初中物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)探究

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《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》指出，“物理課程注重實(shí)驗(yàn)，物理教師注重讓學(xué)生經(jīng)歷物理實(shí)驗(yàn)探究過程，提高學(xué)生解決問題的能力”[1]?！蛾P(guān)于深化教育體制機(jī)制改革的意見》強(qiáng)調(diào)，“注重培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)發(fā)展、創(chuàng)新性思維、適應(yīng)時(shí)代要求的關(guān)鍵能力”。當(dāng)今，信息技術(shù)與物理學(xué)科核心素養(yǎng)深度融合，應(yīng)用STEAM教學(xué)理念，以項(xiàng)目活動(dòng)實(shí)踐為載體，實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)，值得中學(xué)物理教師探究。STEAM教育最早由美國政府提出并實(shí)施，STEAM是融合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）五項(xiàng)目標(biāo)要求的教育新理念。美國物理教師協(xié)會(huì)（AAPT）堅(jiān)信物理應(yīng)在STEAM教育中發(fā)揮主導(dǎo)作用。筆者以“光的折射”為例，將物理學(xué)科核心素養(yǎng)和STEAM理念融入項(xiàng)目式物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)中，按導(dǎo)入、設(shè)計(jì)、實(shí)施、展評(píng)四個(gè)步驟設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)[2]，提高學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生融合多學(xué)科知識(shí)解決問題的能力和創(chuàng)新與合作的意識(shí)。

一、融STEAM理念于生活化教學(xué)，提高學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)

筆者在物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)中，將STEAM理念與物理學(xué)科核心素養(yǎng)融合，組織項(xiàng)目活動(dòng)，運(yùn)用數(shù)學(xué)、科學(xué)知識(shí)，融入審美要求，借助信息技術(shù)達(dá)成最終目標(biāo)，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)的創(chuàng)新人才。（一）實(shí)驗(yàn)生活化，實(shí)踐關(guān)鍵能力培養(yǎng)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科性質(zhì)的品質(zhì)，包括物理觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。筆者認(rèn)為，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)是必要且可行的。學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)，認(rèn)識(shí)物理規(guī)律，通過物理實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、效果可體現(xiàn)物質(zhì)本來的樣貌。當(dāng)前，一些視頻、軟件、平臺(tái)等確實(shí)解決了不少實(shí)際無法操作或現(xiàn)象不明顯等問題，但有些違背了自然規(guī)律（缺乏真實(shí)可靠性），如光傳播到界面只存在折射等。筆者專注物理生活化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在尊重客觀規(guī)律的同時(shí)，引導(dǎo)以學(xué)生的真實(shí)感受為基礎(chǔ)，結(jié)合生活情境將真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到實(shí)踐中。以“光的折射”為例，光路斜射到不同介質(zhì)的界面時(shí)，光不再沿直線傳播，會(huì)發(fā)生偏折，而由此引發(fā)的“潭清疑水淺”“魚叉扠魚”等活動(dòng)可直接讓學(xué)生通過項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)完成。這樣既能呈現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)生活化的真實(shí)性，又能展示物理現(xiàn)象的客觀性——突出了物理學(xué)科核心素養(yǎng)在物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)中的地位。（二）融合STEAM生活化理念，踐行核心素養(yǎng)培養(yǎng)。筆者根據(jù)STEAM理念開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)合中學(xué)物理的學(xué)科特色和本質(zhì)，針對(duì)某個(gè)或者多個(gè)問題組織實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與合作的能力。中學(xué)物理STEAM教學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)都存在交集[3]。根據(jù)認(rèn)識(shí)發(fā)展階段理論，初中學(xué)生已初步具備抽象思維能力。教師可通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓抽象的物理規(guī)律變得具體，組織STEAM項(xiàng)目活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的合作探究興趣，培養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新能力。現(xiàn)在一些初中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)生主動(dòng)性不強(qiáng)，為了解決這些問題，教師的教學(xué)應(yīng)該變得“新潮”“時(shí)尚”，積極探究如何捕捉學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究。STEAM教學(xué)不僅可以整合學(xué)科知識(shí)，綜合所有能為初中物理學(xué)科所用的知識(shí)，而且能針對(duì)初中學(xué)生的思維特點(diǎn)，提高學(xué)生審辨式思維能力和創(chuàng)新合作意識(shí)。STEAM教學(xué)與傳統(tǒng)的探究教學(xué)共同之處是都強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，重視學(xué)生主動(dòng)探究，不同之處是STEAM教學(xué)更加注重跨學(xué)科整合知識(shí)，有針對(duì)性地處理問題，有策略性地培養(yǎng)小組合作創(chuàng)新能力[4]。因此，筆者主張借助STEAM理念開展物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)，提高學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。（三）開展項(xiàng)目式教學(xué)，突解疑難問題。以項(xiàng)目式教學(xué)的模式踐行物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)是一種新方法。教師設(shè)計(jì)并實(shí)施完整的項(xiàng)目活動(dòng)，將生活化實(shí)踐教學(xué)提升到新高度，積極挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，促進(jìn)學(xué)生綜合能力發(fā)展。教師開展初中物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式教學(xué)，能為學(xué)生提供審辨式思維與創(chuàng)新生活化實(shí)踐的機(jī)會(huì)，有利于學(xué)生在生活化實(shí)踐中獲得知識(shí)，培養(yǎng)思維能力與創(chuàng)造能力，提高生活化實(shí)踐的應(yīng)用能力，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展。

