指向核心概念與關(guān)鍵能力的實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)

李進(jìn)

摘 要：物理教學(xué)以實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)的分解與整合是必要的教學(xué)策略.然而只分解不整合，教學(xué)會(huì)偏離核心概念建構(gòu)與關(guān)鍵能力提升的目標(biāo).本文先分析實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)的重要意義，再介紹物理實(shí)驗(yàn)整合的類型，并以中考復(fù)習(xí)“電功電熱”教學(xué)片段為例，展現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)實(shí)踐.

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);核心概念;關(guān)鍵能力;實(shí)驗(yàn)整合

中圖分類號(hào)：G633.7 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ? ? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）16-0009-04

基金項(xiàng)目：2019年度南京市教研室重點(diǎn)教學(xué)研究課題：“區(qū)域推進(jìn)下的物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)的實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2019NJJK13-203）.

作者簡(jiǎn)介：李進(jìn)（1978-），男，江蘇邱州人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：物理教學(xué)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn).

核心素養(yǎng)的提出綜述了教學(xué)目標(biāo)中對(duì)知識(shí)和技能、過程和方法、情感與價(jià)值觀等方面的要求，為指向核心概念與關(guān)鍵能力的實(shí)際教學(xué)工作指明行動(dòng)方向.物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是指經(jīng)歷物理學(xué)習(xí)中形成的有著物理學(xué)科特征的思維品質(zhì)、態(tài)度、觀念和探究方法與技能.物理學(xué)習(xí)的主要形式是物理實(shí)驗(yàn)，只有通過物理實(shí)驗(yàn)才能幫助學(xué)生豐富探究過程中的提問、猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案等經(jīng)歷，才能提升學(xué)生探知規(guī)律，建構(gòu)知識(shí)體系等關(guān)鍵能力.然而，在實(shí)際教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)有些實(shí)驗(yàn)活動(dòng)存在著過分分解的現(xiàn)象，致使學(xué)生學(xué)習(xí)碎片化，不利于提升學(xué)生的物理學(xué)科關(guān)鍵能力，這正是“物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)”值得研究的原因.

1 什么是物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)

物理實(shí)驗(yàn)是因探究問題的證據(jù)需要，利用一些專業(yè)工具或?qū)ｉT技術(shù)對(duì)被研究對(duì)象或某些現(xiàn)象進(jìn)行觀察、測(cè)量，收集證據(jù)或數(shù)據(jù)，再加以分析，得出結(jié)論的過程.從這一定義中可以看出物理實(shí)驗(yàn)具有兩個(gè)既矛盾又統(tǒng)一的性質(zhì)：目的性和實(shí)證性.只強(qiáng)調(diào)實(shí)證忽視目的，會(huì)讓物理實(shí)驗(yàn)陷入盲目研究之中，反之只重目的不在乎事實(shí)，實(shí)驗(yàn)的可信度大幅度降低.在實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)研究目的盡可能地排除外界影響，突出主要因素，忽略次要因素，這就是實(shí)驗(yàn)分解.雖然實(shí)驗(yàn)分解是有必要的，而且廣泛存在，但是實(shí)驗(yàn)的效能會(huì)嚴(yán)重降低，甚至喪失重大發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，所以適當(dāng)?shù)卣蠈?shí)驗(yàn)十分必要.

整合（Integration）是“集結(jié)不同的意見或事物，重新統(tǒng)合，成為新的整體”（來源：辭典修訂版）.物理實(shí)驗(yàn)整合是把幾個(gè)“分解實(shí)驗(yàn)”通過有機(jī)融合，形成一個(gè)教學(xué)整體，從而有利于知識(shí)與技能、過程與方法等教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成.整合和分解兩者在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中相輔相成.沒有分解，學(xué)生的探究活動(dòng)會(huì)陷入多要素混亂的狀態(tài);沒有整合，學(xué)生的探究會(huì)變得狹隘偏執(zhí)，甚至于忽視參與探究活動(dòng)的本質(zhì)目的.

