初中物理實驗生活化教學探究

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《義務教育物理課程標準（2011年版）》指出，“物理課程注重實驗，物理教師注重讓學生經(jīng)歷物理實驗探究過程，提高學生解決問題的能力”[1]?！蛾P于深化教育體制機制改革的意見》強調(diào)，“注重培養(yǎng)學生終身學習發(fā)展、創(chuàng)新性思維、適應時代要求的關鍵能力”。當今，信息技術與物理學科核心素養(yǎng)深度融合，應用STEAM教學理念，以項目活動實踐為載體，實施物理實驗生活化教學，值得中學物理教師探究。STEAM教育最早由美國政府提出并實施，STEAM是融合科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數(shù)學（Mathematics）五項目標要求的教育新理念。美國物理教師協(xié)會（AAPT）堅信物理應在STEAM教育中發(fā)揮主導作用。筆者以“光的折射”為例，將物理學科核心素養(yǎng)和STEAM理念融入項目式物理實驗生活化教學中，按導入、設計、實施、展評四個步驟設計教學活動[2]，提高學生物理學科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學生融合多學科知識解決問題的能力和創(chuàng)新與合作的意識。

一、融STEAM理念于生活化教學，提高學生物理學科核心素養(yǎng)

筆者在物理實驗生活化教學中，將STEAM理念與物理學科核心素養(yǎng)融合，組織項目活動，運用數(shù)學、科學知識，融入審美要求，借助信息技術達成最終目標，培養(yǎng)適應社會的創(chuàng)新人才。（一）實驗生活化，實踐關鍵能力培養(yǎng)。物理學科核心素養(yǎng)是學生在接受物理教育過程中逐步形成適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內(nèi)化的帶有物理學科性質(zhì)的品質(zhì)，包括物理觀念、科學探究、科學思維、科學態(tài)度與責任。筆者認為，以實驗數(shù)據(jù)為基礎培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)是必要且可行的。學生學習物理知識，認識物理規(guī)律，通過物理實驗的現(xiàn)象、效果可體現(xiàn)物質(zhì)本來的樣貌。當前，一些視頻、軟件、平臺等確實解決了不少實際無法操作或現(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驗教學，在尊重客觀規(guī)律的同時，引導以學生的真實感受為基礎，結(jié)合生活情境將真實的物理實驗應用到實踐中。以“光的折射”為例，光路斜射到不同介質(zhì)的界面時，光不再沿直線傳播，會發(fā)生偏折，而由此引發(fā)的“潭清疑水淺”“魚叉扠魚”等活動可直接讓學生通過項目實驗完成。這樣既能呈現(xiàn)物理實驗生活化的真實性，又能展示物理現(xiàn)象的客觀性——突出了物理學科核心素養(yǎng)在物理實驗生活化教學中的地位。（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理念開展物理實驗教學，結(jié)合中學物理的學科特色和本質(zhì)，針對某個或者多個問題組織實踐活動，培養(yǎng)學生創(chuàng)新與合作的能力。中學物理STEAM教學與科學、技術、工程、藝術和數(shù)學都存在交集[3]。根據(jù)認識發(fā)展階段理論，初中學生已初步具備抽象思維能力。教師可通過實驗教學讓抽象的物理規(guī)律變得具體，組織STEAM項目活動，激發(fā)學生的合作探究興趣，培養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新能力。現(xiàn)在一些初中學生學習興趣不高，學生主動性不強，為了解決這些問題，教師的教學應該變得“新潮”“時尚”，積極探究如何捕捉學生的注意力，引導學生進行科學探究。STEAM教學不僅可以整合學科知識，綜合所有能為初中物理學科所用的知識，而且能針對初中學生的思維特點，提高學生審辨式思維能力和創(chuàng)新合作意識。STEAM教學與傳統(tǒng)的探究教學共同之處是都強調(diào)學生的主體地位，重視學生主動探究，不同之處是STEAM教學更加注重跨學科整合知識，有針對性地處理問題，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理念開展物理實驗生活化教學，提高學生物理學科核心素養(yǎng)。（三）開展項目式教學，突解疑難問題。以項目式教學的模式踐行物理實驗生活化教學是一種新方法。教師設計并實施完整的項目活動，將生活化實踐教學提升到新高度，積極挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，促進學生綜合能力發(fā)展。教師開展初中物理實驗項目式教學，能為學生提供審辨式思維與創(chuàng)新生活化實踐的機會，有利于學生在生活化實踐中獲得知識，培養(yǎng)思維能力與創(chuàng)造能力，提高生活化實踐的應用能力，適應社會發(fā)展。

