基于核心素養(yǎng)的制作類綜合實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)展①
——以照相機(jī)、投影儀的制作為例

(江蘇省南京市中華中學(xué)上新河初級(jí)中學(xué)，江蘇 南京 210019)

1 引言

綜合實(shí)踐活動(dòng)是從學(xué)生的真實(shí)生活和發(fā)展需要出發(fā),從生活情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,轉(zhuǎn)化為活動(dòng)主題,通過(guò)探究、制作、體驗(yàn)等方式,培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的學(xué)科實(shí)踐性活動(dòng)。產(chǎn)品制作是一種典型的物理綜合實(shí)踐活動(dòng)形式，這類活動(dòng)以物理知識(shí)與方法的綜合應(yīng)用為基礎(chǔ),以滿足現(xiàn)實(shí)需求為出發(fā)點(diǎn),是從物理學(xué)習(xí)邁向物理實(shí)踐的有效途徑。在活動(dòng)中，學(xué)生經(jīng)歷明確目的、熟悉原理、選材制作、交流評(píng)價(jià)、反思創(chuàng)新等過(guò)程,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意的物化。綜合實(shí)踐活動(dòng)強(qiáng)調(diào)“問(wèn)題解決學(xué)習(xí)”，具有情境性和綜合性較強(qiáng)的特征。

2 制作類綜合實(shí)踐活動(dòng)的環(huán)節(jié)

在活動(dòng)教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,由于教師的認(rèn)識(shí)偏差、條件的限制,容易出現(xiàn)下列問(wèn)題:(1) 教師準(zhǔn)備好所有器材,學(xué)生只需要根據(jù)步驟按順序組裝,失去了深化物理觀念、培養(yǎng)科學(xué)思維的教育良機(jī)；(2) 把活動(dòng)的準(zhǔn)備、選材、制作、交流和評(píng)價(jià)甚至是反饋練習(xí)放到一節(jié)課中完成,學(xué)生缺少充分的體驗(yàn)；(3) 只重視制作的過(guò)程,忽視展示、匯報(bào)、交流、評(píng)估的過(guò)程,難以啟發(fā)學(xué)生的思維、滲透科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的教育。

針對(duì)以上問(wèn)題、基于核心素養(yǎng)的要求，筆者以“照相機(jī)、投影儀制作”活動(dòng)為例，說(shuō)明制作類綜合實(shí)踐活動(dòng)的環(huán)節(jié)。

2.1 明確原理,樹(shù)立正確的物理觀念

在學(xué)生學(xué)習(xí)“凸透鏡成像規(guī)律”之后,引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考以下現(xiàn)象：用手機(jī)拍照時(shí)，手機(jī)屏幕顯示的照片都不是倒立的；不管物體在什么位置,屏幕上顯示的照片都是清晰的。顯然，這與課堂學(xué)習(xí)到的凸透鏡成像規(guī)律不完全一致,從而使學(xué)生產(chǎn)生了疑惑和探究的興趣。

在平時(shí)的學(xué)科教學(xué)中，往往研究的是單一的學(xué)科問(wèn)題,此類問(wèn)題通?；乇芰藢?shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性,容易使學(xué)習(xí)陷入僵化的境地。而物理綜合實(shí)踐活動(dòng)則是回到真實(shí)生活中去,面對(duì)相對(duì)復(fù)雜的原始問(wèn)題，促使學(xué)生自主探究，形成物理觀念,更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。針對(duì)手機(jī)成像的問(wèn)題，筆者指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展了活動(dòng),設(shè)計(jì)了環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題串，幫助學(xué)生解決真實(shí)問(wèn)題，在任務(wù)布置的環(huán)節(jié)，筆者提出了以下問(wèn)題:

(1) 照相機(jī)、投影儀的原理分別是什么?

學(xué)生回答：它們分別為物距在2倍焦距以外、1倍和2倍焦距之間所對(duì)應(yīng)的凸透鏡成像。

(2) 當(dāng)物距變化時(shí),像距也會(huì)隨之變化,如何實(shí)現(xiàn)讓鏡頭和“膠片”的距離能自由變化?

學(xué)生回答：移動(dòng)膠片的位置；紙盒長(zhǎng)短不方便改變,做成伸縮鏡頭更方便。

(3) 你打算選擇什么器材作為投影儀、幻燈機(jī)的光源?

學(xué)生回答：利用手機(jī)屏幕。

(4) 人類在發(fā)明照相機(jī)、投影儀時(shí)經(jīng)歷了怎樣的過(guò)程?

