基于自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的初中物理活動(dòng)課程設(shè)計(jì)

朱雨紅

(江蘇省泰州市九龍實(shí)驗(yàn)學(xué)校,江蘇 泰州 225300)

創(chuàng)新是當(dāng)前世界發(fā)展的主題，綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)急切需要大批的創(chuàng)新人才為其服務(wù)。創(chuàng)新人才是指“具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)造思維和創(chuàng)新能力”的人才，[1]其核心是培養(yǎng)創(chuàng)造思維，關(guān)鍵是提高創(chuàng)新能力，培養(yǎng)任務(wù)已經(jīng)由大學(xué)悄悄地向中小學(xué)前移。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中物理教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維的重要載體。當(dāng)前一些初中物理教師的教學(xué)理念還跟不上教學(xué)改革的步伐，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法和內(nèi)容還比較陳舊，按圖索驥的實(shí)驗(yàn)操作并沒有給學(xué)生帶來(lái)能力上的提升，它已經(jīng)成為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的瓶頸，阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展與提升。面對(duì)這一教學(xué)實(shí)際，我校物理組開展了“基于學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的初中物理活動(dòng)課程設(shè)計(jì)研究”，以活動(dòng)課程為載體，將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力從課內(nèi)延伸到課外，筆者就活動(dòng)課程的目標(biāo)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等進(jìn)行探討。

1 目標(biāo)設(shè)置

1.1 激發(fā)情趣

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》將“保持探索科學(xué)的興趣與熱情，在認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中獲得成就感”作為課程目標(biāo)之一。[2]只有當(dāng)學(xué)生對(duì)課外活動(dòng)的課程內(nèi)容有了興趣，才會(huì)樂(lè)意參加課程學(xué)習(xí)。通過(guò)活動(dòng)，可激發(fā)學(xué)生的情趣，讓其學(xué)得更生動(dòng)活潑。

1.2 主動(dòng)參與

活動(dòng)課程為學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)了現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，是提升其知識(shí)與技能的根基?；顒?dòng)課程必須讓學(xué)生成為活動(dòng)的主體，而完成不是被動(dòng)地執(zhí)行教師的指令，凡是學(xué)生能夠自主的活動(dòng)，教師千萬(wàn)不能越俎代庖，適當(dāng)讓學(xué)生嘗試失敗也未嘗不可。[3]

1.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

活動(dòng)課程的設(shè)計(jì)必須立足創(chuàng)新，通過(guò)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)向課外遷移、開展創(chuàng)新評(píng)比、合作學(xué)習(xí)解決創(chuàng)新問(wèn)題、創(chuàng)新設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn)、運(yùn)用多個(gè)實(shí)驗(yàn)探究同一規(guī)律、改進(jìn)傳統(tǒng)儀器等途徑，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 課內(nèi)實(shí)驗(yàn)向課外遷移

人們?cè)诔醮谓煌袑?duì)于所接觸的人、事、物形成的認(rèn)知往往對(duì)認(rèn)知對(duì)象起到明顯的甚至決定性的作用，這就是“首輪效應(yīng)”。物理是初二新開設(shè)的一門課程，其首輪效應(yīng)將直接體現(xiàn)在第一堂課的活動(dòng)設(shè)計(jì)中。蘇科版物理教材一開始就安排了4個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)(圖1)，活動(dòng)1通過(guò)看一看和猜一猜，設(shè)計(jì)了兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，活動(dòng)2通過(guò)做一做，設(shè)計(jì)了兩個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

圖1

怎樣實(shí)現(xiàn)由課內(nèi)實(shí)驗(yàn)向課外遷移呢？筆者以“透過(guò)盛水的玻璃杯看書本上的字”活動(dòng)為例，老師先讓學(xué)生猜一猜：看到的字，是變大了？變小了？還是不變？以此激發(fā)學(xué)生的活動(dòng)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生開展活動(dòng)：(1) 觀察書本上字的大小變化；(2) 觀察放在玻璃杯后的手指，是變粗了還是變細(xì)了？是變長(zhǎng)了還是變短了？(3) 如果將如圖2所示的小西紅柿從杯外移到杯內(nèi)，是變大了變小了？是變“胖”了還是變“瘦”了？(4) 用小竹簽將小西紅柿插入飲料瓶的水中，觀察小西紅柿的形狀、大小的變化；(5) 將小西紅柿由前向后或由上向下逐漸移動(dòng)，小西紅柿的形狀、大小又會(huì)發(fā)生怎樣的變化？要求學(xué)生在課外對(duì)上述實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新，將課外的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)拍成照片或視頻，弄清楚其中的科學(xué)原理，進(jìn)行交流評(píng)比。