二、用STEAM理論指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)踐，革新實(shí)驗(yàn)教學(xué)

筆者在“光的折射”教學(xué)中應(yīng)用STEAM理念和項(xiàng)目式教學(xué)模式（如圖1），對(duì)物理生活化實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了實(shí)證探究。（一）“S”趣味導(dǎo)入——檢驗(yàn)科學(xué)性和真理性。初中物理實(shí)驗(yàn)生活化實(shí)踐中，STEAM中的科學(xué)（Science）指學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新思維、質(zhì)疑能力、科學(xué)態(tài)度、物理實(shí)踐。無論采取哪種模式教學(xué)，教師都應(yīng)關(guān)注學(xué)生，兼顧知識(shí)學(xué)習(xí)和能力發(fā)展。如果采用某種模式教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了一定的能力，卻忽略了對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)，也是有失偏頗的。以“光的折射”教學(xué)為例，教師在設(shè)定學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)關(guān)注學(xué)生是否知曉光發(fā)生折射的條件，能否列舉生活中光的折射現(xiàn)象。學(xué)生探究光的折射規(guī)律并了解折射的原理后知道折射現(xiàn)象中光路是可逆的，這是教學(xué)應(yīng)該達(dá)成的目標(biāo)。教師要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的折射現(xiàn)象，用已有的知識(shí)解釋生活中因光的折射而發(fā)生的現(xiàn)象。筆者結(jié)合科學(xué)知識(shí)，直接以生活中的折射現(xiàn)象導(dǎo)入，讓學(xué)生模擬漁民扠魚的過程。在用亞克力制作的魚缸中，用氣球代替魚，用長竹簽代替魚叉。學(xué)生分成扠魚組和觀察組交替體驗(yàn)。這樣能更好地對(duì)比、呈現(xiàn)用魚叉不能全部扠中魚的現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)此，學(xué)生頗為疑惑。學(xué)生針對(duì)此情況深入思考，啟動(dòng)對(duì)相關(guān)知識(shí)科學(xué)性和真理性的檢驗(yàn)工作。（二）“T”有效設(shè)計(jì)——貫徹實(shí)驗(yàn)性和實(shí)踐性。筆者運(yùn)用STEAM理念將其中的技術(shù)（Technology）手段應(yīng)用于初中物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)中，結(jié)合初中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，既抓住學(xué)生的興趣點(diǎn)，又保證學(xué)生完成相應(yīng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目和任務(wù)活動(dòng)。初具抽象能力的初中學(xué)生對(duì)事物的認(rèn)知有一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)新鮮事物比較好奇。筆者針對(duì)學(xué)生參與“模擬漁民扠魚”活動(dòng)中遇到的疑惑，設(shè)計(jì)了有效的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生去解疑、驗(yàn)證。當(dāng)前在教學(xué)中，教師習(xí)慣通過各種投屏軟件將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程實(shí)時(shí)共享。作為初中物理教師，有效開展物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)關(guān)鍵在于讓學(xué)生親身經(jīng)歷真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程。教師可以通過各種信息技術(shù)手段記錄這樣的時(shí)刻并進(jìn)行分享，但不能忽略學(xué)生實(shí)驗(yàn)的真實(shí)體驗(yàn)。筆者設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察光斜射入水面時(shí)候的情況——在亞克力箱體外部貼上一張自制的標(biāo)記紙（畫大十字架），向箱內(nèi)加入一定量的紅茶水，水面上方用噴煙壺充滿煙霧，通過散射現(xiàn)象來呈現(xiàn)光路，清晰明顯，效果很好。學(xué)生通過觀察，確定光斜射時(shí)候在界面處發(fā)生偏折的客觀事實(shí)。