初中物理綜合實踐活動中項目開發(fā)與實踐

摘 要：開展基于蘇科版教材中的綜合實踐活動的校本化拓展課程，有利于完善學(xué)生的知識體系并發(fā)展學(xué)生的關(guān)鍵能力。教師依據(jù)學(xué)生的個性特征，采取項目式教學(xué)方式，并給予學(xué)生充分的個性化指導(dǎo)，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的興趣，還能讓學(xué)生的思維朝著開放性與深刻性方向發(fā)展。本文以“靜電與應(yīng)用”的拓展教學(xué)為例，闡述通過項目設(shè)計來培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的路徑與方法。

關(guān)鍵詞：項目學(xué)習(xí)；靜電與應(yīng)用；拓展課程

蘇科版教材中的綜合實踐活動，作為課程的鮮明特色，近年來日益受到教育界的重視。特別是隨著《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準（2022年版）》的發(fā)布，跨學(xué)科實踐成為了熱議話題，它與綜合實踐活動之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)。作為綜合實踐課程的重要補充，依托實踐活動開發(fā)的系列項目課程，能夠精準對接學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求。因此，在初中階段，推行以綜合實踐活動為核心的系列拓展課程顯得尤為迫切和重要。通過教師精心設(shè)計的項目活動，學(xué)生在完成項目任務(wù)的過程中，可以深入體驗物理學(xué)習(xí)的路徑與技巧，直觀感受物理觀念的形成過程。這一舉措不僅能極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還能有效地幫助他們建構(gòu)完善的知識體系，拓寬學(xué)習(xí)視野，進而培育出有利于學(xué)生終身成長和社會發(fā)展的必備品格與關(guān)鍵能力。^［1］

本文以初中“靜電與應(yīng)用”的拓展教學(xué)實踐為例，探討在拓展課程中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的思路和具體方法，流程圖如圖1所示。

1 情境引入，確立綜合實踐活動開發(fā)項目主題

1.1 油罐車鐵鏈原理探討

情境引入：在現(xiàn)實生活中，很多油罐車的尾部都安裝有一個接觸地面的拖地帶，如圖2所示，接觸地面的拖地帶有什么作用？

討論與分析：拖地帶的作用是通過與地面接觸，將油罐車在運輸過程中由于油液與罐壁摩擦產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走。這樣做的目的是防止靜電積累導(dǎo)致在油罐內(nèi)放電，產(chǎn)生火花。因為油罐車通常裝載的是易燃、易爆物質(zhì)，如汽油或煤油，而汽車輪胎是橡膠材質(zhì)，屬于絕緣體，無法將電荷傳導(dǎo)到地下。因此，通過拖地帶將電荷導(dǎo)入大地，可以確保油罐車在運輸過程中的安全性，避免潛在的燃燒或爆炸風(fēng)險。教師對學(xué)生的合理猜想給予積極評價，并板書本次綜合實踐活動拓展課程的主題：“靜電與應(yīng)用”。

反思與評價：學(xué)生對生活中的有趣現(xiàn)象產(chǎn)生了強烈的探究欲望，通過討論與分析可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。通過用金屬棒觸碰帶電的驗電器金屬球或驗電羽尋找證據(jù)，驗證猜想。高效的教學(xué)活動應(yīng)從精彩的引入開始，活動開始，教師為學(xué)生展示了一個來源于生活的問題，讓學(xué)生耳目一新。學(xué)生通過討論，提出了自己的觀點，激發(fā)起學(xué)生對“靜電現(xiàn)象”的強烈探究欲，深刻體會到科學(xué)技術(shù)對人類社會發(fā)展的推動作用，并樹立起正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識。

2 動手操作，置身體驗物理觀念的形成過程

2.1 制作簡易水流靜電發(fā)生器

準備一個空礦泉水瓶，往燒杯內(nèi)注入適量的清水，用膠頭滴管滴入紅墨水染色以便于觀察，用玻璃棒將其攪拌均勻，然后將其倒入礦泉水瓶內(nèi)。在礦泉水瓶蓋上開一個小孔，將瓶倒置于燒杯上方。

2.2 觀察水流變“彎曲”

用手擠壓瓶子，讓水流從瓶蓋的小孔緩緩流出，將橡膠棒靠近水流，觀察水流是否有變化；用毛皮摩擦橡膠棒后，再將橡膠棒靠近水流，發(fā)現(xiàn)水流被吸引（見圖3）。將橡膠棒遠離水流，觀察到水流恢復(fù)原狀。

