中學物理創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)的開發(fā)與設計研究

馮新娥

(南京師范大學教師教育學院 江蘇 南京 210046)

1 研究背景

《義務教育物理課程標準》提出了“從生活走向物理，從物理走向生活”的課程基本理念：貼近學生生活，符合學生認知特點，激發(fā)并保持學生的學習興趣，讓學生通過學習和探索掌握物理學的基礎知識與基本技能，并能將其運用于實踐，為以后的學習、生活和工作打下基礎.然而，現(xiàn)階段物理實踐教學中，部分教育工作者仍然采用傳統(tǒng)“填鴨式”的教學方式，忽略對學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng).傳統(tǒng)的作業(yè)也是千篇一律，學生在做作業(yè)的過程中完全失去了主動性.在枯燥乏味的學習環(huán)境下，學生對物理的學習興趣不斷下降，甚至部分學生在初中便出現(xiàn)厭倦和畏懼心理.創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)不再是物理公式和概念規(guī)律的死記硬背，而是將課外作業(yè)與創(chuàng)意小制作、小發(fā)明等學生感興趣的活動聯(lián)系起來，學生在親自動手實踐的過程中，切身體驗物理的妙趣，也有助于學生更加透徹地理解學過的知識，從而內(nèi)化習得的物理知識.開放性作業(yè)變以往的單調(diào)、枯燥、乏味為生動、活潑、有趣，同時激發(fā)學生的興趣，將能力的培養(yǎng)與有趣的活動結(jié)合起來，優(yōu)化學生的作業(yè)過程，使學生能主動去體驗、實踐、參與、合作與交流[2].

2 創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)的優(yōu)勢

2.1 創(chuàng)新性

創(chuàng)新是一個國家進步的靈魂，黨的十九大也提出“加快創(chuàng)新型國家的建設”，新時代下創(chuàng)新型國家的建設離不開創(chuàng)新型人才的培養(yǎng).然而，傳統(tǒng)作業(yè)千篇一律，題目答案固定，解題步驟機械化，在一定程度上限制了學生創(chuàng)新思維的發(fā)展.開放性作業(yè)給學生開辟了創(chuàng)新的新途徑，學生可以將自己的想法和創(chuàng)意在作業(yè)中充分體現(xiàn)，由于學生自身的個體差異，導致在開放性作業(yè)中，每個學生作業(yè)的呈現(xiàn)效果也會有所不同，從而有助于促進學生個性化的發(fā)展，在動手實踐中激發(fā)學生的創(chuàng)新精神.

2.2 實踐性

物理來源于生活，又應用于社會生活.物理課程作業(yè)的設計應體現(xiàn)實踐性，不應該只是物理習題解題技巧的訓練，更要注重培養(yǎng)學生運用物理知識解決生活實際問題的能力.創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)可以讓學生切實感受到生活中處處有物理，幫助學生養(yǎng)成關注身邊物理現(xiàn)象，用物理學的眼光看世界，善于從物理學視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的物理素養(yǎng)，真正踐行“從生活走向物理，從物理走向社會”的課標理念，創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)也在一定程度上彌補了傳統(tǒng)課外作業(yè)重理論輕實踐帶來的弊端.

2.3 合作性

俗話說“同心山成玉，協(xié)力土變金”.當今社會的競爭日趨激烈，各種知識、技術不斷推陳出新，社會需求也越來越多樣化，單靠一己之力很難完全處理各種錯綜復雜的問題.而傳統(tǒng)教學過多地強調(diào)學生獨立完成作業(yè)，從而導致部分學生缺少團隊合作精神.創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)為學生提供了一個合作探究活動的良好氛圍，讓學生在思維的相互碰撞中產(chǎn)生更多的創(chuàng)造靈感.讓學生學會主動與他人合作，尊重他人的觀點意見，幫助學生樹立團隊合作意識，增強團隊合作能力，更好地適應將來社會的發(fā)展和需求.

3 創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)的開發(fā)與設計實例

實例1：U型紙多米諾

所需材料：大小相同的方形彩紙若干.

制作步驟：

(1)如圖1(a)所示，先將方形紙沿著虛線①對折找到其中線后展開.再對折方形紙左半部，找到左半部的中線②后展開左半部，然后沿著虛線③和④折疊.再沿著虛線⑤對折方形紙右半部，折疊后的效果如圖1(b)所示.

(2)如圖1(c)所示，在圖1(b)的基礎上，沿著虛線⑥和⑦折疊方形紙右半部，折疊后的效果如圖1(d)所示.

