物理實(shí)驗(yàn)“五味”教學(xué)策略

譚振興： 廣東省湛江市第二中學(xué)正高級(jí)教師，廣東省名師工作室主持人，廣東省初中物理骨干教師，廣東省中學(xué)物理信息化專家?guī)斐蓡T，華南師范大學(xué)教育學(xué)部、省級(jí)中小學(xué)教師發(fā)展中心兼職教授，嶺南師范學(xué)院特聘教授。主持或參與省市規(guī)劃課題10項(xiàng)，出版專著2部；參與微課、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等比賽獲省市級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)13次。多年來致力于物理數(shù)字化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與研究，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，充分挖掘物理數(shù)字化教學(xué)資源，探索“可視化”教學(xué)。應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)“五味”教學(xué)策略，服務(wù)學(xué)生數(shù)字化自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，當(dāng)好“擺渡人”，響應(yīng)“雙減”政策，培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)和能力。

實(shí)施“雙減”政策，推進(jìn)教育高質(zhì)量發(fā)展，是一場關(guān)乎學(xué)生全面發(fā)展、身心健康成長的變革。物理教師要與時(shí)俱進(jìn)，更新教育理念，科學(xué)應(yīng)用信息技術(shù)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的教與學(xué)。在“趣味”中積蓄學(xué)習(xí)動(dòng)力；在“情味”中增進(jìn)師生情感；在“韻味”中構(gòu)建思維中心；在“品味”中凸顯學(xué)科育人；在“回味”中培養(yǎng)關(guān)鍵能力，最終達(dá)到創(chuàng)新創(chuàng)造最高境界。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用信息技術(shù)實(shí)施“五味”教學(xué)，不失為減負(fù)增效的良策，也為物理教學(xué)轉(zhuǎn)型提供了新路徑。

一、落實(shí)“雙減”政策，應(yīng)用信息技術(shù)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)勢在必行

2021年7月24日，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見》（以下簡稱“雙減”政策），要求各地區(qū)各部門結(jié)合實(shí)際情況認(rèn)真貫徹落實(shí)。這是繼2018年12月教育部等九部門出臺(tái)《中小學(xué)生減負(fù)措施》后，再次刮起針對減輕中小學(xué)學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)的改革旋風(fēng)。物理教師要避免課堂上機(jī)械灌輸理論知識(shí)，杜絕學(xué)生課后瘋狂“刷題”。尊重學(xué)生主體地位，讓學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐中主動(dòng)尋求知識(shí)，這是義務(wù)教育物理新課程改革的導(dǎo)向，也是現(xiàn)代化物理教學(xué)的特征。當(dāng)今，信息技術(shù)飛速發(fā)展，人們處于具有無限邊界、無限容量和無限關(guān)聯(lián)的信息場域。如何落實(shí)“雙減”政策實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效，如何建立現(xiàn)代高質(zhì)量教育體系？用信息技術(shù)賦能教與學(xué)是教育創(chuàng)新的必由之路，也是落實(shí)義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)業(yè)質(zhì)量要求順利實(shí)現(xiàn)育人價(jià)值的重要保證。

“雙減”政策執(zhí)行之前，學(xué)生的紙筆作業(yè)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)很重，機(jī)械重復(fù)式、低效甚至是無效的學(xué)習(xí)不但浪費(fèi)了他們的精力和時(shí)間，還讓他們感到厭煩，甚至扭曲了學(xué)習(xí)觀。新課改背景下，物理教師要以培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)由“知識(shí)技能學(xué)習(xí)為中心”向“人的發(fā)展為中心”的轉(zhuǎn)變。目前，關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新及其教學(xué)方式與方法改進(jìn)的實(shí)踐和研究較多，但上升到物理課程教學(xué)改革層面來設(shè)計(jì)、實(shí)施新架構(gòu)新方法的不多。物理教師推進(jìn)教學(xué)改革必須知行合一，探索普遍適用的高效教與學(xué)新途徑。