2.3 提出核心問題，建構(gòu)物理觀念

為什么將毛皮摩擦過的橡膠棒靠近水流時，水流會被吸引？

意圖：將毛皮摩擦過的橡膠棒靠近水流，學(xué)生觀察到水流被吸引，這一現(xiàn)象形象地說明了帶電體能夠吸引輕小物體，引導(dǎo)學(xué)生深化對“輕小物體”的認識。

評價與反思：簡易水流靜電發(fā)生器裝置取材方便，制作簡單，因此實驗容易成功。教材中使用絲綢摩擦過的玻璃棒吸引紙屑，紙屑是典型的輕小物體。本實驗情境是對該活動內(nèi)容的延伸，有利于學(xué)生認識“輕小物體”的本質(zhì)特征。巧用礦泉水瓶裝紅色水，擠壓后從瓶蓋小孔處流出穩(wěn)定持續(xù)的水流，增強了實驗的可視性，有利于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，同時啟發(fā)學(xué)生利用身邊的生活用品進行自主性實驗設(shè)計。此外，生活中毛衣、人體等帶有靜電時，用水濕潤可以消除靜電現(xiàn)象。本實驗中，帶電體吸引水流，而帶電體沾上水后不再吸引水流，從而引出電荷轉(zhuǎn)移的概念，能夠拓展學(xué)生對靜電現(xiàn)象的認識，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3 經(jīng)歷動手再操作，在探究過程中培養(yǎng)科學(xué)推理能力

3.1 制作靜電鈴鐺發(fā)聲裝置

準備兩個空易拉罐、一片透明塑料片、一根吸管、一根PVC管、餐巾紙若干。將兩個鋁制空易拉罐相隔4～5cm放置。其中一個易拉罐底部墊上一張塑料紙，與大地絕緣，防止產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過易拉罐導(dǎo)入大地；在另一個空易拉罐的拉環(huán)孔洞中插入一根吸管，吸管下方懸掛一個易拉罐拉環(huán)，位于兩個易拉罐中間部位。

3.2 讓靜電鈴鐺振動發(fā)聲

用餐巾紙快速摩擦PVC管，并將摩擦后的PVC管靠近（不接觸）與大地絕緣的易拉罐（見圖4），會發(fā)現(xiàn)中間懸掛的易拉罐拉環(huán)左右擺動起來^［2］，接觸兩個易拉罐側(cè)壁后發(fā)出“叮叮”的聲音，猶如鈴鐺發(fā)聲。

3.3 提出核心問題，引發(fā)學(xué)生推理與論證

為什么摩擦過的PVC管靠近與大地絕緣的易拉罐時，中間懸掛的易拉罐拉環(huán)會擺動起來？

意圖：讓學(xué)生利用所學(xué)的靜電現(xiàn)象的知識理解同種電荷相互排斥的原理，切身感受到趣味小實驗的物理魔力，激發(fā)學(xué)生的興趣，同時鍛煉學(xué)生的語言表達能力。對一個問題的深入研究，能促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的有效達成。感應(yīng)電荷對于初中生來說是一個全新的概念，但通過親身體驗，學(xué)生對帶有電荷的PVC管引發(fā)不接地的易拉罐帶上感應(yīng)電荷的現(xiàn)象產(chǎn)生了濃厚興趣。部分學(xué)生認為PVC管和梳子一樣都是塑料制品，梳過頭發(fā)的梳子帶負電，易拉罐上的感應(yīng)電荷就應(yīng)該帶正電。為了驗證這一猜想，學(xué)生設(shè)計了很多新奇的證明方式——有的用帶有正、負電荷的驗電羽進行實驗，觀察驗電羽的形態(tài)變化情況；有的用驗電器進行實驗，觀察金屬箔的張開和閉合；有的用塑料細絲做成“靜電章魚”，觀察塑料細絲與PVC管的排斥現(xiàn)象。這一過程充分展現(xiàn)了學(xué)生的思維推理過程，有助于課堂實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)，提升學(xué)生的科學(xué)推理能力。

