文 史香川

基于物理實(shí)驗(yàn)室資源的校本選修課開發(fā)案例

文 史香川

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)室是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)最重要的條件資源，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的重要場(chǎng)所和科學(xué)啟蒙基地，是實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要保障。但是，我們不能狹隘地利用物理實(shí)驗(yàn)室資源。作為物理實(shí)驗(yàn)教師，不僅要利用物理實(shí)驗(yàn)室資源幫助一線教師開足、開好物理演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)、課外小實(shí)驗(yàn)等，還應(yīng)有強(qiáng)烈的資源意識(shí)，最大限度地利用實(shí)驗(yàn)室的立體空間、實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器設(shè)備以及其他各種資源，開展選修課、研習(xí)課、課外科技活動(dòng)、興趣小組、社團(tuán)活動(dòng)等各種校本實(shí)踐活動(dòng)課程，為提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展能力服務(wù)。以下簡(jiǎn)要介紹基于物理實(shí)驗(yàn)室資源開發(fā)的2個(gè)選修課案例。

一、選修課“傳感器與電子制作”的開發(fā)與實(shí)施

1.課程目標(biāo)

（1）鞏固課堂基礎(chǔ)知識(shí)，深刻理解物理過(guò)程，把定性的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成定量的實(shí)驗(yàn)，更好地驗(yàn)證課本知識(shí)（例如：速度的測(cè)量、動(dòng)量守恒定律、滑動(dòng)摩擦力、相互作用力、超重與失重、自感現(xiàn)象等）。

（2）接觸新的測(cè)量方法，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案，開展探究式教學(xué)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新能力、思維能力。

（3）學(xué)習(xí)一些儀器設(shè)備（例如：萬(wàn)用表、示波器等）的使用方法，完成一些物理課堂上由于時(shí)間緊不能完成的測(cè)試及操作（例如：電子元器件的測(cè)試、傳感器的特性測(cè)試、焊接練習(xí)等），動(dòng)手制作幾個(gè)與傳感器及生活有關(guān)的簡(jiǎn)單自動(dòng)控制電子電路。

（4）通過(guò)師生一起分析、制作、實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，讓學(xué)生感受科技的魅力，感受到物理的趣味性和實(shí)用性，并有意識(shí)地用物理知識(shí)分析、解決生活中的問(wèn)題；樹立學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的思想觀念；在“做中學(xué)，學(xué)中做”。

2.課程資源及實(shí)施準(zhǔn)備

我校物理實(shí)驗(yàn)室配備了J2125型氣墊導(dǎo)軌、J0201型數(shù)字計(jì)時(shí)器、J2126型小型氣源、朗威傳感器、J2467型學(xué)生電子實(shí)驗(yàn)箱、J2483型電學(xué)元件黑箱、電學(xué)工具箱及物理常規(guī)儀器元件，為該活動(dòng)課的開設(shè)提供了充足的物質(zhì)保障。

為保證課程的順利實(shí)施，在準(zhǔn)備階段，教師要搜集素材，撰寫講義，制定安全措施，準(zhǔn)備好傳感器、氣墊導(dǎo)軌、計(jì)算機(jī)等設(shè)備，萬(wàn)用表、電烙鐵、電學(xué)黑箱等器材，提前購(gòu)買電子元器件。并親自試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題做到心中有數(shù)。

3.課程實(shí)施特色

本課程以普通物理知識(shí)為基礎(chǔ)，應(yīng)用傳感器系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)、氣墊導(dǎo)軌等輔助系統(tǒng)，借助常規(guī)物理儀器，真實(shí)科學(xué)地做物理實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生提供栩栩如生的物理情境，使學(xué)生能夠運(yùn)用傳感器、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，做出圖形，完成實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行拓展。

在實(shí)施方法上，本課程采用講授和動(dòng)手操作相結(jié)合的方式。首先，學(xué)生要了解一些傳感器的知識(shí)，并認(rèn)識(shí)到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的傳感器并不能代替現(xiàn)實(shí)生活中的傳感器，為此教師還會(huì)介紹一些常用傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用，引領(lǐng)學(xué)生從理想的物理模型中走出來(lái)。然后依據(jù)課程活動(dòng)目標(biāo)，學(xué)生在教師的幫助下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并親自動(dòng)手完成一些含有傳感器的簡(jiǎn)單自動(dòng)控制電子電路。通過(guò)制作過(guò)程學(xué)習(xí)應(yīng)用多用電表對(duì)電子元器件進(jìn)行檢測(cè)，學(xué)習(xí)焊接技術(shù)，體驗(yàn)傳感器的應(yīng)用，探究溫度、聲、磁、光敏等傳感器的特性，感受敏感元件的原理和作用。