二、融合信息技術(shù)的物理實(shí)驗(yàn)“五味”教學(xué)構(gòu)想與框架

用信息技術(shù)助推物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與應(yīng)用，是落實(shí)“雙減”政策，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)提質(zhì)增效的科學(xué)舉措。信息技術(shù)為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)賦能，為許多經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)插上信息化的翅膀，使其熠熠生輝。數(shù)字化教學(xué)資源的深度應(yīng)用正在深刻改變學(xué)生的學(xué)習(xí)生態(tài)，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)模式，推動(dòng)數(shù)字化資源與課程內(nèi)容、教學(xué)形式、學(xué)習(xí)方式深度融合與創(chuàng)新。就初中物理學(xué)科而言，教師如何守好數(shù)字化物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課堂這個(gè)主陣地，科學(xué)實(shí)施教學(xué)轉(zhuǎn)型，向課堂教學(xué)要效率、要質(zhì)量是一項(xiàng)重要課題?！敖虒W(xué)觀念”“教學(xué)方式”“學(xué)習(xí)方式”是判斷課堂教學(xué)轉(zhuǎn)型的三個(gè)關(guān)鍵要素。如何提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效益是當(dāng)前“雙減”背景下優(yōu)化課堂教學(xué)的焦點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的科學(xué)轉(zhuǎn)型，必須找準(zhǔn)切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)好路徑。具體來講，教師開展數(shù)字化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)應(yīng)創(chuàng)設(shè)情境彰顯“趣味”；和諧共處彰顯“情味”；構(gòu)建思維中心彰顯“韻味”；體現(xiàn)學(xué)科育人價(jià)值彰顯“品味”；提升關(guān)鍵能力彰顯“回味”。筆者按上述構(gòu)想，設(shè)計(jì)了“五味”教學(xué)法（如圖1）。

三、“五味”教學(xué)：信息技術(shù)賦能教與學(xué)的有效路徑

數(shù)字化物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)指教師為了加深學(xué)生對物理知識(shí)的理解，利用信息技術(shù)對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)施優(yōu)化并加以改進(jìn)；或者為了達(dá)到某一實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩O(shè)計(jì)個(gè)性化實(shí)驗(yàn)；又或?yàn)榱颂岣邔?shí)驗(yàn)可見度、簡化實(shí)驗(yàn)步驟、激發(fā)學(xué)生興趣、挖掘課程資源、填補(bǔ)實(shí)驗(yàn)空白、自制教具等開展系列創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，如改進(jìn)儀器（含傳感器的應(yīng)用）、簡化實(shí)驗(yàn)原理、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。實(shí)踐的主體是學(xué)生，實(shí)踐的目的是提高實(shí)驗(yàn)遷移和創(chuàng)新能力。筆者在長期的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐中，將“五味”教學(xué)策略貫穿整個(gè)教學(xué)過程，借助信息技術(shù)為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)賦能。