反思與評價：本實驗中的器材簡單易得，學(xué)生在課堂中親身體驗靜電的神奇魔力，獲得學(xué)習(xí)物理的興趣。通過現(xiàn)象觀察，學(xué)生能夠猜想出摩擦過的PVC管能夠在不接地的易拉罐中感應(yīng)出感應(yīng)電荷。并且由于帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)，所以拉環(huán)被右邊的易拉罐吸引過來，與之接觸后帶上了同種電荷，而同種電荷相互排斥，所以拉環(huán)會被排斥；拉環(huán)與另一側(cè)的易拉罐接觸后，所帶的電荷通過易拉罐導(dǎo)入大地，于是拉環(huán)又再次被帶電荷的易拉罐吸引，因此在兩易拉罐之間快速擺動起來。學(xué)生面對新奇現(xiàn)象，從“具身認識”到“建立模型”，再到設(shè)計各種實驗方案進行“科學(xué)論證”，充分展現(xiàn)了自身思維的層次性、邏輯性與廣闊性。

4 經(jīng)歷趣味物理，促進科學(xué)思維，落實創(chuàng)造應(yīng)用

4.1 了解富蘭克林靜電發(fā)動機及其工作原理

提出議題：介紹由物理學(xué)家富蘭克林制作的世界上第一臺由靜電驅(qū)動的電動機，用羊毛摩擦過的PVC管（帶負電），使其靠近電動機左側(cè)的鋸齒狀鋁箔帶，負電荷通過尖端放電跳到左側(cè)的鋁箔帶上，左側(cè)的鋁箔帶上的電子又通過尖端放電跳到中間塑料杯的鋁箔紙上，這樣左側(cè)的鋁箔帶和塑料杯的鋁箔紙帶同種電荷，它們相互排斥使得塑料杯轉(zhuǎn)動起來。

4.2 嘗試制作富蘭克林靜電發(fā)動機

實驗準備：教師提供大頭針、工字釘、衣服扣、一次性塑料杯、小塑料瓶、帶鱷魚夾的導(dǎo)線、雙面膠、小木棍、木制鉆孔支架、鋁箔片、小截細銅絲若干，韋氏靜電起電機等實驗器材。學(xué)生分組進行實驗探究設(shè)計。

實驗操作：有學(xué)生使用一次性塑料杯，在杯子外表戳上很多大頭針，如圖5（a）所示；也有學(xué)生在一次性塑料杯壁間隔貼上了很多條狀的鋁箔條，如圖5（b）所示；還有學(xué)生用塑料小瓶代替一次性塑料杯子做成轉(zhuǎn)子，如圖5（c）所示。并且為了消除工字釘對實驗的影響，圖5（b）和5（c）更換成紐扣固定。

實驗現(xiàn)象：學(xué)生發(fā)現(xiàn)圖5的轉(zhuǎn)子都能轉(zhuǎn)動，但相較于圖5（a）和5（b），圖5（c）中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度更快，靜電驅(qū)動效果更明顯。同時還發(fā)現(xiàn)，將左右兩側(cè)鋸齒狀鋁箔帶與韋氏起電機的正、負電荷輸出端相連，能夠?qū)崿F(xiàn)富蘭克林靜電發(fā)動機的持續(xù)轉(zhuǎn)動，如圖5（c）所示。

4.3 提出核心問題引發(fā)學(xué)生推理與論證

提出問題：為什么通過帶電PVC管使鋸齒狀鋁箔帶感應(yīng)起電，能夠使小塑料瓶快速旋轉(zhuǎn)起來？是通過何種方式使發(fā)動機轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動的？請說明你的理由。

意圖：讓學(xué)生在動手實踐的過程中領(lǐng)悟富蘭克林靜電發(fā)動機的工作原理，開放性的制作與設(shè)計使整個探究活動更有趣味性、合作性與挑戰(zhàn)性。通過“具身認知”再次感受“感應(yīng)電荷”，以及“產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計”感受“生活—物理—社會”的核心價值導(dǎo)向，使學(xué)生通過實踐收集證據(jù)支持自己的猜想，這種方式不僅能拓寬學(xué)生的知識視野，也能錘煉學(xué)生求實的精神和提升創(chuàng)新的能力。

反思與評價：使用紐扣代替工字釘可以盡量減小轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力；用條狀鋁箔替代一次性塑料杯上的大頭針，可以有效減輕轉(zhuǎn)子的重量，增大轉(zhuǎn)速；將一次性塑料杯換成圓柱形筒狀的小塑料瓶（轉(zhuǎn)子），可以使轉(zhuǎn)子受力均勻，便于其快速、恒定轉(zhuǎn)動。針對羊毛與PVC管摩擦不均勻?qū)е罗D(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的問題，學(xué)生提出接上韋氏起電機，創(chuàng)造出力偶矩，防止轉(zhuǎn)子出現(xiàn)反轉(zhuǎn)情況。設(shè)計富蘭克林靜電發(fā)動機的活動，能夠活躍學(xué)習(xí)氣氛，增強學(xué)生的體驗效果。過程中的種種意外現(xiàn)象蘊含著教學(xué)良機，教師應(yīng)該因勢利導(dǎo)，化意外為契機，充分應(yīng)用杠桿原理、靜電感應(yīng)、尖端放電和電荷間相互作用規(guī)律等知識深刻剖析靜電發(fā)動機的運轉(zhuǎn)原理，通過對產(chǎn)品的改進促進深度學(xué)習(xí)，從而提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