圖1 U型紙的折疊步驟

最后調(diào)整U型紙的三邊，使左右兩側(cè)與底邊成垂直狀態(tài)，如圖2(a)所示.將U型紙豎直放置，如圖2(b)所示.先實現(xiàn)一個U型紙的翻滾，然后嘗試實現(xiàn)多個U型紙的連續(xù)翻滾，實現(xiàn)U型紙的多米諾效應.

成品示例：

折疊成的U型紙如圖2所示.

圖2 U型紙成品

問題設置：

(1)若放置恰當，輕輕一推便能實現(xiàn)一個U型紙的翻滾.你是如何擺放U型紙的？是4層紙的一側(cè)在上部？還是雙層紙的一側(cè)在上部？請結(jié)合重心知識說說如此擺放的理由.

(2)你成功實現(xiàn)了多少個U型紙的連續(xù)翻滾？請從能量轉(zhuǎn)化的角度解釋U型紙多米諾效應(空氣阻力忽略不計).

物理原理解析：

由物理知識可知，物體的重心位置與物體的穩(wěn)定性有著緊密的聯(lián)系：一個物體的重心越低或者支撐面越大，它就越穩(wěn)定；反過來，重心越高或者支撐面越小，它就越不穩(wěn)定.要實現(xiàn)一個U型紙的翻滾，需要將4層紙的一側(cè)置于上部，雙層紙的一側(cè)置于底部，且豎直擺放在地面上，這樣擺放時，會使U型紙的重心偏高穩(wěn)定性降低，從而輕輕一推就能實現(xiàn)U型紙的翻滾.U型紙多米諾效應的物理原理是(空氣阻力忽略不計)：U型紙豎著時，如圖2(b)所示，重心較高，倒下時重心下降，在倒下過程中，第一個U型紙將其重力勢能轉(zhuǎn)化成動能，倒在第二個U型紙上，第一個U型紙的動能就轉(zhuǎn)移到第二個U型紙上，第二個U型紙將第一個U型紙轉(zhuǎn)移來的動能和自己倒下過程中本身具有的重力勢能轉(zhuǎn)化來的動能之和，再傳到第三個U型紙上……所以，理論上，每個U型紙倒下的時候，具有的動能都比前一個U型紙大，速度一個比一個快，也就是說依次推倒的能量一個比一個大.

實例2：手機投影儀

所需材料：紙板，凸透鏡，美工刀，膠水，黑色彩筆.

制作步驟：

(1)用紙板做個無蓋的長方體形狀的盒子，并且內(nèi)部用黑色彩筆全部涂黑(也可直接用鞋盒和黑膠帶).

(2)然后用美工刀在盒子一端裁出適合凸透鏡大小的洞，并用膠水將凸透鏡粘在洞口處.

(3)用紙板做個手機支架，同樣也要涂黑，放置在盒子里的適當位置.

(4)最后再制作一個盒子的蓋子，蓋子內(nèi)部涂黑.

將手機倒置放在手機支架上，調(diào)整手機到凸透鏡為合適距離，蓋上盒蓋，最好往全黑房間的墻壁上進行投影，實現(xiàn)手機投影儀的投影功能.

成品示例：

制作的手機投影儀如圖3所示.

圖3 手機投影儀

問題設置：

(1)在制作手機投影儀時，方形盒的內(nèi)部為什么要全部涂成黑色？如果不涂成黑色，將會怎么樣？

(2)凸透鏡成像規(guī)律的內(nèi)容是什么？請結(jié)合凸透鏡成像規(guī)律解釋手機投影儀的具體成像原理.

(3)如果想要實現(xiàn)更好的成像效果可以采取什么措施？

物理原理解析：

如圖3所示是個手機投影儀，其投影原理如圖4所示.主要是利用了凸透鏡成像規(guī)律，當物體放在凸透鏡1倍焦距到2倍焦距之間時，在凸透鏡另一側(cè)成倒立放大的實像.將方形盒內(nèi)部全部涂成黑色，是為了有效防止光從盒子里擴散出去，使更多的光能夠透過凸透鏡成較亮的像.除此之外，還可以通過增大投影儀與屏幕的距離，縮小凸透鏡與手機的距離實現(xiàn)在屏幕上成更大的像.

圖4 手機投影儀原理

實例3：電磁小火車

所需材料：兩塊強力磁鐵(銣磁鐵)，一塊電池和直徑約1 mm的全裸銅絲若干.

制作步驟：

(1)將銅絲在圓形木棒上繞成密集的銅線圈，確保銅線圈內(nèi)徑比電池直徑略大一點，電磁小火車的單線圈軌道就制作完成了.

(2)然后在電池正負極各連上一塊強力磁鐵，并且需要保證兩塊磁鐵同極相對，這樣“小火車”就制作好了.

(3)將小火車從軌道一端全部推入，小火車便能自行穿過單線圈軌道.