本課程通過(guò)師生共同分析、制作、實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，讓學(xué)生感受科技的魅力，形成有意識(shí)地用物理知識(shí)分析、解決生活中問(wèn)題的思維習(xí)慣。樹立學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的思想觀念。

圖1 用傳感器做運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)

二、實(shí)踐活動(dòng)課“在學(xué)校如何利用太陽(yáng)能的創(chuàng)意設(shè)計(jì)”的開發(fā)與實(shí)施

1.活動(dòng)目標(biāo)

本活動(dòng)課的主要內(nèi)容是讓學(xué)生利用所學(xué)的物理學(xué)科關(guān)于電路、太陽(yáng)能、傳感器、自動(dòng)控制等的科學(xué)知識(shí)，借助于通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備工具，結(jié)合我校的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的應(yīng)用太陽(yáng)能的建設(shè)方案或創(chuàng)意作品。

（1）學(xué)生通過(guò)查找資料、調(diào)查研究、實(shí)驗(yàn)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)踐等，能提出自己在學(xué)校應(yīng)用太陽(yáng)能方面的方案或設(shè)想，了解太陽(yáng)能發(fā)電的原理及應(yīng)用前景，搞清楚太陽(yáng)能電池板如何放置發(fā)電量最大，并能在具體實(shí)施中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和自己得出的結(jié)論，提高實(shí)踐創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（2）在本次活動(dòng)中，讓學(xué)生掌握一定的科學(xué)研究方法，能夠自覺地把自己所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題的解決結(jié)合起來(lái)。

（3）培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新能源和可再生能源的使用意識(shí)及節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)責(zé)任感。

2.活動(dòng)資源及實(shí)施準(zhǔn)備

2008年，我校建立了通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，配備了一些儀器設(shè)備，例如電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱、數(shù)字萬(wàn)用表、樂(lè)高的套件等。這些儀器設(shè)備可以用來(lái)開展與物理學(xué)科相關(guān)的特色活動(dòng)課程。科技館也是很好的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，我們可以帶學(xué)生參觀、學(xué)習(xí)、體驗(yàn)。社會(huì)更是一個(gè)大的物理實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)，我們更應(yīng)用好這些資源，開展課外科技活動(dòng)、興趣小組、社團(tuán)活動(dòng)等各種實(shí)踐活動(dòng)課程。本活動(dòng)的設(shè)計(jì)就融合了通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室及校內(nèi)外資源。

在活動(dòng)準(zhǔn)備階段，教師首先實(shí)地考察、調(diào)查了解學(xué)校能源利用及校舍的具體情況，準(zhǔn)備好太陽(yáng)能電池板及其他的實(shí)驗(yàn)器材（如電表、導(dǎo)線、工具、電機(jī)、水箱水位系統(tǒng)等），為學(xué)生的研究、設(shè)計(jì)提供物質(zhì)保證；編制印刷學(xué)生能源應(yīng)用方面的調(diào)查問(wèn)卷及創(chuàng)意設(shè)計(jì)表格，利用班校會(huì)時(shí)間讓學(xué)生完成調(diào)查問(wèn)卷，收集整理調(diào)查問(wèn)卷，了解學(xué)生的想法。向?qū)W生提供一些應(yīng)用太陽(yáng)能的典型案例，向?qū)W生布置具體的設(shè)計(jì)任務(wù)和時(shí)間安排。

3.活動(dòng)實(shí)施過(guò)程

（1）查找資料、調(diào)查研究階段

本階段活動(dòng)小組的學(xué)生不但利用網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)資料，還走進(jìn)社會(huì)、場(chǎng)館、自己所在的社區(qū)等進(jìn)行調(diào)查研究，了解太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理是什么、怎樣利用太陽(yáng)能及太陽(yáng)能應(yīng)用的一些實(shí)例等。學(xué)生在實(shí)地調(diào)查（學(xué)校、社區(qū)、場(chǎng)館等）、咨詢各學(xué)科教師及專家的過(guò)程中，了解學(xué)校能源利用的具體情況、現(xiàn)有的能源利用實(shí)例、能源利用改進(jìn)方向等，并思考能源利用改進(jìn)的初步設(shè)想、所需的學(xué)科知識(shí)以及技術(shù)支持等，為設(shè)計(jì)在校園應(yīng)用的太陽(yáng)能建設(shè)方案和創(chuàng)意作品提供重要參考。