學(xué)生回答：我去過(guò)照相機(jī)博物館,最早相機(jī)的成像的確是倒立的，但是不知道為什么。而從現(xiàn)在的相機(jī)取景口，看到的像都是正立的。

結(jié)合以上的討論，筆者設(shè)計(jì)了表1所示的5個(gè)項(xiàng)目,要求學(xué)生自主選擇并完成至少1個(gè)項(xiàng)目。源于生活的問(wèn)題,更加容易引起學(xué)生的興趣和探究欲望，學(xué)生在探究和制作的過(guò)程中真實(shí)地感受到了物理知識(shí)是有用的。物理學(xué)習(xí)不僅是做題目,應(yīng)和生活密切聯(lián)系,解決身邊的問(wèn)題。

表1

2.2 建構(gòu)模型,完善器材選擇與制作

制作類的綜合實(shí)踐活動(dòng)體現(xiàn)了物理學(xué)習(xí)的本質(zhì)特征,要以構(gòu)建模型作為活動(dòng)設(shè)計(jì)的核心。在活動(dòng)實(shí)施中要根據(jù)設(shè)計(jì)需求,分析模型的要素,將任務(wù)進(jìn)行分解，圍繞核心問(wèn)題,解析模型的要件。在該環(huán)節(jié)中學(xué)生在教師的引領(lǐng)下,圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù),全身心地積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展。

以制作照相機(jī)的項(xiàng)目為例,設(shè)計(jì)需求是制作一個(gè)照相機(jī),使遠(yuǎn)處的景物和近處的景物都能在照相機(jī)的“膠片”上成像。物理模型是：當(dāng)物距大于2倍焦距時(shí),會(huì)在1倍和2倍焦距之間成倒立縮小的實(shí)像。所以在選擇器材的時(shí)候需要考慮:(1) 選擇焦距合適的凸透鏡；(2) 選擇長(zhǎng)度合適的紙筒和紙盒作為鏡頭筒和暗箱；(3) 選擇合適的半透明膜作為“膠片”。整個(gè)活動(dòng)圍繞著物理模型組織實(shí)施,從中學(xué)生會(huì)深刻理解凸透鏡成像的規(guī)律,明了其成倒立縮小的實(shí)像的特點(diǎn)：物近像遠(yuǎn)、像變大,使學(xué)生形成物理觀念，發(fā)展科學(xué)思維能力。

筆者提供了以下器材:(1) 直徑為10cm、焦距為20cm的凸透鏡；(2) 直徑為5cm、焦距為10cm的凸透鏡。(3) 用于制作伸縮鏡頭的內(nèi)徑分別為10cm和5cm的紙筒。其他的器材需要學(xué)生自備，他們通過(guò)嘗試發(fā)現(xiàn)：(1) 選用焦距為10cm的凸透鏡較好,因?yàn)榻咕嘣蕉?，暗箱體積就越??；(2) 制作投影儀和幻燈機(jī)時(shí)最好選擇直徑較大、焦距較大的透鏡。

在指導(dǎo)學(xué)生選擇器材和操作的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)教師和學(xué)生在器材選擇和操作思路上有差異。如圖1所示,教師的思路往往習(xí)慣于從模型出發(fā),根據(jù)物理模型選擇器材，完成實(shí)驗(yàn)操作；學(xué)生往往喜歡先體驗(yàn)和嘗試,在多次嘗試后選擇合適的器材并進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作。例如在確定照相機(jī)鏡頭到“膠片”的距離L的時(shí)候，教師習(xí)慣從物理模型出發(fā),想到L應(yīng)該在1倍焦距和2倍焦距之間。但是，學(xué)生往往習(xí)慣于在凸透鏡后面放一張白紙,先找到像的位置,從而確定距離L的長(zhǎng)短。通過(guò)這種方式學(xué)生也能找到清晰的像,但對(duì)實(shí)驗(yàn)的模型不是很清楚，所以不能準(zhǔn)確找到伸縮鏡頭L的變化范圍。在此過(guò)程中,教師要擔(dān)負(fù)起引領(lǐng)的任務(wù)，如圖2所示，讓學(xué)生有充分的嘗試和體驗(yàn),在具備一定經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上構(gòu)建物理模型,再圍繞模型選擇器材、完善操作。在培養(yǎng)動(dòng)手能力的同時(shí),充分發(fā)揮綜合實(shí)踐活動(dòng)在培育建模、推理等科學(xué)思維中的育人價(jià)值。

圖1

圖2

2.3 實(shí)施激勵(lì)性評(píng)價(jià),滲透科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的教育

