姚建民

摘? ?要：基于物理核心素養(yǎng)的綜合性、發(fā)展性、實(shí)踐性特征，物理教學(xué)要從微觀的課時(shí)學(xué)習(xí)走向中觀的單元設(shè)計(jì)。在單元設(shè)計(jì)視域下，整體規(guī)劃，實(shí)施學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué);以專題為單元載體，創(chuàng)設(shè)情境，提升科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：單元設(shè)計(jì);整體規(guī)劃;專題載體

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）7-0053-3

物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，對于初中生來說，實(shí)驗(yàn)教學(xué)顯得尤為重要，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)形象直觀，可以通過顯性的物理現(xiàn)象將隱性的物理規(guī)律表達(dá)出來，符合初中學(xué)生的年齡特征和思維方式，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)生能夠更加直觀地了解物理現(xiàn)象和規(guī)律，從而培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[1]。由于核心素養(yǎng)具有綜合性、發(fā)展性、實(shí)踐性的明顯特征，筆者認(rèn)為，物理教學(xué)要從知識(shí)的學(xué)習(xí)走向能力的形成，要從微觀的課時(shí)學(xué)習(xí)走向中觀的單元設(shè)計(jì)，指向宏觀的核心素養(yǎng)，即真實(shí)學(xué)力的形成。為此，教師以單元的視角對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，更有利于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

以下是筆者基于單元設(shè)計(jì)理念下對初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考和實(shí)踐。

1? ? 以單元為單位，整體規(guī)劃，實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)

何為單元，不同學(xué)者持不同觀點(diǎn)，許幫正、馬宇澄認(rèn)為：單元不是單純的學(xué)習(xí)內(nèi)容單位，而是課程單位和學(xué)習(xí)單位，應(yīng)包含“學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)評價(jià)”等，如“如何設(shè)計(jì)和制作一個(gè)機(jī)械模型”“焦耳定律及電能的轉(zhuǎn)化”“光現(xiàn)象及折射和透鏡”等就可以視作一個(gè)單元[2]。

實(shí)驗(yàn)作為物理課程系統(tǒng)中的一個(gè)要素，教材整體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)決定了實(shí)驗(yàn)課題、內(nèi)容、方法和要求。把某一單元的實(shí)驗(yàn)連接起來，可以看出該單元教材的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。研究實(shí)驗(yàn)需要用整體規(guī)劃的方法，全面審視實(shí)驗(yàn)的功能和特點(diǎn)，循序漸進(jìn)地進(jìn)行教學(xué)，逐步建構(gòu)學(xué)生良好的思維習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)對知識(shí)的“漸進(jìn)建構(gòu)”，體會(huì)到知識(shí)“漸進(jìn)式的上升，螺旋式的前進(jìn)”的深刻道理。

1.1? ? 以單元為單位整體規(guī)劃學(xué)生活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)

以蘇科版初中物理教材為例，每個(gè)單元學(xué)習(xí)之前，應(yīng)將該單元“活動(dòng)與學(xué)生實(shí)驗(yàn)”課程進(jìn)行整體規(guī)劃。以八年級上冊第四章《光的折射 透鏡》為例，書本上設(shè)計(jì)了7個(gè)活動(dòng)和1個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別為：

1.初識(shí)光的折射現(xiàn)象

2.探究光的折射特點(diǎn)

3.初識(shí)凸透鏡和凹透鏡

4.辨別凸透鏡和凹透鏡

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：探究凸透鏡成像的規(guī)律

5.模擬探究近視眼的缺陷

6.通過兩個(gè)凸透鏡觀察物體

7.自制水滴顯微鏡

仔細(xì)思考這些實(shí)驗(yàn)，遵循由淺入深、由易到難的認(rèn)知特點(diǎn)，由傳播規(guī)律到成像規(guī)律，到規(guī)律的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對知識(shí)的“漸進(jìn)建構(gòu)”。實(shí)驗(yàn)以單元為單位的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮學(xué)科的邏輯性與學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的融合，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，逐步提升物理核心素養(yǎng)。