筆者運(yùn)用巧妙有效的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了初中物理教學(xué)的實(shí)驗(yàn)性和實(shí)踐性。（三）“E”精準(zhǔn)實(shí)施——展現(xiàn)生活性和動(dòng)態(tài)性。之所以在中學(xué)物理中引入STEAM的工程（Engineering），就是因?yàn)槲锢韺W(xué)科與工程息息相關(guān)。筆者進(jìn)行項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在“光的折射”實(shí)驗(yàn)中分擔(dān)任務(wù)——通過精準(zhǔn)設(shè)計(jì)并實(shí)施教學(xué)過程，解決學(xué)生的實(shí)際問題，同時(shí)注重學(xué)生在參與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)（工程研究）中的情境體驗(yàn)。在光的折射分組實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過常規(guī)的探究，發(fā)現(xiàn)入射角增大時(shí)折射角也隨之增大，但折射角增至某一角度時(shí)折射光線突然消失。學(xué)生對(duì)這一現(xiàn)象頗為好奇，教師有必要針對(duì)這一特殊情況加以說明，解釋“全反射”的相關(guān)知識(shí)。即便此項(xiàng)知識(shí)不在初中物理考綱之中，不必深究原理但要講明事實(shí)。學(xué)生用強(qiáng)激光筆（綠光）來做此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)（光路通過工程性的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)），用亞克力透明板圍成一個(gè)箱子，并注入一定量的水，再利用噴煙壺噴入足夠的煙霧，觀察光路徑。如此，效果非常明顯——在入射角的動(dòng)態(tài)變化過程中，學(xué)生觀察到折射光突然消失。在教學(xué)中，筆者融合工程性的特點(diǎn)，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，展現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的生活性和動(dòng)態(tài)性。（四）“A”“M”個(gè)性展評(píng)——彰顯開放性和時(shí)代性。筆者在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，吸收STEAM中的藝術(shù)（Arts）與數(shù)學(xué)（Mathematics）思想，整合學(xué)生學(xué)習(xí)能力和解決問題能力評(píng)價(jià)體系，實(shí)施過程性和結(jié)果性個(gè)性評(píng)價(jià)。筆者認(rèn)為，物理實(shí)驗(yàn)生活化重點(diǎn)仍然是實(shí)驗(yàn)，融入藝術(shù)審美和數(shù)學(xué)分析是為了促進(jìn)初中物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)。在“光的折射”教學(xué)中，筆者給學(xué)生布置了一些任務(wù)，比如繪制光路圖。在用綠色激光呈現(xiàn)漂亮的光路圖后，有學(xué)生想到在紙板上記錄每條“光線”上的兩個(gè)點(diǎn)，根據(jù)兩點(diǎn)確定一線的原理，呈現(xiàn)光的傳播路徑，并通過預(yù)制作的大量角器測(cè)量并記錄入射角和折射角，將數(shù)據(jù)運(yùn)用信息化的方式分析，得到折射規(guī)律。對(duì)于光學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以運(yùn)用信息化的方式，并做數(shù)據(jù)分析。光學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)關(guān)鍵還在于體驗(yàn)光呈現(xiàn)的真實(shí)美感。教師可以引導(dǎo)學(xué)生，對(duì)類似于“潭清疑水淺”“錯(cuò)位的筷子”“紙杯中看不到的硬幣”等問題進(jìn)行探究。學(xué)生可以用個(gè)性化的方式展示成果，彰顯物理實(shí)驗(yàn)生活化的開放性和時(shí)代性。將物理學(xué)科核心素養(yǎng)要求和STEAM模式理念融合用于項(xiàng)目式物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)，目的就是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力——以共同創(chuàng)新與合作的方式，激發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在多樣的項(xiàng)目活動(dòng)中融合多學(xué)科知識(shí)，解決實(shí)際問題。物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑[5]，它符合物理學(xué)習(xí)的特性。

作者:梁喆