物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)是指教師以提升學(xué)生的關(guān)鍵能力為目標(biāo)，努力創(chuàng)設(shè)情境，促成學(xué)生將教材中有相似性的、有相關(guān)性的、一器或一技多用、科學(xué)方法相同的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)聯(lián)系在一起，從而簡(jiǎn)化教與學(xué)的過程，提高課堂教學(xué)效率的教學(xué)方式.例如，在一根彈性繩下懸掛一個(gè)重物的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)蘊(yùn)含著多個(gè)實(shí)驗(yàn)，有形變程度與外力的關(guān)系、重力與質(zhì)量的關(guān)系、重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化、二力平衡以及力的作用是相互的等等.教學(xué)中一定是有側(cè)重、有次序地分解研究，最后再加以整合，這才是一個(gè)完整的教學(xué)過程，才能避免學(xué)生只見樹木不見森林.

2 物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)的類型

2.1 按照知識(shí)或技能的進(jìn)階過程，可分為橫向整合式教學(xué)和縱向整合式教學(xué)

物理實(shí)驗(yàn)橫向整合式教學(xué)不是簡(jiǎn)單地將幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組合，而是依據(jù)一個(gè)共同目的將實(shí)驗(yàn)要素重構(gòu)，旨在防止實(shí)驗(yàn)過度分解造成學(xué)生形成思維定勢(shì)、觀念狹隘或操作技能偏頗.例如在研究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，蘇科版教材為學(xué)生提供多種實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生可以自主選擇，這樣可以充分展現(xiàn)壓力在不同物體表面上的作用效果，利于學(xué)生觀察、比較，發(fā)現(xiàn)規(guī)律.在這部分內(nèi)容的測(cè)評(píng)中也可以要求學(xué)生提供多個(gè)實(shí)驗(yàn)方案或評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)劣，還可以在測(cè)評(píng)的實(shí)驗(yàn)試題中涉及多個(gè)知識(shí)、技能要點(diǎn).

縱向整合式教學(xué)是將分解在知識(shí)、技能等進(jìn)階過程中的不同實(shí)驗(yàn)整合到一起實(shí)施教學(xué).例如，蘇科版教材中，在學(xué)生學(xué)習(xí)過二力平衡知識(shí)后提出：為什么測(cè)量滑動(dòng)摩擦力大小實(shí)驗(yàn)中要保證彈簧測(cè)力計(jì)在水平方向上勻速拉動(dòng)木塊？將探究滑動(dòng)摩擦力影響因素與二力平衡條件兩個(gè)實(shí)驗(yàn)整合，這樣的實(shí)驗(yàn)整合應(yīng)屬于縱向整合，可以解決分解實(shí)驗(yàn)的諸多弊病.

其實(shí)，在蘇科版初中物理教材中，實(shí)驗(yàn)整合是常見且顯現(xiàn)的.許多章末都設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)整合的反思問題，這就是物理實(shí)驗(yàn)整合測(cè)評(píng)與教學(xué)的基本樣式.例如在學(xué)生學(xué)習(xí)過二力平衡后，對(duì)前一章學(xué)習(xí)中探究滑動(dòng)摩擦力大小影響因素實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再次討論.由于篇幅受限，本文不能就各種類型的實(shí)驗(yàn)整合逐一舉例，在教材中這樣的實(shí)驗(yàn)整合實(shí)例還有很多，都給予我們很好的啟發(fā)，并能為廣大教師的實(shí)際教學(xué)提供一個(gè)新視角.只要把教材中物理實(shí)驗(yàn)整合案例找出來，并加以分類和梳理，都會(huì)有所收獲.

物理實(shí)驗(yàn)橫向整合和縱向整合在實(shí)際運(yùn)用中不要刻意分裂，要有側(cè)重地互補(bǔ)使用.一般來說，在初學(xué)物理階段以及新授課上以橫向整合為主，但有時(shí)也需對(duì)前面學(xué)習(xí)過的內(nèi)容進(jìn)行縱向整合，在章末復(fù)習(xí)、期末或中考復(fù)習(xí)階段，橫向與縱向?qū)嶒?yàn)整合均適用于測(cè)評(píng)和教學(xué).例如，測(cè)量滑動(dòng)摩擦力的大小時(shí)，關(guān)于如何保證彈簧測(cè)力計(jì)能在水平方向上勻速拉動(dòng)木塊的實(shí)驗(yàn)操作問題，可以將前一節(jié)學(xué)習(xí)重力時(shí)的鉛垂線實(shí)驗(yàn)與本實(shí)驗(yàn)整合，通過鉛錘線穩(wěn)定于豎直方向來判定木塊勻速運(yùn)動(dòng).當(dāng)然對(duì)于為什么要這樣做也是對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)的留白.待到二力平衡實(shí)驗(yàn)后再進(jìn)行解答.

