從物理實驗到實踐物理

吳愛兄 宋金萍

案例分享

在課程改革的背景下，宋金萍特級教師工作室進(jìn)行了物理實驗課程改革的探索，以實驗課程為依托，開展實驗課程的創(chuàng)新設(shè)計與實施，變革教與學(xué)的方式，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科。物理學(xué)習(xí)也是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，建立概念、探尋規(guī)律需要以實驗為基礎(chǔ)，啟發(fā)及保持持久思考也需要探究實驗的支持。物理實驗不僅是一種教學(xué)方法，也是提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效載體。伴隨著課程改革的逐步推進(jìn)和對學(xué)科核心素養(yǎng)了解的不斷深入，以實驗課題為依托的實驗課程創(chuàng)新設(shè)計與實施在朝陽區(qū)特級教師工作室的引領(lǐng)下不斷推進(jìn)。課程創(chuàng)新力求更貼近學(xué)科本質(zhì)，更有利于學(xué)生發(fā)展。近十年的探索大致經(jīng)歷了以下三個階段。

第一個階段是從2012年到2014年，開展了中學(xué)物理實驗教學(xué)資源的整合與開發(fā)研究。主要的思考點(diǎn)是如何提高教師教的效率，關(guān)注點(diǎn)是從知識、教材、考試三個層面加強(qiáng)對物理學(xué)科知識本身的深入理解。主要工作是研究教材、研究考題、整合資源，全面地梳理教材實驗，準(zhǔn)確地把握核心知識，系統(tǒng)深入地研究考題。并在此基礎(chǔ)上，從高考的評價標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)將高中物理18個必考的學(xué)生實驗，從實驗原理、實驗操作、實驗設(shè)計、誤差分析、拓展應(yīng)用等維度進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，整合開發(fā)了符合學(xué)生特點(diǎn)的實驗教學(xué)手冊，并完善了課本中的200多個演示實驗。

第二個階段是從2014年到2017年，物理組開展了基于“全納”教育理念的高中物理教學(xué)實踐研究。主要的思考點(diǎn)是如何提高學(xué)生學(xué)的樂趣，關(guān)注點(diǎn)是從改變課堂教學(xué)模式出發(fā)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力。主要工作是從教學(xué)手段、學(xué)習(xí)方式、教學(xué)方式三個維度對高中物理實驗教學(xué)展開深入研究，從創(chuàng)新角度探究課堂教學(xué)的最佳切入點(diǎn)，營造使每一名學(xué)生都能自主發(fā)展的“全納”課堂。編寫了《高中物理全納學(xué)習(xí)手冊》，還開發(fā)了一系列低成本的實驗器材、教具及創(chuàng)新實驗，開展了全區(qū)范圍內(nèi)的高中物理實驗微課比賽。

第三個階段是從2017年到2020年，隨著對學(xué)科核心素養(yǎng)理解的不斷深入，教師們對物理實驗課程的理解也越來越全面，大家開始嘗試著從核心素養(yǎng)的角度去理解和把握實驗課堂。主要的思考點(diǎn)是如何在實驗課程中提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，從關(guān)注知識逐漸轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)生科學(xué)思維。主要工作是開展了初高中實驗課程一體化設(shè)計與實施的研究，在這個過程中，工作室設(shè)計并實施了許多有特色的實驗校本課程，如物理實驗與思維拓展、物理探究實驗的深入研究等;開展指向?qū)W科核心素養(yǎng)培育的高中物理實驗教學(xué)創(chuàng)新實踐研究，并總結(jié)梳理了兩種物理實驗教學(xué)模式。

2020年，開展了表現(xiàn)性評價在高中物理實驗教學(xué)中的實踐研究。隨著核心素養(yǎng)的提出和課程改革的推進(jìn)，評價體系的變革也迫在眉睫，基于核心素養(yǎng)的評價體系需要促進(jìn)學(xué)生高階思維的拓展和各項關(guān)鍵能力的提升。我們將思考點(diǎn)聚焦于評價就是為了進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升和關(guān)鍵能力的落實。

縱觀近十年的物理實驗課程改革，從關(guān)注知識與方法到關(guān)注思維發(fā)展，從關(guān)注教師的教到關(guān)注學(xué)生的學(xué)，再到關(guān)注教學(xué)評價的多元化，從課內(nèi)到課外，從課到課程，教師們對實驗研究的深入探索過程就是學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革過程。

