度概括，具有很强的抽象性，很多概念很难用准确的科学语言给学生讲解清楚，学生很难真正地理解领悟其物理本质。教学中可以让学生沉浸在举例设喻、比较类推等象征性表述中去感知物理概念的内涵和外延，这样可以激发学习兴趣，达到事半功倍的效果。物理教学中有很多的设喻问题，可以把物理学中抽象的物理概念、物理因果、物理模型与学生生活中某一类具体的、有形的、司空见惯的事物属性进行的类比推理，这样能够深入浅出地说清那些无形的、陌生的深奥物理过程，使学生对所要学习的物理问题有一个直接的、具体的、形象的认识，进而撑握物理规律。比如在恒定电路的教学中，可以把学生生活经验丰富的水路进行类比分析：水泵类电源、阀门类开关、水管类导线、水压类电压、水轮机类用电器。在水路中，阀门要关闭才能形成通路，要有水面高度差有水压才能有水流动形成水流，要保持水流就要有持续的水面度差，就要水泵持续工作抽水。在电路中类比，开关要闭合才能形成回路，要有电势差有电压才能有电荷定向移动形成电流，要保持电流就要有持续的电势差，就要电源持续工作搬运电荷。电路中电源作用相当于水泵抽水在电路中抽电。水泵工作要耗能，把其他能转化为水的重力势能;电源工作要耗能，把其他能转化为电势能。通过对比，学生对电流、电源会有更深刻的理解。在电场一章物理量的正负含义教学时，可以把所有的物理量正负进行类比设喻分析：电荷的正负不表示大小也不表示方向，表示什么呢？表示自然界中有两种不同的电荷，是不是也可以叫“公电荷/母电荷，男电荷/女电荷，黑电荷/白电荷，雄电荷/雌电荷，阳电荷/阴电荷，化学上不是真叫阳离子阴离子吗！！”，所以有5C<-6C。电场力做功的正负不表示大小也不表示方向，表示什么呢？一般会认为电场力做正功表示电场力是动力，电场力做负功表示电场力是阻力，这样讲解后学生并没有对功的正负有深入理解。这时我们可以用如图9所示存折照片让学生分析存折中“支出（—）或存入（+）”以及数据前的正负去理解什么意思？学生很容易理解这里的“—”号表示支出、失去、减少了钱，可以认为此“负”为“付”出钱的“付”。“+”号表示收入、得到、增加了钱，可以认为此“正”为“挣”到钱的“挣”。回过头来看，很方便理解功的正负表示为物体得失能量，电场力对物体做正功，物体挣到了能，电场力对物体做负功，物体付出了能，功的正负是表示物体得失能量，是能量传输方向，所以有5J<-6J。电势的正负不表示方向但表示大小，为什么呢？在电场这章中，电势这个概念本来就很难理解透彻，我们在教学中可与地势高低进行类比教学，地势高低可以用海拔表示，海拔有正有负，正负不表示方向但要表示大小（地势高低），海拔为正表示在海平面上方向，海拔为负表示在海平面下方向，所以有5m>-6m即5m地势高于-6m的地势，并且地势高低与外界检测无关，只与地理位置有关。电势与地势类比，所以有5V>-6V即5V电势高于-6V的电势，电势高低与放入电荷无关，只与电场及其中位置有关。

总之，沉浸式物理课堂要有丰富的课堂素材，学生对学习活动有足够的主控感，尽可能排除学生课堂教学内容之外的所有干扰，顺利地集中注意力去认知迁移，让学生深度地感观体验和认知体验，达成学习预期行为。教师在课堂的作用是利用学生高度集中的注意力来引导学生产生某些情感与体验，最后达到终极目的，体验即目标！