二、用STEAM理論指導項目實踐，革新實驗教學

筆者在“光的折射”教學中應用STEAM理念和項目式教學模式（如圖1），對物理生活化實驗教學進行了實證探究。（一）“S”趣味導入——檢驗科學性和真理性。初中物理實驗生活化實踐中，STEAM中的科學（Science）指學生的科學思維、創(chuàng)新思維、質(zhì)疑能力、科學態(tài)度、物理實踐。無論采取哪種模式教學，教師都應關注學生，兼顧知識學習和能力發(fā)展。如果采用某種模式教學，激發(fā)了學生學習興趣，培養(yǎng)了一定的能力，卻忽略了對知識的學習，也是有失偏頗的。以“光的折射”教學為例，教師在設定學生的學習目標時，應關注學生是否知曉光發(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，這是教學應該達成的目標。教師要引導學生關注生活中的折射現(xiàn)象，用已有的知識解釋生活中因光的折射而發(fā)生的現(xiàn)象。筆者結(jié)合科學知識，直接以生活中的折射現(xiàn)象導入，讓學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。學生分成扠魚組和觀察組交替體驗。這樣能更好地對比、呈現(xiàn)用魚叉不能全部扠中魚的現(xiàn)實情況，對此，學生頗為疑惑。學生針對此情況深入思考，啟動對相關知識科學性和真理性的檢驗工作。（二）“T”有效設計——貫徹實驗性和實踐性。筆者運用STEAM理念將其中的技術（Technology）手段應用于初中物理實驗生活化教學中，結(jié)合初中學生的認知特點，既抓住學生的興趣點，又保證學生完成相應設計項目和任務活動。初具抽象能力的初中學生對事物的認知有一定的經(jīng)驗，對新鮮事物比較好奇。筆者針對學生參與“模擬漁民扠魚”活動中遇到的疑惑，設計了有效的實驗讓學生去解疑、驗證。當前在教學中，教師習慣通過各種投屏軟件將學生的實驗過程實時共享。作為初中物理教師，有效開展物理實驗生活化教學關鍵在于讓學生親身經(jīng)歷真實的實驗過程。教師可以通過各種信息技術手段記錄這樣的時刻并進行分享，但不能忽略學生實驗的真實體驗。筆者設計分組實驗，讓學生觀察光斜射入水面時候的情況——在亞克力箱體外部貼上一張自制的標記紙（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。學生通過觀察，確定光斜射時候在界面處發(fā)生偏折的客觀事實。筆者運用巧妙有效的設計，體現(xiàn)了初中物理教學的實驗性和實踐性。（三）“E”精準實施——展現(xiàn)生活性和動態(tài)性。之所以在中學物理中引入STEAM的工程（Engineering），就是因為物理學科與工程息息相關。筆者進行項目式課程設計，讓學生在“光的折射”實驗中分擔任務——通過精準設計并實施教學過程，解決學生的實際問題，同時注重學生在參與物理實驗教學（工程研究）中的情境體驗。在光的折射分組實驗中，學生通過常規(guī)的探究，發(fā)現(xiàn)入射角增大時折射角也隨之增大，但折射角增至某一角度時折射光線突然消失。學生對這一現(xiàn)象頗為好奇，教師有必要針對這一特殊情況加以說明，解釋“全反射”的相關知識。即便此項知識不在初中物理考綱之中，不必深究原理但要講明事實。學生用強激光筆（綠光）來做此項實驗（光路通過工程性的設計來實現(xiàn)），用亞克力透明板圍成一個箱子，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——在入射角的動態(tài)變化過程中，學生觀察到折射光突然消失。在教學中，筆者融合工程性的特點，精準設計并實施實驗，展現(xiàn)了實驗的生活性和動態(tài)性。（四）“A”“M”個性展評——彰顯開放性和時代性。筆者在初中物理實驗教學中，吸收STEAM中的藝術（Arts）與數(shù)學（Mathematics）思想，整合學生學習能力和解決問題能力評價體系，實施過程性和結(jié)果性個性評價。筆者認為，物理實驗生活化重點仍然是實驗，融入藝術審美和數(shù)學分析是為了促進初中物理實驗生活化教學。在“光的折射”教學中，筆者給學生布置了一些任務，比如繪制光路圖。在用綠色激光呈現(xiàn)漂亮的光路圖后，有學生想到在紙板上記錄每條“光線”上的兩個點，根據(jù)兩點確定一線的原理，呈現(xiàn)光的傳播路徑，并通過預制作的大量角器測量并記錄入射角和折射角，將數(shù)據(jù)運用信息化的方式分析，得到折射規(guī)律。對于光學知識的學習，學生可以運用信息化的方式，并做數(shù)據(jù)分析。光學知識的學習關鍵還在于體驗光呈現(xiàn)的真實美感。教師可以引導學生，對類似于“潭清疑水淺”“錯位的筷子”“紙杯中看不到的硬幣”等問題進行探究。學生可以用個性化的方式展示成果，彰顯物理實驗生活化的開放性和時代性。將物理學科核心素養(yǎng)要求和STEAM模式理念融合用于項目式物理實驗生活化教學，目的就是培養(yǎng)學生解決問題的能力——以共同創(chuàng)新與合作的方式，激發(fā)學生物理學習興趣，讓學生在多樣的項目活動中融合多學科知識，解決實際問題。物理實驗生活化教學是培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的有效途徑[5]，它符合物理學習的特性。

作者:梁喆