實驗課程的最終落腳點(diǎn)在哪里？將走向哪里？所有課程的落腳點(diǎn)都是為了提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，都是為了培育學(xué)生的關(guān)鍵能力、必備品格、核心素養(yǎng)。物理源于實踐，應(yīng)用于實踐，有效的物理學(xué)習(xí)要將真實情境與任務(wù)背后的真實世界直接聯(lián)系起來，讓學(xué)生在真實的實踐中提升能力、拓展思維，于是，工作室開始了開發(fā)實踐物理課程的探索。

經(jīng)歷了課程論證、課程編寫、課程實施與調(diào)整，逐漸形成了實踐物理課程體系。

1.課程論證

實踐物理課程以科學(xué)實踐為理論基礎(chǔ)，以真實的生活問題為載體，通過項目式驅(qū)動的方式，引導(dǎo)學(xué)生通過自我實踐，在解決實際問題的過程中，形成策略性解決問題的方法，提升學(xué)生探究能力、綜合實踐能力和解決問題的能力，同時，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科思維。這是一種新的學(xué)習(xí)認(rèn)知方式，在學(xué)習(xí)中，學(xué)生是主體，實踐是形式，物理是載體。

實踐物理課程是立足于生活中某一確定的實際情境，讓學(xué)生通過項目式探究學(xué)習(xí)，經(jīng)歷物理概念的科學(xué)建構(gòu)和規(guī)律的科學(xué)探究過程，促進(jìn)概念和規(guī)律的逐步學(xué)習(xí)、系統(tǒng)反思和遷移應(yīng)用，通過不同視角，循序漸進(jìn)地在腦海里形成概念體系。所以，實踐物理課程嘗試在學(xué)生最近發(fā)展區(qū)激發(fā)學(xué)生潛能，圍繞著正在進(jìn)行的物理內(nèi)容建構(gòu)生活情境。因此，要開發(fā)設(shè)計與學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程相匹配的生活載體（項目），配合國家課程進(jìn)度開設(shè)實踐物理的校本課程。

高一第一學(xué)期主要學(xué)習(xí)的是必修一的內(nèi)容，知識的重點(diǎn)是力和運(yùn)動，我們主要配套開發(fā)了“探秘冬奧會”與“交通中的運(yùn)動秘密”項目;高一第二學(xué)期主要學(xué)習(xí)的是必修二的內(nèi)容，知識的重點(diǎn)是曲線運(yùn)動、功和能，我們重點(diǎn)開發(fā)了“探秘游樂場”項目;高二第一學(xué)期主要學(xué)習(xí)的是必修三的內(nèi)容，知識的重點(diǎn)是電場、磁場、恒定電路，我們配套開發(fā)了“探秘家用電器的場和路”項目。這樣的課程設(shè)置考慮到實踐物理課程一方面要關(guān)注生活實際，另一方面也希望引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會在解決實際問題的過程中進(jìn)一步深化對物理概念和規(guī)律的認(rèn)識，促進(jìn)物理觀念的形成和學(xué)科思維的發(fā)展，所以，實踐物理課程采用了與國家課程同步推進(jìn)的形式。

2.課程編寫

教師們通過多次交流研討確定了實踐物理課程編寫的主要方向、編寫目標(biāo)、編寫原則、編寫體例，以“探秘冬奧會”項目為課例，進(jìn)行首輪課程教材編寫。

實踐物理課程主要是引導(dǎo)學(xué)生在實踐中形成解決實際問題的策略方法，提升綜合實踐能力和科學(xué)研究能力，形成概念體系。實踐物理課程在之前沒有成型的課例，所以，課題組的教師們結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與生活實際編寫開發(fā)課程教材。教材的編寫目標(biāo)是有利于教師指導(dǎo)，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生的思維發(fā)展。教材的編寫原則是創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，引發(fā)真正的學(xué)生思考，落實有效的動手實踐，形成解決問題的策略，關(guān)注學(xué)生真實的感受。教材的編寫體例是每一個任務(wù)的設(shè)計符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，每一個任務(wù)給學(xué)生清晰的解決問題的路徑，各任務(wù)之間形成思維的有效進(jìn)階。將生活中的實際問題以教材的形式展現(xiàn)出來，學(xué)生通過閱讀教材可以自主找到解決問題的途徑，形成解決問題的方法。本階段，教師的主要工作是完成從生活走向教材。

