初中物理实验生活化教学探究

《义务教育物理课程标准（2011年版）》指出，“物理课程注重实验，物理教师注重让学生经历物理实验探究过程，提高学生解决问题的能力”[1]。《关于深化教育体制机制改革的意见》强调，“注重培养学生终身学习发展、创新性思维、适应时代要求的关键能力”。当今，信息技术与物理学科核心素养深度融合，应用STEAM教学理念，以项目活动实践为载体，实施物理实验生活化教学，值得中学物理教师探究。STEAM教育最早由美国政府提出并实施，STEAM是融合科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）五项目标要求的教育新理念。美国物理教师协会（AAPT）坚信物理应在STEAM教育中发挥主导作用。笔者以“光的折射”为例，将物理学科核心素养和STEAM理念融入项目式物理实验生活化教学中，按导入、设计、实施、展评四个步骤设计教学活动[2]，提高学生物理学科核心素养，培养学生融合多学科知识解决问题的能力和创新与合作的意识。

一、融STEAM理念于生活化教学，提高学生物理学科核心素养

笔者在物理实验生活化教学中，将STEAM理念与物理学科核心素养融合，组织项目活动，运用数学、科学知识，融入审美要求，借助信息技术达成最终目标，培养适应社会的创新人才。（一）实验生活化，实践关键能力培养。物理学科核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科性质的品质，包括物理观念、科学探究、科学思维、科学态度与责任。笔者认为，以实验数据为基础培养学生物理学科核心素养是必要且可行的。学生学习物理知识，认识物理规律，通过物理实验的现象、效果可体现物质本来的样貌。当前，一些视频、软件、平台等确实解决了不少实际无法操作或现象不明显等问题，但有些违背了自然规律（缺乏真实可靠性），如光传播到界面只存在折射等。笔者专注物理生活化实验教学，在尊重客观规律的同时，引导以学生的真实感受为基础，结合生活情境将真实的物理实验应用到实践中。以“光的折射”为例，光路斜射到不同介质的界面时，光不再沿直线传播，会发生偏折，而由此引发的“潭清疑水浅”“鱼叉扠鱼”等活动可直接让学生通过项目实验完成。这样既能呈现物理实验生活化的真实性，又能展示物理现象的客观性——突出了物理学科核心素养在物理实验生活化教学中的地位。（二）融合STEAM生活化理念，践行核心素养培养。笔者根据STEAM理念开展物理实验教学，结合中学物理的学科特色和本质，针对某个或者多个问题组织实践活动，培养学生创新与合作的能力。中学物理STEAM教学与科学、技术、工程、艺术和数学都存在交集[3]。根据认识发展阶段理论，初中学生已初步具备抽象思维能力。教师可通过实验教学让抽象的物理规律变得具体，组织STEAM项目活动，激发学生的合作探究兴趣，培养协同创新能力。现在一些初中学生学习兴趣不高，学生主动性不强，为了解决这些问题，教师的教学应该变得“新潮”“时尚”，积极探究如何捕捉学生的注意力，引导学生进行科学探究。STEAM教学不仅可以整合学科知识，综合所有能为初中物理学科所用的知识，而且能针对初中学生的思维特点，提高学生审辨式思维能力和创新合作意识。STEAM教学与传统的探究教学共同之处是都强调学生的主体地位，重视学生主动探究，不同之处是STEAM教学更加注重跨学科整合知识，有针对性地处理问题，有策略性地培养小组合作创新能力[4]。因此，笔者主张借助STEAM理念开展物理实验生活化教学，提高学生物理学科核心素养。（三）开展项目式教学，突解疑难问题。以项目式教学的模式践行物理实验生活化教学是一种新方法。教师设计并实施完整的项目活动，将生活化实践教学提升到新高度，积极挖掘学生的创造潜能，促进学生综合能力发展。教师开展初中物理实验项目式教学，能为学生提供审辨式思维与创新生活化实践的机会，有利于学生在生活化实践中获得知识，培养思维能力与创造能力，提高生活化实践的应用能力，适应社会发展。