體驗完單線圈軌道之后，可以繼續(xù)嘗試制作雙線圈軌道.再利用銅絲繞制一個軌道，保證兩個銅線圈軌道的繞向相同，然后將兩個相同繞向的銅線圈軌道并列固定在一起制成雙線圈軌道，將小火車放在雙線圈軌道的一端，不用給小火車施加推力便能自行在雙軌道上運動.還可以嘗試將雙軌道和單軌道組合在一起，加長或者彎曲軌道，組成各式各樣的小火車軌道.

成品示例：

自制小火車軌道如圖5所示.

圖5 小火車軌道

問題設置：

(1)要想讓小火車在單軌道運動，必須要將小火車全部塞進軌道，這是為什么？小火車能夠自行在銅線圈單軌道里運動的原因是什么？請結(jié)合所學的安培定則并借助示意圖加以具體解釋.

(2)雙線圈軌道與單線圈軌道相比有哪些優(yōu)點？如果想要讓小火車運動的更快可以采取哪些改進措施？

物理原理解析：

如圖5中的火車軌道是由3個單線圈軌道和3個雙線圈軌道組合而成.將小火車放在雙線圈軌道上，開始可以在小火車一端放置絕緣紙片，扯出紙片，小火車就能自行在軌道上運動，其原理主要是運用了安培定則.以單線圈軌道為例解釋其原理，如圖6所示.

圖6 電磁小火車原理

小火車是由兩塊強力磁鐵與一節(jié)干電池組成，兩塊強磁鐵由于磁力作用分別吸附在電池的陰極和陽極.注意兩塊強力磁鐵的同性磁極相對吸附在電池上.小火車經(jīng)過銅線圈軌道時，電池兩端的強力磁鐵與裸銅線圈形成回路，則銅線圈中產(chǎn)生電流，小火車必須要全部進入單線圈軌道才能形成閉合回路.通電銅線圈產(chǎn)生的磁場與條形磁鐵相似，可通過右手螺旋定則(安培定則)判斷其產(chǎn)生的磁場方向.根據(jù)“同性相斥，異性相吸”原理，通電線圈N極對小火車頭部的強力磁鐵S極有吸引力，通電線圈S極對小火車尾部的強力磁鐵S極有排斥力，小火車在前方吸引力和后方排斥力的共同作用下向前運動.雙線圈軌道的原理與此相同，雙軌道相比于單軌道相當于多了個磁鐵與小火車作用，將小火車放置在雙軌道上立刻就能與銅線圈形成兩個閉合回路，其本質(zhì)都是運用了電生磁，然后小火車在磁力的作用下向前運動.要想讓小火車運動的更快，可以通過增加并列軌道的個數(shù)，使用導電率更好的材料制作軌道，或者采用更高電壓的電池和磁性更強的磁鐵制作小火車.

4 創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)的開發(fā)與設計原則

4.1 趣味性原則

興趣是最好的老師，有趣的作業(yè)活動設計能大大提高學生的學習積極性和探索欲望.當前傳統(tǒng)作業(yè)因其內(nèi)容普遍單調(diào)和枯燥，形式單一乏味，很難使學生積極主動地完成作業(yè)，學習效率也大打折扣.所以，作業(yè)的設計應該要具有一定的趣味性.

4.2 活動性原則

傳統(tǒng)作業(yè)為了鍛煉學生的解題能力和解題技巧，往往采取“題海戰(zhàn)術”，不僅加重了學生的作業(yè)負擔，還會使學生產(chǎn)生厭惡心理和消極情緒.創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)將創(chuàng)新實踐型活動與課外作業(yè)有效融合，讓學生通過活動的形式對所學知識進行加工，制作成各種小作品.這種活動作業(yè)不再只是枯燥、單調(diào)、乏味的書面計算，而是較為輕松的實踐活動.讓學生在動手實踐活動中感受物理的魅力，制作出作品時的成就感也能為學生學習物理提供源源不斷的動力.

5 結(jié)束語

開放性的物理作業(yè)有別于傳統(tǒng)的物理作業(yè)，提倡學生通過主動的探究去領會物理知識，從生活實踐中領悟物理規(guī)律，使學生能更好地理解和應用物理知識與規(guī)律[3].創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)給學生開辟了創(chuàng)新的新途徑，在動手實踐活動中激發(fā)學生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生的動手實踐能力，促進學生個性化發(fā)展.在探究活動氛圍中培養(yǎng)學生的合作意識，提升合作能力.教師在進行創(chuàng)新實踐型開放作業(yè)的開發(fā)與設計時，也要注意遵循趣味性原則和活動性原則，設計出更加優(yōu)化的創(chuàng)新實踐型開放作業(yè).