在實(shí)驗(yàn)課程的整體規(guī)劃的框架下，深入思考每一個(gè)活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)。如活動(dòng)6，可以將兩個(gè)凸透鏡換成三個(gè)透鏡，分別是焦距為30 cm、5 cm的凸透鏡和焦距為10 cm的凹透鏡，這樣增加一點(diǎn)選擇的難度，更能激發(fā)學(xué)生探究的興趣，同時(shí)體驗(yàn)到伽利略望遠(yuǎn)鏡和開普勒天文望遠(yuǎn)鏡構(gòu)造和成像的不同。再如活動(dòng)7，水滴的大小很有講究，直徑最好控制在4～5 mm，水滴與被觀測的物體之間距離在15 mm，這樣透過這個(gè)水滴，才能看到倒立放大的實(shí)像。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，有學(xué)生透過水滴觀察到倒立縮小的像，這時(shí)教師應(yīng)給予積極的評價(jià)，并引導(dǎo)學(xué)生分析原因。

1.2? ? 以單元為單位整體規(guī)劃學(xué)生創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)

八年級物理光學(xué)創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)活動(dòng)方案：

活動(dòng)目的：提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)物理學(xué)習(xí)興趣，將所學(xué)的物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

一、具體任務(wù)：

選取八年級物理書本的相關(guān)內(nèi)容，任選以下內(nèi)容完成一個(gè)小制作：

1.自制針孔照相機(jī)（書本65頁）

2.簡易潛望鏡（書本73頁）

3.魔箱（書本69頁）

4.簡易投影儀

5.簡易照相機(jī)

6.簡易望遠(yuǎn)鏡

7.簡易顯微鏡

8.其他光學(xué)小實(shí)驗(yàn)

二、具體要求

1.可以獨(dú)立完成，也可以分小組完成，每個(gè)小組最多3人;

2.獨(dú)立完成只要交作品，小組完成需要做簡易PPT演示文稿（含以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)材料、原理、成品圖片或小視頻等）;

3.每位同學(xué)均要參與，學(xué)期結(jié)束評出優(yōu)秀作品，嘉獎(jiǎng)鼓勵(lì)。

學(xué)生積極動(dòng)手動(dòng)腦，創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)的制作超出老師的預(yù)期，很有創(chuàng)意。

學(xué)生小實(shí)驗(yàn)展示如圖1所示。

這個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的整體規(guī)劃是八年級所學(xué)光現(xiàn)象、折射及透鏡等內(nèi)容作為整個(gè)單元的視域下，應(yīng)用于實(shí)際生活中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)規(guī)劃。在這類創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過程中，提倡教師給予學(xué)生“形成性評價(jià)”，即關(guān)注不斷地反饋學(xué)生學(xué)習(xí)成功或失敗的信息，注重強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的成功之處，顯示學(xué)生學(xué)習(xí)過程中需要改進(jìn)的具體學(xué)習(xí)錯(cuò)誤或不足。廣泛的研究表明，動(dòng)手實(shí)踐最易激發(fā)學(xué)生的思維能力和想象能力，通過手腦協(xié)調(diào)的直接體驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的“飛躍”。在此過程中，培養(yǎng)將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理模型，進(jìn)行不斷質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維。

2? ? 以專題為單元載體，創(chuàng)設(shè)情境，提升科學(xué)思維

基于單元的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)可以嘗試以專題作為單元載體，專題內(nèi)容涵蓋物理學(xué)家為什么提出科學(xué)問題，在深化和解決問題過程中的關(guān)鍵情節(jié)，在形成結(jié)論過程中的主要思維方式和研究方法的精華以及科學(xué)結(jié)論內(nèi)涵的深刻思考，等等[3]。

以初中的能量教學(xué)為例。能量是最抽象但卻是最基本的物理概念之一，能量守恒和轉(zhuǎn)化規(guī)律是發(fā)現(xiàn)過程最曲折、經(jīng)歷時(shí)間最漫長、涉及科學(xué)家最眾多的物理理論，也是包容現(xiàn)象最多樣、適用范圍最廣泛、對科學(xué)發(fā)展和人類生存指導(dǎo)意義最重大的物理理論，其中科學(xué)家焦耳為了尋找該定律無可辯駁的證據(jù)，終其一生做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。1840年，焦耳通過研究電流的熱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量與電流的平方、導(dǎo)體的電阻和通過的時(shí)間成正比，即Q=I2RT，他將該定律寫成論文《論伏打電生熱》并發(fā)表。很快科學(xué)家楞次也得到了與焦耳相同的定律結(jié)論。后來人們把這個(gè)定律叫做焦耳-楞次定律，也稱為焦耳定律，該發(fā)現(xiàn)為揭示電能、熱能和化學(xué)能的等價(jià)性奠定了基礎(chǔ)，敲開了發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的大門[4]。