圖2

2.2 針對(duì)課外實(shí)驗(yàn)開展創(chuàng)新評(píng)比

要使課內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)揮首輪效應(yīng)的作用，還需通過(guò)課外實(shí)驗(yàn)的遷移，讓學(xué)生在創(chuàng)新評(píng)比中獲得成就感，有4位同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)照片展示了自己的觀察結(jié)論。

生1：透過(guò)盛水的玻璃杯觀察照片的像的大小變化，當(dāng)照片橫放時(shí)，像寬度不變，長(zhǎng)度變大，看上去變“瘦”了。當(dāng)照片立放時(shí)，像的高度不變，寬度變大，看上去變“胖”了。

生2：觀察同一張照片，通過(guò)不同塑料瓶觀察到的像有差異，“瘦”瓶比“胖”瓶成的像還要胖。

生3：用注射器給乒乓球注射適量鹽水，使其沉入瓶底。然后讓乒乓球由前向后逐漸移動(dòng)，再將乒乓球從瓶?jī)?nèi)移出瓶外。移動(dòng)乒乓球后，在其平衡時(shí)用手機(jī)拍攝其俯視和平視的照片，如圖3所示，上排4張照片是乒乓球在瓶?jī)?nèi)由前向后移動(dòng)乃至移到瓶外后4個(gè)位置處的俯視照片，下排4張照片是乒乓球與上述4個(gè)位置相對(duì)應(yīng)地從瓶的正前方拍攝的平視照片。從上、下兩排照片的比較看，上排乒乓球的形狀沒有改變，仍然是一只球，下排乒乓球的形狀卻發(fā)生了較大的改變，由圓變成了橢圓。再看圖4所示的照片是隔著瓶子從不同的角度，以平視的方式，對(duì)瓶外的乒乓球拍攝而成的，顯然，其形狀的變化較大，而且還出現(xiàn)了多個(gè)像。圖5所示的照片是手機(jī)圍繞位于瓶中心的乒乓球，通過(guò)斜視拍攝而成的，發(fā)現(xiàn)有很多大小、形狀各異的像。

圖3

圖4

圖5

生4：如圖6所示，將兩只乒乓球同時(shí)放入塑料瓶中，為什么原來(lái)大小相同的兩只乒乓球的像卻變得大小不同呢？

圖6

2.3 通過(guò)合作學(xué)習(xí)解決問(wèn)題

4位學(xué)生為了探究其中的奧秘，他們成立了學(xué)習(xí)小組，通過(guò)請(qǐng)教老師、網(wǎng)上查詢、提前自學(xué)等方式，自主解決了上述問(wèn)題。他們發(fā)現(xiàn)透明塑料瓶的橫截面是一個(gè)圓，內(nèi)部的水就成了一個(gè)水透鏡(放大鏡)，其縱截面可看成是一塊玻璃磚。正因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的特殊性，它成的像也就有了復(fù)雜性。既有橫向放大鏡的放大功能，又有縱向玻璃磚的平移功能。

2.4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn)

上述實(shí)驗(yàn)都是學(xué)生設(shè)計(jì)的乒乓球系列實(shí)驗(yàn)的一部分，其中涉及光學(xué)和力學(xué)內(nèi)容，他們還設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)。

(1) 聲學(xué)實(shí)驗(yàn)

放大微弱的振動(dòng)。將音叉的叉股靠在乒乓球上，敲響音叉，乒乓球會(huì)擺動(dòng)起來(lái)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論：聲音是由于物體振動(dòng)產(chǎn)生的。