3.課程實施與調(diào)整

兩年時間內(nèi)完成了兩輪課程實施與調(diào)整，并在實踐的基礎(chǔ)上完成了必修二、必修三配套課程的開發(fā)與教材編寫。首先，將“探秘冬奧會”項目通過校本課程在高一年級進(jìn)行推廣實施。如果說課程編寫的難點(diǎn)是從生活走向教材，那么課程實施的難點(diǎn)則是如何再一次從教材走向?qū)嵺`。在首輪實踐過程中，我們主要存在以下幾方面的困惑：課程實施者如何從教材中走出來，激發(fā)學(xué)生自我實踐的愿望？真實的生活情境如何走進(jìn)真實的學(xué)生？動手實踐與理論實踐如何有效地結(jié)合？不同的項目如何形成階梯性的進(jìn)階學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生持續(xù)的探究動力？

通過近一年的課程實施，教師們邊實施邊研討，邊反思邊改進(jìn)，對課程進(jìn)行了有效整合。同一課程中，盡量將理論實踐、動手實踐和探究活動三者有效結(jié)合。比如，開發(fā)“探秘水上飛”項目，課程任務(wù)包含三個內(nèi)容：理論分析水流的反沖力的影響因素、動手制作反沖裝置、利用水的沖力將火箭送上天。學(xué)生通過小組合作交流，在完成項目的過程中拓展了對動量定理的認(rèn)識;通過動手制作反沖裝置的實踐活動，主動運(yùn)用知識解決實際問題;通過制作水火箭的實踐活動，進(jìn)行深入的項目研究。在項目中，學(xué)生獲得了知識，提升了能力，也激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣與探究熱情。

為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的持續(xù)動力，解決項目之間的進(jìn)階與落實學(xué)生自主探究的問題，我們將不同的項目同步開發(fā)，重點(diǎn)實施。在“探秘游樂場”項目中，教師們同步開發(fā)了“水上飛人”“大鐘擺”“過山車”“摩天輪”四個項目，學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好選擇項目進(jìn)行深入探究，學(xué)生自由組成學(xué)習(xí)共同體，每個學(xué)習(xí)共同體分組自主探究，最后進(jìn)行交流分享，教師則引導(dǎo)學(xué)生對不同的項目進(jìn)行深入的比較和分析。這樣，每一名學(xué)生都有充足的時間就其中一個主題進(jìn)行系統(tǒng)分析和深入探究，真正實現(xiàn)了通過動手實踐提升學(xué)生綜合實踐能力的目的。之后，又開發(fā)了線上課程，實現(xiàn)了線上、線下相融合，搭建了學(xué)生交流分享的新平臺。

實踐物理課程是指向?qū)W生核心素養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)過程，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)中通過深度學(xué)習(xí)、深度實踐，促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)的提升。這需要教師將促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的指南設(shè)計出來。因此，在原有課程教材的基礎(chǔ)上，教師要完成項目制的單元教學(xué)設(shè)計，對項目內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)化的處理，從大任務(wù)的角度進(jìn)行實踐物理的單元教學(xué)設(shè)計，探究適合學(xué)生的實踐物理課程教學(xué)模式，進(jìn)而實現(xiàn)實踐課程的真正有趣、有用、有意義。

宋金萍老師點(diǎn)評

實驗是物理學(xué)科的重要基礎(chǔ)，是構(gòu)建物理概念和規(guī)律的基礎(chǔ)，也是檢驗概念和規(guī)律是否正確的重要途徑。對于物理學(xué)習(xí)來說，僅僅通過有限的課堂實驗來強(qiáng)化，明顯是不足的，必須通過學(xué)生自主實踐活動加以完善。“實踐物理”強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生到實際生活中去觀察，到具體情境中去感受，把物理教學(xué)與實際生活緊密聯(lián)系起來，結(jié)合實際情境開展物理學(xué)習(xí)，使學(xué)生身臨其境，通過各種感官吸收信息，從而獲得豐富的知識，激活學(xué)習(xí)動機(jī)，真正從課本走向生活實踐。