宋博

一、問(wèn)題思考

物理是一門學(xué)生不僅要學(xué)，而且要能動(dòng)手做的學(xué)科，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中提出21項(xiàng)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)也在物理教材中有所體現(xiàn)，在平時(shí)的教學(xué)中都有學(xué)習(xí)。開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)的目的是使學(xué)生增強(qiáng)對(duì)核心知識(shí)的理解，同時(shí)提升物理實(shí)踐操作的能力，提升物理核心素養(yǎng)，落實(shí)學(xué)科育人功能。但是，由于課時(shí)限制，基本素質(zhì)差異，甚至受“唯考試至上”觀念的影響，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生往往屈從于形式而進(jìn)行假探究，如不進(jìn)行猜想而是直接根據(jù)教材、學(xué)案上已設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)要素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；跳過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的環(huán)節(jié)而直接按照學(xué)習(xí)材料上已設(shè)定好的實(shí)驗(yàn)步驟或方案循規(guī)蹈矩進(jìn)行操作；略過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析過(guò)程而直接背誦實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這樣的實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)就是假探究，因?yàn)槿鄙倭税l(fā)現(xiàn)問(wèn)題、猜想假設(shè)及設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生的科學(xué)思維得不到有效訓(xùn)練，更加缺乏質(zhì)疑與創(chuàng)新精神。所以，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)容易出現(xiàn)一種現(xiàn)象：學(xué)生完成了實(shí)驗(yàn)探究，卻不理解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，對(duì)探究的內(nèi)容、環(huán)節(jié)以及結(jié)論進(jìn)行機(jī)械背誦，在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)時(shí)無(wú)法有效展示對(duì)實(shí)驗(yàn)探究本質(zhì)的理解，甚至做出錯(cuò)誤判斷，在實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新應(yīng)用方面，更是無(wú)法結(jié)合已有實(shí)驗(yàn)探究知識(shí)去發(fā)現(xiàn)與新事物之間的聯(lián)系，無(wú)法進(jìn)行由知識(shí)到生活的遷移，學(xué)生不具備實(shí)踐創(chuàng)新能力。

針對(duì)以上問(wèn)題，教師嘗試將微項(xiàng)目設(shè)計(jì)融入常規(guī)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，借助其體量小、時(shí)間短、易操作、實(shí)踐性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)提高實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)的效果，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)核心知識(shí)的深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其素養(yǎng)，提高其實(shí)踐能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。本文以“探究液體壓強(qiáng)影響因素”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，闡述基于微項(xiàng)目學(xué)習(xí)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思路。

二、微項(xiàng)目學(xué)習(xí)模式下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分析

壓強(qiáng)是壓力作用在物體上產(chǎn)生的一種效果，是運(yùn)動(dòng)與相互作用觀的重要體現(xiàn)，是初中物理重點(diǎn)教學(xué)的內(nèi)容之一。液體壓強(qiáng)是壓強(qiáng)知識(shí)體系的重要組成部分，在實(shí)際生活中有許多應(yīng)用，如海底探測(cè)、潛水器制造、船閘和大壩的設(shè)計(jì)，生活中的一些連通器工具等。新課標(biāo)中將探究液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)作為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生會(huì)利用U型管壓強(qiáng)計(jì)、高腳杯、水、鹽水等實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思路

融合微項(xiàng)目學(xué)習(xí)的物理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的整體設(shè)計(jì)思路如下（見(jiàn)圖1）。首先根據(jù)新課標(biāo)中課程內(nèi)容要求及教材中安排的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)；在獲得結(jié)論的基礎(chǔ)上，根據(jù)已有認(rèn)知對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行改進(jìn)或設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，從其他實(shí)驗(yàn)過(guò)程中再次體現(xiàn)或證明實(shí)驗(yàn)結(jié)論；應(yīng)用掌握的知識(shí)和技能，解決生活中的問(wèn)題，或設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。

本文以“探究液體壓強(qiáng)影響因素”實(shí)驗(yàn)為例，將本節(jié)課的學(xué)習(xí)分為2～3個(gè)子任務(wù)進(jìn)行。

任務(wù)一：利用U型管壓強(qiáng)計(jì)、（高）盛水容器、水、鹽水等器材探究液體壓強(qiáng)的影響因素；學(xué)習(xí)目標(biāo)為會(huì)使用液體壓強(qiáng)計(jì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了解液體壓強(qiáng)大小的影響因素，能夠表達(dá)和展示實(shí)驗(yàn)的過(guò)程以及說(shuō)明實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

任務(wù)二：進(jìn)一步利用液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)及規(guī)律知識(shí)嘗試改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)或制作新產(chǎn)品，如利用提供的器材或家中自帶的器材（如軟塑料瓶、吸管、彈性薄膜、美工刀、橡皮筋、膠水等），運(yùn)用任務(wù)一的已學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)其他能夠反映液體壓強(qiáng)大小影響因素的實(shí)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中要積極開(kāi)展動(dòng)手實(shí)踐，使學(xué)生學(xué)會(huì)與團(tuán)隊(duì)成員的共研、分享、合作和交流，強(qiáng)化其對(duì)液體壓強(qiáng)概念的深度理解。