(2) 熱學(xué)實(shí)驗(yàn)

將捏癟的乒乓球復(fù)原。用手將乒乓球捏癟，接著把球放入杯中，倒入熱水。會(huì)看到癟的乒乓球又變圓了，實(shí)驗(yàn)結(jié)論：乒乓球內(nèi)空氣受熱膨脹。

(3) 電學(xué)實(shí)驗(yàn)

電荷間相互作用。先將兩只乒乓球用絲線懸掛起來(lái)，再依次做下列3個(gè)實(shí)驗(yàn)：① 用與絲綢摩擦過(guò)的有機(jī)玻璃棒分別靠近兩只乒乓球；② 使兩只乒乓球都帶上正電荷后讓它們相互靠近；③ 使兩只乒乓球帶上異種電荷后靠近。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：① 帶電有機(jī)玻璃棒能吸引乒乓球；② 帶同種電荷的兩只乒乓球相互排斥；③ 帶異種電荷的兩只乒乓球相互吸引。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：① 帶電體能吸引輕小物體；② 同種電荷相互排斥；③ 異種電荷相互吸引。

(4) 力學(xué)實(shí)驗(yàn)

圖7

創(chuàng)新的覆杯實(shí)驗(yàn)。用乒乓球緊蓋住裝滿水的礦泉水瓶口，并將其倒過(guò)來(lái)，然后放開手(圖7)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：乒乓球不會(huì)掉下，水也不會(huì)流出。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：存在大氣壓。

2.5 運(yùn)用多個(gè)實(shí)驗(yàn)探究同一規(guī)律

學(xué)生還用乒乓球創(chuàng)新設(shè)計(jì)成多個(gè)實(shí)驗(yàn)，探究流速與壓強(qiáng)的關(guān)系。

(1) 滾不下去的乒乓球

將乒乓球斜放在一個(gè)飯盒的蓋上，讓自來(lái)水沖落在乒乓球上，乒乓球居然沒有滾下(圖8)。

圖8

圖9

(2) 吹不掉的乒乓球

先將漏斗口朝下，再把乒乓球置于口頸處，然后從上端向下吹氣，球不會(huì)被吹落下來(lái)(圖9)。

(3) 分而不離的乒乓球

當(dāng)向浮在水中的兩個(gè)乒乓球之間噴水時(shí)，兩乒乓球不但不分開，反而彼此靠近(圖10)。

圖10

(4) 隔杯跳遠(yuǎn)的乒乓球

把兩個(gè)高腳杯并排放置，乒乓球放在前一個(gè)高腳杯中，對(duì)著球的上方沿水平方向吹氣，乒乓球就會(huì)跳入第二個(gè)杯子(圖11)。

圖11

2.6 改進(jìn)傳統(tǒng)儀器

有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的“色光合成演示器”(圖12)操作較為麻煩，效果不理想。他們從結(jié)構(gòu)改進(jìn)入手進(jìn)行創(chuàng)新，將原儀器中的三個(gè)圓筒、三個(gè)開關(guān)，改進(jìn)為一個(gè)圓筒和一個(gè)開關(guān)(圖13)，能很容易演示色光的合成，該創(chuàng)新成果榮獲江蘇省青少年科技創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)。

圖12

圖13

3 結(jié)語(yǔ)

我校物理組開展的“基于學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的初中物理活動(dòng)課程設(shè)計(jì)研究”已有三年，由于抓住了“激發(fā)情趣、主動(dòng)參與、創(chuàng)新設(shè)計(jì)”這三個(gè)目標(biāo)和“首輪效應(yīng)”，激發(fā)了學(xué)生探索物理的興趣與熱情。許多學(xué)生在家長(zhǎng)的支持下辦起了家庭實(shí)驗(yàn)室，為自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開展提供了物質(zhì)保障。他們也利用自己的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成果，走出校門，積極參加各級(jí)各類行政部門組織的創(chuàng)新比賽和成果展示交流活動(dòng)，有二十多位學(xué)生獲得了市級(jí)以上的一、二等獎(jiǎng)。增強(qiáng)了學(xué)生的自信心和獲得感，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)造思維，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。