（一）創(chuàng)設(shè)具體情境，積蓄學(xué)習(xí)動(dòng)力，使教學(xué)“趣味”盎然

孔子在《論語》中講道“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”，愛因斯坦說過“興趣是最好的老師”，由此可見興趣很重要。課堂是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)興趣的主戰(zhàn)場，教師可以創(chuàng)新教法、變革學(xué)法，結(jié)合案例設(shè)疑激趣，營造良好的氛圍。隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)字化資源豐富至極，教師可以創(chuàng)設(shè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化教學(xué)。例如，在探究物質(zhì)的特性的教學(xué)中，如何使玻璃由絕緣體變成有導(dǎo)電特性的導(dǎo)體，如何將復(fù)雜且稍縱即逝的物理過程展示給學(xué)生，一直困擾著教師。為了解決上述問題，筆者創(chuàng)造性地將微電流傳感器等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材與人體導(dǎo)電球（電流只要超過0.01 μA就可以發(fā)光）組合，將計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)線、微電流傳感器、細(xì)玻璃管、人體導(dǎo)電球、鐵架臺(tái)等器材組裝成系統(tǒng)（如圖2），使實(shí)驗(yàn)過程可視化。學(xué)生發(fā)現(xiàn)常溫下玻璃不導(dǎo)電，被加熱到一定溫度后開始導(dǎo)電；停止加熱后，隨著溫度降低，電流亦變小，說明導(dǎo)體與絕緣體沒有絕對界限。筆者以此刺激學(xué)生聽覺與視覺神經(jīng)，激起學(xué)生心靈的震撼，班級(jí)的學(xué)習(xí)氣氛一下子就活躍起來了。筆者使用數(shù)字化教具激趣啟智，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，彰顯課堂的“趣味”性，營造意境，讓學(xué)生為后續(xù)學(xué)習(xí)積蓄動(dòng)力。

（二）關(guān)注知識(shí)生成，拉近師生距離，使教學(xué)“情味”濃厚

課堂既是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主戰(zhàn)場，又是師生交流情感的重要場所。教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必須以情感交流為基礎(chǔ)在情境中實(shí)現(xiàn)多向折射，構(gòu)建“心理場”，讓課堂教學(xué)變成以情感交流為基礎(chǔ)的情景劇而非獨(dú)角戲。如此，才能讓學(xué)生“親其師，信其道”。教師組織創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，構(gòu)建“具體模式”，做到“形象生動(dòng)，讓學(xué)生具體地學(xué)”，“情景交融，讓學(xué)生直觀地學(xué)”，彰顯教學(xué)“情味”。

例如，在探究定滑輪使用特性實(shí)驗(yàn)中，筆者讓學(xué)生用彈簧測力計(jì)完成“定滑輪是否省力”實(shí)驗(yàn)操作。但學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中收集到的數(shù)據(jù)非常不滿意，主要原因是刻度板自重影響測力計(jì)拉力讀數(shù)。面對一臉難色的學(xué)生，筆者沒有求全責(zé)備，通過與學(xué)生交流找到問題的癥結(jié)，嘗試采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（DIS）改進(jìn)以上實(shí)驗(yàn)。學(xué)生運(yùn)用拉力傳感器，問題便迎刃而解，他們根據(jù)測量數(shù)據(jù)非常容易得出結(jié)論：定滑輪不省力，但可以改變拉力方向。學(xué)生在交流互動(dòng)中解決了難題，在活動(dòng)過程中動(dòng)手、動(dòng)情、生情，掌握基本規(guī)律，同時(shí)增進(jìn)了學(xué)生之間、師生之間的情感。

（三）聯(lián)系生活實(shí)際，構(gòu)建思維中心，使教學(xué)“韻味”十足

林崇德教授認(rèn)為：思維是課堂教學(xué)中的核心活動(dòng)，教師通過互動(dòng)激發(fā)學(xué)生參與思維活動(dòng)，目的是提高課堂教學(xué)質(zhì)量。學(xué)物理就是學(xué)思維。光有知識(shí)傳遞，課堂教學(xué)干癟無味；有思維含量，課堂教學(xué)才有靈性。教師要以培養(yǎng)學(xué)生思維能力為中心，為學(xué)生自由深度思辨提供空間，“畫龍點(diǎn)睛”，使學(xué)生在課堂上思維活躍、活力十足，彰顯課堂教學(xué)“韻味”。