在這一階段，教師除了給學(xué)生提出上述相關(guān)問(wèn)題外，還需要在必要的時(shí)候指導(dǎo)學(xué)生收集、整理資料和信息。

（2）實(shí)驗(yàn)研究、試驗(yàn)研制階段

首先，學(xué)生應(yīng)用自己所學(xué)的相關(guān)學(xué)科知識(shí)，結(jié)合查找的資料，使用太陽(yáng)能電池板及電壓表、電流表等實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定太陽(yáng)能電池板的電壓、電流等參數(shù)，研究太陽(yáng)能電池板怎樣放置輸出的能量最大，為下一步的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)，選擇器材或連接方式。因?yàn)橐骄吭谑裁辞闆r下太陽(yáng)能電池板輸出電能最大，需要太陽(yáng)能電池板與光線的角度、與地面的角度可調(diào)，且能準(zhǔn)確讀出數(shù)值。所以太陽(yáng)能電池板要用支架架起來(lái)，其上裝有水準(zhǔn)儀、量角器、指南針等，這樣可以方便地判斷與調(diào)節(jié)電池板與光線的夾角，為學(xué)生探究提供方便。其次，學(xué)生綜合自己所學(xué)的學(xué)科知識(shí)和調(diào)查結(jié)果，設(shè)計(jì)出在我校應(yīng)用的太陽(yáng)能具體方案或創(chuàng)意作品，并對(duì)自己設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究。再次，學(xué)生闡述和展示自己的設(shè)計(jì)，與小組其他學(xué)生進(jìn)行交流。最后，學(xué)生在試驗(yàn)、交流的基礎(chǔ)上，完成自己的設(shè)計(jì)。

圖2 學(xué)生動(dòng)手練習(xí)

本階段是整個(gè)實(shí)踐活動(dòng)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。在這一階段，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)中遇到的知識(shí)、技術(shù)等問(wèn)題予以解答，隨時(shí)為學(xué)生提供物質(zhì)支持。要求學(xué)生把自己的設(shè)計(jì)用文字、草圖的形式表達(dá)。

（3）學(xué)生作品整理與展示階段

教師收集學(xué)生的設(shè)計(jì)并組織小組成員進(jìn)行整理、評(píng)價(jià)，從中選出可行性方案和優(yōu)秀的創(chuàng)意作品。優(yōu)秀創(chuàng)意設(shè)計(jì)的作者向其他學(xué)生展示自己的設(shè)計(jì)。對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)主要從幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：創(chuàng)新性、科學(xué)性、可行性、實(shí)用性、可推廣性、可持續(xù)發(fā)展性等。

學(xué)生的設(shè)計(jì)主要分為三大部分，以下簡(jiǎn)要列出部分學(xué)生的設(shè)計(jì)或創(chuàng)意。

教育宣傳方面——在宣傳欄設(shè)置LED彩色發(fā)光字及展示牌，用太陽(yáng)能電池板供電，使LED彩色發(fā)光字發(fā)光、筒形展示牌能在太陽(yáng)能電池板供電下旋轉(zhuǎn)起來(lái)（加裝紅外傳感器，達(dá)到有人走近，筒就轉(zhuǎn)動(dòng)，人走后延時(shí)一段時(shí)間筒停止轉(zhuǎn)動(dòng)的效果）。

學(xué)習(xí)探究方面——把探究裝置及知識(shí)介紹展板設(shè)置在科普走廊（圖書樓2層陽(yáng)面，一般情況下光照很充足，而且有足夠大的空間可用）。該裝置名叫“太陽(yáng)能發(fā)電演示、探究裝置”，進(jìn)行科普宣傳，科學(xué)探究。

實(shí)踐應(yīng)用方面——學(xué)生設(shè)計(jì)作品有集雨太陽(yáng)能自動(dòng)噴灌系統(tǒng)、太陽(yáng)能光控?zé)艋蛱?yáng)能聲光控?zé)?、太?yáng)能多功能可移動(dòng)傘、太陽(yáng)能墻鐘、太陽(yáng)能聲光控樓道燈、節(jié)能環(huán)保家電冰箱空調(diào)“零排放”等。

三、結(jié)束語(yǔ)

我們可以充分挖掘物理實(shí)驗(yàn)室資源并融合其他學(xué)科教育資源開發(fā)校本選修課，開設(shè)豐富多彩的特色活動(dòng)課程，既能避免資源“閑置”，又能提升學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

作者信息

史香川，本科，中教一級(jí)。首都師范大學(xué)附屬蘋果園中學(xué)，100144