5 “靜電與應(yīng)用”拓展課程教學(xué)的實施策略與評價機制

蘇科版物理教材在八、九年級設(shè)置綜合實踐活動課程，其目的是通過課程實施，讓學(xué)生充分利用本章所學(xué)知識進行創(chuàng)新與應(yīng)用。結(jié)合項目化學(xué)習(xí)方式的拓展課程，更有利于豐富該課程體系，拓寬學(xué)生視野，豐富學(xué)生的知識儲備，促進學(xué)生核心素養(yǎng)能力的提升。教師可以從以下三個環(huán)節(jié)入手，引導(dǎo)學(xué)生開啟項目化學(xué)習(xí)活動。

5.1 聚焦單元整體，開發(fā)項目資源，擬定項目式學(xué)習(xí)目標(biāo)

蘇科版物理八年級下冊第七章第2節(jié)“靜電現(xiàn)象”中羅列了自然界中常見的摩擦起電現(xiàn)象、自然界存在的兩種電荷、靜電除塵、靜電防護以及驗電器的使用。拓展課程作為教材的有力補充，可以是圍繞教材開展的多種學(xué)生親身體驗的靜電實驗，每個靜電實驗既要符合教材內(nèi)容編排的邏輯順序，又要拓展應(yīng)用，使每個實驗環(huán)環(huán)相扣，最終用一個創(chuàng)新實驗收尾，對知識點進行提煉與升華。例如，在“靜電與應(yīng)用”拓展課程中，開發(fā)的項目式學(xué)習(xí)目標(biāo)如表1所示。

擬定了項目式學(xué)習(xí)目標(biāo)后，學(xué)生便能在后續(xù)的項目式學(xué)習(xí)活動中有明確的方向，其學(xué)習(xí)效率自然會提高。

5.2 設(shè)計問題驅(qū)動，推進項目過程有效實施

根據(jù)項目化學(xué)習(xí)任務(wù)的開展流程，將“靜電與應(yīng)用”拓展課程的探究知識點分解為相互聯(lián)系的邏輯結(jié)構(gòu)體系。在各個環(huán)節(jié)中，為配合指向項目化學(xué)習(xí)目標(biāo)的核心問題，也可以在每個核心問題中設(shè)置若干子問題，形成邏輯自洽的“問題串”。通過問題引領(lǐng)教學(xué)流程，激發(fā)學(xué)生思維，從而促進學(xué)生掌握知識與技能，具體設(shè)計如表2所示。

5.3 實施多元評價，檢驗項目成果

評價不僅是項目化學(xué)習(xí)的終點，也是起點。只有好的評價，才能做到有的放矢，有效達成項目式學(xué)習(xí)的目標(biāo)，并幫助教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)的深度與廣度。因此，需要設(shè)計合理的評價標(biāo)準對每個任務(wù)進行評估。教師可以針對項目式學(xué)習(xí)的具體流程，設(shè)計多個量化評價表，全方位地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。以制作靜電發(fā)動機為例，具體設(shè)計如表3表示。

將項目式學(xué)習(xí)策略應(yīng)用到初中物理拓展教學(xué)中，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，拓寬學(xué)生的視野，促進學(xué)生的思維朝著更加具有層次性、邏輯性、開放性與深刻性發(fā)展，學(xué)生在拓展活動中增強了學(xué)習(xí)的主動性，自身的科學(xué)素養(yǎng)也得到了極大的提升。

參考文獻

［1］朱紅.初中物理教學(xué)中的項目開發(fā)與實踐—以“光學(xué)與應(yīng)用”的拓展教學(xué)為例［J］.中學(xué)物理，2020，38（12）：15-17．

［2］李安發(fā).基于項目式學(xué)習(xí)的初中物理復(fù)習(xí)策略研究—以“自制桿秤”項目為例［J］.物理通報，2024（2）：61-64．