任務(wù)三：結(jié)合實(shí)際生活，嘗試?yán)脤W(xué)習(xí)到的液體壓強(qiáng)知識(shí)設(shè)計(jì)對(duì)生活、生產(chǎn)有幫助的功能產(chǎn)品，如改進(jìn)普通魚缸，設(shè)計(jì)負(fù)壓魚缸，利用液體壓強(qiáng)知識(shí)增加魚缸高度、美化環(huán)境等，也可以利用這部分知識(shí)與其他學(xué)科知識(shí)融合，設(shè)計(jì)利于提高生活質(zhì)量或安全的建議方案，如設(shè)計(jì)一份關(guān)于潛水安全注意事項(xiàng)的指導(dǎo)報(bào)告。

（三）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

任務(wù)一：學(xué)生在手上套上塑料袋，觀察空氣中塑料袋與手的貼合情況，然后將套有塑料袋的手放入水中，再次觀察水中塑料袋與手的貼合情況，并感受液體壓強(qiáng)的存在；提出問(wèn)題，液體壓強(qiáng)大小可能與哪些因素有關(guān)，根據(jù)現(xiàn)象和認(rèn)知情況進(jìn)行合理猜想；教師向?qū)W生介紹U型管壓強(qiáng)計(jì)的結(jié)構(gòu)及使用方法，學(xué)生在教師的幫助下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)表格，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，觀察現(xiàn)象，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析和歸納，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)規(guī)律。開(kāi)展時(shí)間為20分鐘。

任務(wù)二：在了解液體壓強(qiáng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用軟塑料瓶、吸管、彈性薄膜、美工刀、橡皮筋、膠水、熱熔膠、玻璃管、橡膠管等物品，改進(jìn)或創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具，自行設(shè)計(jì)其他能夠探究液體壓強(qiáng)影響因素的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷方案設(shè)計(jì)、器材制作、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、證據(jù)解釋等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并與其他小組同學(xué)交流分享設(shè)計(jì)成果。開(kāi)展時(shí)間為25分鐘。

任務(wù)一和任務(wù)二主要利用課堂時(shí)間完成。

（四）改進(jìn)或創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具

在任務(wù)二中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇的方案可以有多種，本文介紹兩種樣例作為參考。

樣例1：如圖2，用一個(gè)軟質(zhì)塑料瓶（或塑料盒），將其一端開(kāi)一個(gè)口徑適當(dāng)?shù)目锥矗ㄅc吸管橫截面積相當(dāng)），插入吸管，周圍用熱熔膠密封使其不漏氣。將瓶?jī)?nèi)裝入適量水并沒(méi)過(guò)吸管口。向瓶?jī)?nèi)擠入適量空氣，使瓶?jī)?nèi)水進(jìn)入吸管形成一定高度的液柱，標(biāo)注“0”位置。將器材浸沒(méi)于水中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖3所示，隨著液體深度增加，吸管內(nèi)液柱高度越高，說(shuō)明同種液體中，液體壓強(qiáng)隨著深度的增加而增大；保持液體深度一定，沿水平方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)器材，觀察到吸管內(nèi)液柱高度沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明同種液體、同一深度處，液體向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，且大小相等；保持一定的液體深度，將器材放入鹽水中，發(fā)現(xiàn)自制器材的吸管內(nèi)液柱高度變高，說(shuō)明液體深度相同時(shí)，液體密度越大，產(chǎn)生的液體壓強(qiáng)越大。

樣例2：如圖4所示，用橡皮管套住兩端開(kāi)口的玻璃管一端，用彈性薄膜封住橡皮管的另一端；從玻璃管的開(kāi)口處向里注適量水，將橡皮管彎曲，使裝置的兩端具有一定的高度差；固定裝置不動(dòng)，在彈性薄膜處放置一個(gè)指針（可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)），此時(shí)標(biāo)記為“0”位置。如圖5所示，逐漸向玻璃管內(nèi)注水，隨著液體深度增加，指針繞O點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明同種液體中，液體壓強(qiáng)隨著深度的增加而增大；將管內(nèi)水換成同等深度的鹽水，對(duì)比指針繞O點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度，說(shuō)明液體深度相同時(shí)，液體密度越大，產(chǎn)生的壓強(qiáng)越大。

（五）設(shè)計(jì)延伸

任務(wù)三：對(duì)在課堂上改進(jìn)或創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教具的使用效果進(jìn)行評(píng)估，針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)。例如，“2.4樣例2”實(shí)驗(yàn)教具的設(shè)計(jì)思路來(lái)源于儀表的改裝。學(xué)生在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題，可以利用物理知識(shí)分析原因并嘗試進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)。

問(wèn)題1：在向管內(nèi)逐漸加水增加液體深度的過(guò)程中，彈性薄膜的形變程度不是很明顯。

原因分析：彈性薄膜比較硬，壓力大小一定時(shí)，彈性形變量不夠大；薄膜的形變是壓力的作用，也可能是因?yàn)橄鹌す茌^細(xì)，薄膜受力面積較小，液體對(duì)薄膜的壓力較小。