2.2 按照實(shí)驗(yàn)的要素，可分為器材整合式、技能整合式以及方法整合式

器材整合（一器多用）是指將不同的幾個(gè)分解實(shí)驗(yàn)通過共用的實(shí)驗(yàn)器材整合到一起開展教學(xué).例如，彈簧測(cè)力計(jì)、液體壓強(qiáng)計(jì)、天平、斜面與木塊、滑動(dòng)變阻器等器材都在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中使用，在測(cè)評(píng)與教學(xué)中，通過以某一器材的妙用為題把幾個(gè)實(shí)驗(yàn)整合到一起，達(dá)到綜合考查學(xué)生和全面育人的目標(biāo).在教學(xué)中，有教師嘗試過以滑動(dòng)變阻器的作用為題，將歐姆定律、測(cè)量未知電阻的阻值、測(cè)量用電器的電功率等實(shí)驗(yàn)整合到一起完成復(fù)習(xí)教學(xué)，取得很好的教學(xué)效果.

技能整合（一技多用）是指將幾個(gè)不同的分解實(shí)驗(yàn)依據(jù)某一技能水平提升或水平測(cè)定的需要整合在一起.例如，天平的使用是一項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)技能，不僅在使用天平測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)中對(duì)這一技能進(jìn)行強(qiáng)化教學(xué)或著力評(píng)價(jià)，在探究物體的質(zhì)量與體積的關(guān)系、測(cè)量物質(zhì)密度等實(shí)驗(yàn)的教學(xué)與測(cè)評(píng)中都要求進(jìn)一步提升該技能，把這一技能的測(cè)評(píng)作為一個(gè)中心目標(biāo)，教師在命制試題時(shí)將幾個(gè)原本八竿子打不到的實(shí)驗(yàn)整合在一起，可以更加全面地考查學(xué)生的知識(shí)與技能水平.

另外，技能整合與縱向整合也可以結(jié)合起來，即技能縱向整合.在初學(xué)物理時(shí)，由于學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備或測(cè)量、數(shù)據(jù)處理等技能達(dá)不到要求，有些實(shí)驗(yàn)采用定性研究.到中考復(fù)習(xí)時(shí)，學(xué)生的知識(shí)積累或技能提升到一定水平，教師可以變定性研究為定量研究.如壓力的作用效果的影響因素實(shí)驗(yàn)在新授課中是定性實(shí)驗(yàn)，到學(xué)習(xí)過液體壓強(qiáng)、大氣壓等知識(shí)后，對(duì)于壓強(qiáng)與面積的關(guān)系可以嘗試半定量或定量研究.再如，在測(cè)量凸透鏡的焦距時(shí)，學(xué)生一直困惑于難以得到最小最亮的光斑，學(xué)習(xí)過電學(xué)后，教師可以將這個(gè)實(shí)驗(yàn)與利用光敏電阻設(shè)計(jì)電路的電學(xué)實(shí)驗(yàn)整合到一起，供學(xué)生實(shí)驗(yàn)研究.

實(shí)驗(yàn)方法整合（一法多用）是依據(jù)某一實(shí)驗(yàn)方法按照一定的邏輯關(guān)系對(duì)幾個(gè)不同實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合或者在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中盡可能多地涉及到不同的實(shí)驗(yàn)方法.物理實(shí)驗(yàn)中常用的實(shí)驗(yàn)方法有轉(zhuǎn)換法、控制變量法、理想化法等，學(xué)生常常會(huì)熟記這些方法的名詞，而對(duì)這些實(shí)驗(yàn)方法沒有深度領(lǐng)會(huì).教師在教學(xué)中，也可以通過這些實(shí)驗(yàn)整合讓學(xué)生更加深入地了解實(shí)驗(yàn)法.例如，理想化法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用很廣泛，可是有的學(xué)生通過識(shí)記，只知道理想化法應(yīng)用在研究真空不能傳聲和探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響（牛頓第一定律）實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際上在初中物理實(shí)驗(yàn)中理想化法是廣泛使用的，如在探究動(dòng)滑輪的省力作用時(shí)，忽略動(dòng)滑輪的自重、繩重和摩擦也是理想化方法.教學(xué)中，可以通過實(shí)驗(yàn)整合幫助學(xué)生深度領(lǐng)會(huì)該實(shí)驗(yàn)方法.