例如，筆者引導(dǎo)學(xué)生利用氣壓式高壓澆花用透明噴水壺、普通溫度傳感器、氣體壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、裝有專業(yè)軟件的筆記本電腦等器材制作了“做功改變物體內(nèi)能的數(shù)字化演示裝置”。學(xué)生用力抽壓壺蓋上裝置的拉桿，對壺體內(nèi)空氣做功，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壺內(nèi)空氣的內(nèi)能，此時(shí)壺內(nèi)氣體溫度升高，氣體壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增加。學(xué)生用手按壓壺嘴閥門向外放氣，此時(shí)壺內(nèi)空氣伴隨高壓液體從壺嘴噴出，對壺嘴面前的風(fēng)車施力。于是，氣體對外做功，風(fēng)車機(jī)械能（動(dòng)能）增加，壺體內(nèi)溫度急速下降，氣壓降低，內(nèi)能減小，此時(shí)壺內(nèi)氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。與用手?jǐn)Q密閉礦泉水瓶等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，教師借助信息技術(shù)開展探究實(shí)驗(yàn)，大幅提升了學(xué)生的思維容量與思維深度，使實(shí)驗(yàn)既具有“知識(shí)味”又具有“數(shù)據(jù)味”，彰顯高思維含量實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“韻味”。

（四）落實(shí)課標(biāo)要求，體現(xiàn)育人價(jià)值，讓學(xué)生“品味”科學(xué)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求教師堅(jiān)持“知行合一、學(xué)以致用”的教學(xué)原則。教師要堅(jiān)持“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)，再從社會(huì)回歸物理”的教育理念，改進(jìn)教與學(xué)。培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)。初識(shí)物理的學(xué)生如何才能深刻認(rèn)識(shí)到物理知識(shí)對社會(huì)發(fā)展是有用的、是人類的前沿科技發(fā)展的集大成者，唯有長期學(xué)習(xí)、循序漸進(jìn)。為了凸顯物理學(xué)科育人價(jià)值，筆者在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)了一些精彩、實(shí)用的生活情境，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。例如，在探究聲音的響度與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，筆者并沒有羅列聲學(xué)現(xiàn)象，直接草草得出聲音的響度與聲源振動(dòng)幅度、距離聲源遠(yuǎn)近有關(guān)的結(jié)論，而是放開手讓學(xué)生自己“品味”。有學(xué)生用靠近正在振動(dòng)音叉的乒乓球彈起的高度來反映聲音的響度；有學(xué)生用接觸音叉的鋁制空飲料罐做實(shí)驗(yàn)，敲擊音叉促使空飲料罐彈起，用其彈起角度大小反映聲源振動(dòng)的響度；還有學(xué)生使用發(fā)聲軟件、聲音傳感器與帶軟件的電腦在多媒體屏幕上顯示聲音振動(dòng)圖像。學(xué)生參與或觀摩可視化實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到物理學(xué)中有些物理量難以直接測量，可以用與之相關(guān)的物理量間接反映。這樣，學(xué)生就在實(shí)驗(yàn)中自然領(lǐng)悟什么叫轉(zhuǎn)換法。

又如，在探究聲音響度與距離聲源遠(yuǎn)近關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，筆者出示音叉（帶小錘）、鬧鐘、帶有噪聲分貝儀App的智能手機(jī)，讓學(xué)生選擇器材做實(shí)驗(yàn)。此時(shí)，課堂就是激發(fā)學(xué)生思維能力的重要平臺(tái)，也是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主戰(zhàn)場。在交流討論后，有些學(xué)生并沒有選擇音叉而選擇鬧鐘作為聲源；不是簡單地通過耳朵感覺聲音大小，而是選擇帶有噪聲分貝儀App的智能手機(jī)進(jìn)行精確測量。學(xué)生意識(shí)到，要探究聲音響度與距離聲源遠(yuǎn)近關(guān)系，必須控制聲音響度恒定，如果用小錘敲擊音叉，很難做到每次用相同的力敲擊音叉來控制聲源響度恒定?？刂谱兞糠ㄔ趯W(xué)生的腦海中生根發(fā)芽，教師在課堂上潛移默化地訓(xùn)練學(xué)生高階思維的目標(biāo)已達(dá)成。學(xué)生“品味”物理知識(shí)與科學(xué)思想，“學(xué)得會(huì)，帶得走”。教育的本質(zhì)不是將籃子裝滿，而是將燈點(diǎn)燃，即為學(xué)生的思維“點(diǎn)火”。物理課堂上，教師不能簡單堆砌科學(xué)現(xiàn)象，一定要激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力。學(xué)生能否探究并解決真實(shí)問題是判斷物理課堂教學(xué)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生只有參與真實(shí)的科學(xué)探究實(shí)踐活動(dòng)才能提高核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人價(jià)值，學(xué)會(huì)“品味”科學(xué)。