改進(jìn)方法：增加豎直方向玻璃管的高度，使液面的高度差更大，增大彈性薄膜受到的液體壓強(qiáng)；更換粗一些的橡皮管，增大薄膜的受力面積；將橡皮管換成硬度大的塑料管或玻璃管。

問(wèn)題2：為了提升實(shí)驗(yàn)效果，需要將支點(diǎn)O靠近A端，從而增加指針B端的偏轉(zhuǎn)幅度。但在使用器材時(shí)發(fā)現(xiàn)，指針會(huì)自動(dòng)向左下傾斜。而且當(dāng)液體壓強(qiáng)增大時(shí)，指針順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)液體壓強(qiáng)再次減小時(shí)，指針A端難以自動(dòng)下降。

原因分析：由于指針受到重力的作用。

改進(jìn)方法：使用輕質(zhì)細(xì)桿做指針；將指針A端與彈性薄膜用膠固定在一起，可以使指針A端隨著彈性薄膜的形變程度而自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

任務(wù)四：設(shè)置驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，如怎樣解決傳統(tǒng)魚缸能長(zhǎng)不能高的問(wèn)題，在不增加開(kāi)口高度的前提下，增加魚缸高度，提高觀賞度，美化生活環(huán)境。學(xué)生可以利用液體壓強(qiáng)知識(shí)，結(jié)合大氣壓原理、連通器特點(diǎn)等，發(fā)揮豐富的想象力，設(shè)計(jì)負(fù)壓魚缸制作原理及方案。成果既可以是制作的負(fù)壓魚缸模型，又可以用文字和圖片展現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題也可以是查閱資料了解目前社會(huì)上與液體壓強(qiáng)相關(guān)的技術(shù)成果等。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中時(shí)間和器材、環(huán)境資源是重要因素。受課堂時(shí)間及環(huán)境因素的影響，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的所有環(huán)節(jié)并非都能在課堂上完成，這就需要教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)注意以下一些方面：（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容先以新課標(biāo)和教材中的實(shí)驗(yàn)探究為主，在此基礎(chǔ)上再開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教具的創(chuàng)新或改進(jìn)，考慮初中學(xué)生的認(rèn)知水平及實(shí)踐能力，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最好以微項(xiàng)目為主，占時(shí)短、易操作；（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以在課堂外繼續(xù)深度延展到實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)、實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)、調(diào)查報(bào)告制作等，如上面設(shè)計(jì)方案中的任務(wù)三和任務(wù)四均可以課后作業(yè)的方式完成，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

三、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

（一）課堂評(píng)價(jià)

在實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中，對(duì)學(xué)生的操作情況、表述交流、方案設(shè)計(jì)、結(jié)論成果等進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。例如，在探究液體壓強(qiáng)影響因素實(shí)驗(yàn)的任務(wù)一中，可以對(duì)U型管壓強(qiáng)計(jì)的使用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后從形成問(wèn)題猜想、設(shè)計(jì)與制訂實(shí)驗(yàn)方案、獲取與處理信息、得出結(jié)論、評(píng)估交流等方面進(jìn)行過(guò)程性評(píng)價(jià)。在任務(wù)二中可以對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路、方案制訂、器材制作、演示實(shí)驗(yàn)效果以及交流分享等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的方式包括師生互評(píng)、學(xué)生互評(píng)、自我評(píng)價(jià)等。

（二）跨學(xué)科實(shí)踐評(píng)價(jià)

教師可以對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)或制作成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，還可以從學(xué)生提出問(wèn)題、收集和處理信息、綜合解決實(shí)際問(wèn)題以及團(tuán)隊(duì)合作等方面的能力角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如，在任務(wù)三中，可以評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)壓強(qiáng)知識(shí)的應(yīng)用情況，對(duì)自制實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)；在任務(wù)四中，對(duì)負(fù)壓魚缸的設(shè)計(jì)理念和構(gòu)造原理圖、產(chǎn)品的制作效果、美觀度、實(shí)用性等進(jìn)行評(píng)價(jià)；也可對(duì)其他調(diào)查報(bào)告的完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。教師設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)量規(guī)，應(yīng)注重評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)過(guò)程。評(píng)價(jià)方式可以是產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告、成果展示過(guò)程的教師口頭評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)和學(xué)生自評(píng)等。

四、反思與啟示

綜上所述，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)融合微項(xiàng)目學(xué)習(xí)，在進(jìn)行新課標(biāo)及教材中要求的實(shí)驗(yàn)探究并獲得規(guī)律知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用對(duì)已有物理概念和規(guī)律的認(rèn)知，嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)更多實(shí)驗(yàn)方案或創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具，用新的實(shí)驗(yàn)過(guò)程展現(xiàn)物理規(guī)律，加深對(duì)知識(shí)的深度理解。同時(shí)利用已有知識(shí)解釋或解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題。這種教學(xué)模式能夠夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，形成解決問(wèn)題的物理觀念和知識(shí)體系，同時(shí)還能提升實(shí)踐創(chuàng)新能力。