2.3 其它類型的實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)

實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)不能狹隘地理解為學(xué)科內(nèi)的實(shí)驗(yàn)組合或重構(gòu)，可以與勞動(dòng)教育、信息技術(shù)、虛擬沉浸技術(shù)、綜合實(shí)踐活動(dòng)以及其它學(xué)科整合，衍生出各種實(shí)驗(yàn)整合的類別.當(dāng)然無論如何整合實(shí)驗(yàn)，都是為了在教學(xué)中充分發(fā)揮物理學(xué)科的育人價(jià)值，更加高效地提升學(xué)生的關(guān)鍵能力和思維品質(zhì).

3 物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)的實(shí)例與評(píng)析

3.1 物理實(shí)驗(yàn)整合教學(xué)的實(shí)例

教師如何進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)呢？為了避免由于實(shí)驗(yàn)過于分解造成知識(shí)碎片化以及實(shí)驗(yàn)技能零散的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)把幾個(gè)實(shí)驗(yàn)放在一起，讓學(xué)生運(yùn)用歸類、比較、創(chuàng)新等策略重構(gòu)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)評(píng)一體，優(yōu)化教學(xué)目的.以下是由南京師范大學(xué)附屬中學(xué)仙林學(xué)校初中部賈麗老師開設(shè)的電學(xué)實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課，筆者全程參與了本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，并觀察了課堂教學(xué)的實(shí)施過程.

案例：中考一輪復(fù)習(xí)“電功和電熱”.

教師：關(guān)于“電功與電熱”一章，我們做過哪些實(shí)驗(yàn)？

學(xué)生：實(shí)驗(yàn)一，驗(yàn)證電功與電壓、電流的關(guān)系;實(shí)驗(yàn)二，測(cè)量小燈泡的電功率;實(shí)驗(yàn)三，探究影響電流熱效應(yīng)的因素.

教師：如果要從相似性角度進(jìn)行對(duì)比復(fù)習(xí)，你覺得應(yīng)該如何對(duì)這三個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分類？

學(xué)生：將實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二歸為一類，它們都是規(guī)律的探究和驗(yàn)證，用到相同的研究方法;實(shí)驗(yàn)三歸為另一類，它屬于規(guī)律的應(yīng)用.

學(xué)生：也可以按照使用的實(shí)驗(yàn)器材來分類，實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)三都使用小燈泡，它們歸為一類;實(shí)驗(yàn)二使用帶電熱絲的裝置，它歸為另一類.

教師：同學(xué)們，我們對(duì)這些相似的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分類時(shí)，會(huì)因分類標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致結(jié)果不同.如果通過列表就可以較為全面地發(fā)現(xiàn)它們的異同點(diǎn)，這樣意義更大.你是否能通過比較分析填寫表1.

追問：在實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，小燈泡和帶電熱絲的裝置都是通過能量轉(zhuǎn)化來間接判斷電功和電熱大小的器材，這兩個(gè)器材能否互換，為什么？

學(xué)生：可以互換，因?yàn)樗鼈兌际怯秒娖?

學(xué)生：不能互換，因?yàn)樗鼈兪遣煌挠秒娖鳎ぷ髟聿煌?

學(xué)生：能用電熱絲裝置替換燈泡做電功實(shí)驗(yàn)，不過沒有燈泡快捷，不能用燈泡替換電熱絲裝置，因?yàn)闊襞菹牡碾娔苡幸徊糠洲D(zhuǎn)化為光能，不便收集燈泡通電發(fā)熱產(chǎn)生的全部?jī)?nèi)能.