在綜合實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施中存在一種不良現(xiàn)象，就是購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的材料,根據(jù)說(shuō)明書(shū)、制作步驟進(jìn)行搭建。學(xué)生弄不清物理模型,不經(jīng)歷自主選材的環(huán)節(jié),做出來(lái)的產(chǎn)品都一樣,找不到改進(jìn)的空間。這樣的綜合實(shí)踐活動(dòng)變成了手工制作，其思維含量相對(duì)較低。

綜合實(shí)踐活動(dòng)要為學(xué)生提供反思和改進(jìn)的空間，在教學(xué)中要通過(guò)不斷質(zhì)疑創(chuàng)新,達(dá)成科學(xué)思維能力的培養(yǎng)目標(biāo)，通過(guò)激勵(lì)性評(píng)價(jià)滲透科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的教育，具體過(guò)程如下：

(1) 小組展示:各小組展示設(shè)計(jì)、制作的產(chǎn)品,演示相關(guān)的功能。

(2) 學(xué)生互評(píng):從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新穎性、工藝水平、使用效果等方面對(duì)各組的表現(xiàn)作出評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)內(nèi)容和分值可以由師生協(xié)商確定。

(3) 改進(jìn)完善:根據(jù)交流和評(píng)價(jià)的反饋信息,對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步完善小組制作的產(chǎn)品。

評(píng)價(jià)和改進(jìn)的目的在于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步對(duì)整個(gè)綜合實(shí)踐活動(dòng)的過(guò)程進(jìn)行回顧和總結(jié)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)產(chǎn)品的用途、物理模型、材料的選擇、制作的方法等進(jìn)行反思,明確改進(jìn)的方向。在實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生出現(xiàn)的典型問(wèn)題有:

(1) 固定照相機(jī)鏡頭的紙筒過(guò)長(zhǎng),像距無(wú)法調(diào)整到合適的大?。?/p>

(2) 照相機(jī)“膠片”材料透明度太高或太低,所成的像不清晰；

(3) 照相機(jī)鏡頭完全被固定,在景物遠(yuǎn)近變化后,所成的像不清晰；

(4) 投影儀或幻燈機(jī)的暗箱出現(xiàn)漏光現(xiàn)象,或者沒(méi)有涂黑,對(duì)成像質(zhì)量造成影響；

(5) 幻燈機(jī)光源的亮度不夠,選用膠片的透明度不高。

通過(guò)評(píng)價(jià)、交流和改進(jìn),學(xué)生制作的照相機(jī)、投影儀的效果得到大幅度提升(圖3)。接著安排學(xué)生介紹照相機(jī)、投影儀的發(fā)展歷史,介紹數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)的鏡頭特點(diǎn)以及屏幕上的像是正立的原理。最后教師總結(jié)：在現(xiàn)實(shí)中，科學(xué)家、發(fā)明家就是在不斷地實(shí)踐、反思和改進(jìn)的過(guò)程中推進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

圖3

在評(píng)價(jià)過(guò)程中，要以促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展為目標(biāo)，要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生在綜合實(shí)踐活動(dòng)中的亮點(diǎn),利用激勵(lì)性評(píng)價(jià),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的志趣。在本次活動(dòng)中,有一位平時(shí)學(xué)業(yè)成績(jī)一般的同學(xué)表現(xiàn)出了極大的熱情,同時(shí)選做了照相機(jī)和投影儀,成像效果非常理想，制作非常精致。當(dāng)其他同學(xué)看到他的展示也贊嘆連連，使該生的學(xué)習(xí)積極性大為提高。

評(píng)價(jià)的功能在于讓學(xué)生在制作過(guò)程中及時(shí)得到反饋,并改進(jìn)提高。評(píng)價(jià)不僅要關(guān)注學(xué)生對(duì)物理原理、模型的理解,更要注重滲透科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的教育,注重活動(dòng)過(guò)程中隱性特質(zhì)的培養(yǎng),如合作素養(yǎng)、信息素養(yǎng)、觀察能力等。

3 結(jié)語(yǔ)

從教師的角度來(lái)看,學(xué)生制作的照相機(jī)、投影儀可能還有一些可以提升或者創(chuàng)新的地方,但從這些充滿創(chuàng)意的設(shè)計(jì)、充滿溫度的作品中,深切地感受到了學(xué)生正在邁向核心素養(yǎng)的提升之路。開(kāi)發(fā)和實(shí)施制作類綜合實(shí)踐活動(dòng)有助于拓展學(xué)生的思維,有助于學(xué)生在動(dòng)手活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提升技能,有助于促進(jìn)其交流和評(píng)估、反思能力的提升,有助于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。