基于核心素養(yǎng)的初中物理低成本實驗探索

核心素養(yǎng)的低成本實驗要求教師具備的核心素養(yǎng)，是教師言傳身教、潛移默化地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。作為教學(xué)主導(dǎo)，教師應(yīng)具備扎實的專業(yè)知識、不斷更新的教育理念和“信手拈來”的低成本實驗制作。每每想起“知識全還給老師您了，學(xué)費能否還給我”諸如此類戲言，我不禁深思：物理課程的價值是什么呢？大教育家馮·勞厄說過：教育給予我的是當(dāng)所有學(xué)過的都忘后所留下的東西。物理研究的內(nèi)容和規(guī)律可能隨時間流失而遺忘，然而研究的思想方法、解決能力等將長期支持著學(xué)生終身發(fā)展的人格品質(zhì)和關(guān)鍵能力的物理素養(yǎng)以及動手、協(xié)作、自主探究、競爭與創(chuàng)新的能力素養(yǎng)，是永遠(yuǎn)不會還給老師。本文以“神奇的眼睛”為例，談低成本實驗的探索，尋求學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、變廢為寶，知識貼近生活，化抽象為直觀。

物理是以實驗為主的科學(xué)，學(xué)生對探究的專注度直接影響到物理知識體系的構(gòu)建。尤其是初中物理知識與概念的建構(gòu)，需要學(xué)生在設(shè)計探究中獲得。手持技術(shù)或傳感器DIS等高大上的數(shù)字化實驗為教學(xué)增色不少。與成本高且操作難度大的它們相比，低成本實驗有成本低與智慧高的優(yōu)點：貼近學(xué)習(xí)者，源于生活，讓學(xué)生體會到物理隨處可見。低成本教具是利用廢棄、低廉的材料設(shè)計的用于實驗探究的器具。朱正元教授提倡“瓶瓶罐罐當(dāng)器材，拼拼湊湊真實驗”、李政道博士指出“師生設(shè)計制作的教具，總比買來的用得順手”。

例：眼睛的成像原理及調(diào)節(jié)，教材以圖片呈現(xiàn)，看遠(yuǎn)處，晶狀體折光弱、焦距長。相反，折光強，焦距短。作為規(guī)律課：“神奇的眼睛”。部分老師采用不同焦距的凸透鏡，模擬眼球；有些老師用透明水瓶，擠壓變焦，二者各有缺陷，前者無法連續(xù)變焦，后者成像模糊且難以收集。

本實驗：取長、寬各為16cm、3cm透明塑料片，膠好定型圖2a，彈性薄膜做底，裝適量水。將光照到水透鏡，光線會聚于“視網(wǎng)膜”上，模擬眼球視遠(yuǎn)處（圖2b）；將三線光調(diào)成微發(fā)散光，擠壓水透鏡使凸起，光線會聚于“視網(wǎng)膜”，模擬眼球視近物。實現(xiàn)連續(xù)調(diào)焦，得出凸透鏡曲率越大，會聚能力越強，焦距越?。环粗?，會聚能力越弱，焦距越大。

圖2c，水透鏡會聚強，焦距短，遠(yuǎn)物成像在視網(wǎng)膜前，視物模糊，即近視，遠(yuǎn)物無法清晰成像在視網(wǎng)膜。圖2d，水透鏡會聚弱，焦距短，近物成像在視網(wǎng)膜后，即遠(yuǎn)視，模擬屈光度不夠，近物無法清晰成像在視網(wǎng)膜。

通過教師主導(dǎo)、學(xué)生自主設(shè)計制作的連續(xù)變焦水透鏡，模擬眼球成像直觀明了。低成本實驗利于釋疑解惑，消除了學(xué)生畏難心理，于仿真情境建構(gòu)知識。相反，填鴨灌輸、講實驗、假探究，學(xué)生無法思考“可能存在問題”，長期重復(fù)訓(xùn)練不能達(dá)到發(fā)展問題意識和提高探究能力，不能促進(jìn)真正理解科學(xué)探究的精髓。物理核心素養(yǎng)要求學(xué)生參與低成本實驗設(shè)計、真探究。

二、師生互補，能力起于自主，變被動為主動。

低成本自制實驗器具濃縮了制作者精華，是無可替代的?？v觀近些年中考以及實驗技能競賽，自主設(shè)計的實驗探究越來越多。教師利用低成本自制教具進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生的問題解決能力、創(chuàng)新與競爭能力、自主探究能力將有效提高。低成本實驗提高課堂教學(xué)實效，提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

教學(xué)中，用透鏡模擬晶狀體，改變物距模擬遠(yuǎn)近不同的物體，要使清晰成像在視網(wǎng)膜，需更換不同焦距的凸透鏡，移動“視網(wǎng)膜”到“晶狀體”的距離，其與眼睛視物的實際相左，探究難度大，實效差，且焦距變化不連續(xù)，給教與學(xué)帶來大麻煩。筆者與學(xué)生制作水透鏡替代玻璃透鏡，通過改變水透鏡的曲率，改變焦距。它改進(jìn)了原有的器材不足，實現(xiàn)連續(xù)變焦。

水透鏡制作：氣門芯鉆入PVC管些許，膠牢封閉。圓形橡膠薄膜與PVC管雙面膠牢。注：兩面薄膜拉伸黏膠程度一致。將注射器、膠管、氣門芯如圖組裝好，往里面注水、排氣，確保水透鏡充滿水，無氣泡。注射器注水或吸水，實現(xiàn)連續(xù)變焦（圖3）。低成本教學(xué)具制作，學(xué)生參與興致高，獲取結(jié)論有別于以往的假探究、填鴨灌輸，有利于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

三、總結(jié)

核心素養(yǎng)的低成本實驗要求教師具備良好的核心素養(yǎng)，通過言傳身教，潛移默化地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。學(xué)生在求索未知世界、建構(gòu)知識、能力發(fā)展等過程中，離不開教師對事物的解析、引領(lǐng)示范，離不開適時啟發(fā)和引導(dǎo)。它融入教師對事物發(fā)展的理解、個人情感、態(tài)度、價值觀。作為主導(dǎo)者，教師必備高超理論知識，不斷自我更新的教育理念和信手拈來的低成本實驗。隨處可見的壇壇罐罐，都可帶給學(xué)生極大的沖擊。這種出自師生之手制作的教具，對學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)提升、未來自我追求和發(fā)展將大有裨益。學(xué)生不再說：知識還給老師了。核心素養(yǎng)的低成本實驗探索要求教師更新教學(xué)觀，以學(xué)生核心素養(yǎng)的提升為目標(biāo)，關(guān)注學(xué)生知識建構(gòu)。

（作者單位：廈門市翔安第一中學(xué)）