3.2 物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)的評(píng)析

物理課堂教學(xué)有三要素：?jiǎn)栴}鏈、實(shí)驗(yàn)資源、評(píng)價(jià).在本節(jié)教學(xué)中，執(zhí)教者能圍繞相關(guān)實(shí)驗(yàn)資源，使用問題鏈驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考問題，并及時(shí)評(píng)價(jià)，收集學(xué)生反饋的信息，對(duì)幾個(gè)近似的實(shí)驗(yàn)加以整合，讓學(xué)生通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)的異同點(diǎn)，從而讓學(xué)生進(jìn)一步深入理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義，以及實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵方法.這就是實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)模式的基本架構(gòu).在這節(jié)教學(xué)中，還可以看到物理實(shí)驗(yàn)整合教學(xué)的價(jià)值所在，是能指向?qū)W生的關(guān)鍵能力.賈老師在實(shí)際授課過程中，不僅運(yùn)用縱向的知識(shí)整合，還通過讓學(xué)生實(shí)際操作，用多種方法測(cè)量小燈泡的額定電功率，將各種實(shí)驗(yàn)技能橫向整合，并布置幾道實(shí)驗(yàn)整合的習(xí)題用于課堂學(xué)習(xí)測(cè)評(píng).

這是一輪中考復(fù)習(xí)，主要是分章節(jié)復(fù)習(xí)，所以受到課堂教學(xué)時(shí)間的限制不能更廣泛地整合或重構(gòu)實(shí)驗(yàn).待到二輪更綜合的專題復(fù)習(xí)時(shí)，教師還可以再將其它實(shí)驗(yàn)跟電學(xué)實(shí)驗(yàn)整合到一起.例如，提出問題：電熱絲裝置中使用煤油不用水，你知道為什么嗎？再追問：電功實(shí)驗(yàn)不用燈泡，也不用電熱絲裝置，還可以用什么裝置顯示電流做功的多少？

3.3 物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)的注意事項(xiàng)

在實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)中需要注意幾點(diǎn)：一是理清實(shí)驗(yàn)整合與實(shí)驗(yàn)分解的關(guān)系，為了突出關(guān)鍵問題，教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)的分解，沒有分解實(shí)驗(yàn)，教學(xué)無法指向核心概念與關(guān)鍵能力，也不可能有后來的實(shí)驗(yàn)整合;二是實(shí)驗(yàn)整合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)整合必然需要?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)，兩者沒有矛盾，但是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在深度研究方面要優(yōu)于實(shí)驗(yàn)整合，實(shí)驗(yàn)整合對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)更加全面;三是實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)與實(shí)驗(yàn)綜合測(cè)評(píng)的關(guān)系，實(shí)際上實(shí)驗(yàn)綜合測(cè)評(píng)能打破學(xué)生的思維定勢(shì)，有助于全面測(cè)評(píng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，在實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)中也要適當(dāng)使用實(shí)驗(yàn)綜合測(cè)評(píng)進(jìn)行及時(shí)評(píng)價(jià).

4 結(jié)語

在物理實(shí)驗(yàn)整合式教學(xué)中，教師不可輕視學(xué)生的實(shí)際情況以及學(xué)生所處的認(rèn)知能力發(fā)展階段.盲目的拓展引申知識(shí)或拔高實(shí)驗(yàn)技能要求都會(huì)造成學(xué)生厭學(xué).“學(xué)不會(huì)”“不會(huì)學(xué)”在教學(xué)中都不是大問題，都是可以通過“教”解決的，一旦學(xué)生“會(huì)不學(xué)”，那就不好辦了，小火慢燉總比熄火重燃要容易，所以教師在教學(xué)中要牢記保護(hù)學(xué)生的求知欲、興趣以及進(jìn)取心.也就是說無論如何整合實(shí)驗(yàn)都需要充分了解學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)水平和能力發(fā)展水平，并注意選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間節(jié)點(diǎn).

參考文獻(xiàn)：

[1]陳宗成，肖永琴.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)STEM要素整合策略[J].教學(xué)與管理，2021（10）：72-75.

[2]蔣新.章節(jié)復(fù)習(xí)中要敢于“破”和“立”——初中物理中考一輪復(fù)習(xí)的案例分析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2016，45（02）：66-67.

[3]唐安全，梁倩妮.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下高中物理實(shí)驗(yàn)探究的個(gè)性化整合實(shí)踐[J].物理教學(xué)，2021，43（03）：39-42.

[4]張凌英.傳感器與中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的整合[J].啟迪與智慧（中），2020（06）：62.

（收稿日期：2021-04-25）