正因如此，焦耳定律的教學(xué)在初中物理課程中有非常重要的意義。在進(jìn)行《電熱器 電流的熱效應(yīng) 》教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)懷有崇敬之心帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家焦耳的探索過程。

教材和教材上所介紹的最為經(jīng)典的方法——煤油加熱法。這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是可以定量測量，但是缺點(diǎn)也有很多：其一是材料組裝，包括橡皮塞打孔都較為麻煩;其二是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的時(shí)間非常長，同時(shí)實(shí)驗(yàn)所占用的課堂時(shí)間也略長;其三是較難得到定量關(guān)系。教材當(dāng)中并沒有對該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)和數(shù)據(jù)進(jìn)行更加精確的數(shù)據(jù)說明，致使教學(xué)過程中該實(shí)驗(yàn)成為一個(gè)難點(diǎn)，加上這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要的器材種類數(shù)量較多，操作的程序也比較繁瑣，而且電路比較復(fù)雜，大多數(shù)教師進(jìn)行教學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)效果并不理想。 所以，很多教師在這節(jié)課的教學(xué)中，沒有勇氣嘗試學(xué)生實(shí)驗(yàn)，甚至有時(shí)連演示實(shí)驗(yàn)也摒棄了，直接用多媒體課件或錄像代替。

在實(shí)際教學(xué)過程中，不斷創(chuàng)新，完善實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，可以取得更好的實(shí)驗(yàn)效果。1.占用課堂時(shí)間過長的原因主要是實(shí)驗(yàn)室配備的學(xué)生電源輸出電壓比較小，教師將學(xué)生用的干電池?fù)Q成穩(wěn)壓電源，保證電壓達(dá)到20 V左右，較好地解決了這個(gè)難題;2.實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)植物油（就地取材，將煤油改成植物油）的溫度變化與時(shí)間不成正比，這主要是由于植物油的散熱。教師給兩個(gè)錐形瓶加裝絕熱材料保溫裝置，盡量減少植物油由于散熱帶來的系統(tǒng)誤差。這個(gè)實(shí)驗(yàn)有很多可以完善的細(xì)節(jié)，如油的質(zhì)量、容器的形狀等，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程中為了得到最佳實(shí)驗(yàn)效果，教師經(jīng)歷了像科學(xué)家一樣的探究過程，發(fā)現(xiàn)問題，遇到困難，不斷改進(jìn)，最終較好地解決了實(shí)驗(yàn)難題。

在焦耳定律學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步思考：電流做功時(shí)，消耗的是電能。究竟電能會(huì)轉(zhuǎn)化為哪種形式的能，要看電路中具有哪種類型的元件。電流通過白熾燈、電爐等電熱原件做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。

天文學(xué)家卡爾·薩根曾經(jīng)說過：“每個(gè)人在他們幼年的時(shí)候都是科學(xué)家，因?yàn)槊總€(gè)孩子都像科學(xué)家一樣，對自然界的奇觀懷著好奇和敬畏?！背踔形锢韺?shí)驗(yàn)教學(xué)力求引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的方式去做科學(xué)、學(xué)科學(xué)，著眼于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高;有計(jì)劃地將觀察、測量、預(yù)測、推斷及控制變量、形成與驗(yàn)證假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、建立模型等基本探究元素滲透到相關(guān)活動(dòng)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)中去;引導(dǎo)學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)過程，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的規(guī)律解決實(shí)際問題。以上以專題為單元載體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，圍繞歷史背景、科學(xué)思維和科學(xué)發(fā)展的真實(shí)圖景，較好地實(shí)現(xiàn)了“從教學(xué)到育人”的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]許幫正，馬宇澄.“指向物理核心素養(yǎng)單元設(shè)計(jì)”研究方案[J].中學(xué)物理，2018，36（2）：6-8，14.

[3]馮華.從教學(xué)到育人——以專題為載體，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)[J].物理教學(xué)探討，2018，36（8）：1-4，8.

[4]董彥.焦耳和能量守恒定律[J].物理教師，2018，39（11）：68-71.

（欄目編輯? ? 王柏廬）