（五）提高創(chuàng)新素養(yǎng)，培養(yǎng)關(guān)鍵能力，使教學(xué)“回味”無窮

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！闭n堂教學(xué)時(shí)間是有限的，但課堂教學(xué)給學(xué)生帶來的思維進(jìn)階不會(huì)停下腳步。讓學(xué)生對學(xué)習(xí)“意猶未盡”，是教師追求的目標(biāo)。教師組織創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，加強(qiáng)問題之間的關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，方可獲得“余音繞梁”的效果。

教師可在課后服務(wù)中展示學(xué)生創(chuàng)新作品。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力是物理學(xué)科教學(xué)的終極目標(biāo)。學(xué)生學(xué)會(huì)創(chuàng)造，也就實(shí)現(xiàn)了“知行合一”。當(dāng)前，國家全面實(shí)施“雙減”政策。課后服務(wù)是課堂教學(xué)的補(bǔ)充，教師可借機(jī)展示學(xué)生作品、交流反饋與綜合評價(jià)。筆者給學(xué)生布置了數(shù)字化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的作業(yè)，讓他們在課后參與活動(dòng)，就是為了提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。例如，為了科學(xué)準(zhǔn)確地測量蠟燭每層火焰的溫度，筆者購買了TES數(shù)位溫度計(jì)（TES-1310型號(hào)，量程為0～1310 ℃），即數(shù)字化溫度傳感器，引導(dǎo)學(xué)生加深對“酒精燈外焰溫度最高，內(nèi)焰次之，焰心溫度最低”的認(rèn)識(shí)，由過去傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的定性了解轉(zhuǎn)為定量測量。

教師要鼓勵(lì)學(xué)生參與科技創(chuàng)新比賽。課堂教學(xué)中形成的學(xué)生實(shí)踐成果也能登上“大雅之堂”。教師要鼓勵(lì)學(xué)生對作品進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，在校內(nèi)外舉辦的科技活動(dòng)中展示，推薦優(yōu)秀科技創(chuàng)新成果參加國家青少年科技創(chuàng)新大賽，甚至申報(bào)國家發(fā)明專利。教學(xué)不會(huì)因?yàn)閹熒叱稣n堂而停止，對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造動(dòng)力的激發(fā)依然在延續(xù)。教師要讓學(xué)生創(chuàng)新作品繼續(xù)發(fā)揮價(jià)值，讓學(xué)生在“回味”中積淀，實(shí)現(xiàn)對“有味”課堂教學(xué)的反哺。

“向教學(xué)內(nèi)容要質(zhì)量、向課堂效益要品質(zhì)”，教師要改進(jìn)課堂教學(xué)方式方法：改變過去“知識(shí)立意”理念下的新課教學(xué)、“關(guān)鍵考點(diǎn)”理念下的復(fù)習(xí)教學(xué)、“典型考題”理念下的考前沖刺。在當(dāng)今“素養(yǎng)導(dǎo)向，實(shí)踐育人，五育并舉”的課程理念指導(dǎo)下，教師要堅(jiān)持問題導(dǎo)向，利用數(shù)字技術(shù)賦能物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)，優(yōu)化并利用“五味”教學(xué)模式，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)高質(zhì)量發(fā)展。變單一“教學(xué)”為全面“育人”，物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求一定能落細(xì)、落實(shí)。

責(zé)任編輯：祝元志