二、用STEAM理论指导项目实践，革新实验教学

笔者在“光的折射”教学中应用STEAM理念和项目式教学模式（如图1），对物理生活化实验教学进行了实证探究。（一）“S”趣味导入——检验科学性和真理性。初中物理实验生活化实践中，STEAM中的科学（Science）指学生的科学思维、创新思维、质疑能力、科学态度、物理实践。无论采取哪种模式教学，教师都应关注学生，兼顾知识学习和能力发展。如果采用某种模式教学，激发了学生学习兴趣，培养了一定的能力，却忽略了对知识的学习，也是有失偏颇的。以“光的折射”教学为例，教师在设定学生的学习目标时，应关注学生是否知晓光发生折射的条件，能否列举生活中光的折射现象。学生探究光的折射规律并了解折射的原理后知道折射现象中光路是可逆的，这是教学应该达成的目标。教师要引导学生关注生活中的折射现象，用已有的知识解释生活中因光的折射而发生的现象。笔者结合科学知识，直接以生活中的折射现象导入，让学生模拟渔民扠鱼的过程。在用亚克力制作的鱼缸中，用气球代替鱼，用长竹签代替鱼叉。学生分成扠鱼组和观察组交替体验。这样能更好地对比、呈现用鱼叉不能全部扠中鱼的现实情况，对此，学生颇为疑惑。学生针对此情况深入思考，启动对相关知识科学性和真理性的检验工作。（二）“T”有效设计——贯彻实验性和实践性。笔者运用STEAM理念将其中的技术（Technology）手段应用于初中物理实验生活化教学中，结合初中学生的认知特点，既抓住学生的兴趣点，又保证学生完成相应设计项目和任务活动。初具抽象能力的初中学生对事物的认知有一定的经验，对新鲜事物比较好奇。笔者针对学生参与“模拟渔民扠鱼”活动中遇到的疑惑，设计了有效的实验让学生去解疑、验证。当前在教学中，教师习惯通过各种投屏软件将学生的实验过程实时共享。作为初中物理教师，有效开展物理实验生活化教学关键在于让学生亲身经历真实的实验过程。教师可以通过各种信息技术手段记录这样的时刻并进行分享，但不能忽略学生实验的真实体验。笔者设计分组实验，让学生观察光斜射入水面时候的情况——在亚克力箱体外部贴上一张自制的标记纸（画大十字架），向箱内加入一定量的红茶水，水面上方用喷烟壶充满烟雾，通过散射现象来呈现光路，清晰明显，效果很好。学生通过观察，确定光斜射时候在界面处发生偏折的客观事实。笔者运用巧妙有效的设计，体现了初中物理教学的实验性和实践性。（三）“E”精准实施——展现生活性和动态性。之所以在中学物理中引入STEAM的工程（Engineering），就是因为物理学科与工程息息相关。笔者进行项目式课程设计，让学生在“光的折射”实验中分担任务——通过精准设计并实施教学过程，解决学生的实际问题，同时注重学生在参与物理实验教学（工程研究）中的情境体验。在光的折射分组实验中，学生通过常规的探究，发现入射角增大时折射角也随之增大，但折射角增至某一角度时折射光线突然消失。学生对这一现象颇为好奇，教师有必要针对这一特殊情况加以说明，解释“全反射”的相关知识。即便此项知识不在初中物理考纲之中，不必深究原理但要讲明事实。学生用强激光笔（绿光）来做此项实验（光路通过工程性的设计来实现），用亚克力透明板围成一个箱子，并注入一定量的水，再利用喷烟壶喷入足够的烟雾，观察光路径。如此，效果非常明显——在入射角的动态变化过程中，学生观察到折射光突然消失。在教学中，笔者融合工程性的特点，精准设计并实施实验，展现了实验的生活性和动态性。（四）“A”“M”个性展评——彰显开放性和时代性。笔者在初中物理实验教学中，吸收STEAM中的艺术（Arts）与数学（Mathematics）思想，整合学生学习能力和解决问题能力评价体系，实施过程性和结果性个性评价。笔者认为，物理实验生活化重点仍然是实验，融入艺术审美和数学分析是为了促进初中物理实验生活化教学。在“光的折射”教学中，笔者给学生布置了一些任务，比如绘制光路图。在用绿色激光呈现漂亮的光路图后，有学生想到在纸板上记录每条“光线”上的两个点，根据两点确定一线的原理，呈现光的传播路径，并通过预制作的大量角器测量并记录入射角和折射角，将数据运用信息化的方式分析，得到折射规律。对于光学知识的学习，学生可以运用信息化的方式，并做数据分析。光学知识的学习关键还在于体验光呈现的真实美感。教师可以引导学生，对类似于“潭清疑水浅”“错位的筷子”“纸杯中看不到的硬币”等问题进行探究。学生可以用个性化的方式展示成果，彰显物理实验生活化的开放性和时代性。将物理学科核心素养要求和STEAM模式理念融合用于项目式物理实验生活化教学，目的就是培养学生解决问题的能力——以共同创新与合作的方式，激发学生物理学习兴趣，让学生在多样的项目活动中融合多学科知识，解决实际问题。物理实验生活化教学是培养学生物理学科核心素养的有效途径[5]，它符合物理学习的特性。

作者:梁喆