基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的初中物理項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

黎敏娟

［摘 要］文章以“設(shè)計(jì)節(jié)能采光系統(tǒng)”教學(xué)為例，探討基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的初中物理項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐?！霸O(shè)計(jì)節(jié)能采光系統(tǒng)”教學(xué)通過(guò)喚醒學(xué)生興趣，融合不同的學(xué)科知識(shí)，采用不同的教學(xué)方式，對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)資源進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，創(chuàng)新性地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和問(wèn)題解決等活動(dòng)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

［關(guān)鍵詞］喚醒；融合；創(chuàng)新；項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

［中圖分類號(hào)］? ? G633.7? ? ? ? ? ?［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2024）12-0069-04

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》）的一級(jí)主題“實(shí)驗(yàn)探究”體現(xiàn)了物理課程實(shí)踐性的特點(diǎn)。《課標(biāo)》在“學(xué)業(yè)要求”中指出，能通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)建構(gòu)物理概念，深化對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)。在物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)扮演著至關(guān)重要的角色。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往只注重實(shí)踐內(nèi)容的傳授和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，而忽略了學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的探究和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。以“知識(shí)本位”為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法激發(fā)學(xué)生的探究潛力，使課堂失去了活力與魅力。項(xiàng)目引領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式逐漸受到關(guān)注。基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以實(shí)際項(xiàng)目為基礎(chǔ)，通過(guò)真實(shí)問(wèn)題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將技術(shù)、工程等各種知識(shí)與物理知識(shí)相融合，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)設(shè)計(jì)、實(shí)踐和反思，提高學(xué)生的問(wèn)題解決能力，進(jìn)而有效培育學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

一、基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵

基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將喚醒、融合、創(chuàng)新理念全方位地融入各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的全面提升。

其一，“喚醒”理念強(qiáng)調(diào)的是對(duì)學(xué)生內(nèi)在潛能的激發(fā)和學(xué)習(xí)熱情的喚醒。這意味著教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)富有吸引力的實(shí)驗(yàn)情境，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)觀察、思考和探索，從而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出問(wèn)題。這樣，學(xué)生的好奇心和求知欲被喚醒，他們開(kāi)始積極主動(dòng)地參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

其二，“融合”理念關(guān)注的是跨學(xué)科知識(shí)和技能的整合。這就要求教師打破學(xué)科壁壘，將不同領(lǐng)域的知識(shí)和方法融合在一起，形成綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生在完成這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的過(guò)程中需要運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)和技能，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用和能力的全面提升?？鐚W(xué)科融合，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，還有助于學(xué)生更好地適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的多元化需求。

其三，“創(chuàng)新”是項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心目標(biāo)。在“創(chuàng)新”理念的引導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再滿足于傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而是更加注重設(shè)計(jì)探索性和綜合性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。鼓勵(lì)學(xué)生嘗試新的方法、提出新的觀點(diǎn)，允許他們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤和失敗，使其從中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。這種對(duì)創(chuàng)新的追求，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，還有助于他們?cè)谖磥?lái)的科學(xué)研究和工作中取得更好的成績(jī)。

二、基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的初中物理項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

本文以“設(shè)計(jì)節(jié)能采光系統(tǒng)”教學(xué)為例探討基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的初中物理項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略。

（一）創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，喚醒興趣，激發(fā)求知欲

教師通過(guò)播放有關(guān)能源危機(jī)的視頻，引導(dǎo)學(xué)生圍繞“如何做到節(jié)能？”“未來(lái)新能源的前景如何？”等話題進(jìn)行熱烈的討論，然后提出問(wèn)題：（1）教室的照明用燈，怎樣才能做到節(jié)約用電？（2）如果我們用自然光來(lái)照明，能否達(dá)到節(jié)約能源的目的？（3）在無(wú)窗、地下室或者朝北的房間，要想減少人工照明用電，節(jié)約能源，應(yīng)通過(guò)什么方式引入自然光？

在學(xué)生逐一回答問(wèn)題后，教師進(jìn)一步提問(wèn)：上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了光的直線傳播，知道了光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，那么我們運(yùn)用什么方法來(lái)改變光的傳播路線，將其引入室內(nèi)呢？教師接著出示地下室的模型，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的需要尋求解決的方法，喚醒學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

（二）任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，融合知識(shí)，解決問(wèn)題

在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入問(wèn)題情境后，教師為學(xué)生分配設(shè)計(jì)節(jié)能采光系統(tǒng)的任務(wù)，以驅(qū)動(dòng)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究。為了完成任務(wù)，學(xué)生需要融合各種知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化他們的采光系統(tǒng)。這個(gè)過(guò)程可以幫助學(xué)生形成物理觀念，提升學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（1）了解光的傳播路徑和規(guī)律。學(xué)生需要知道光是如何傳播的，以及光的反射有什么規(guī)律。

（2）選擇合適的材料和工具。學(xué)生需要了解如何選擇合適的材料和工具來(lái)制作節(jié)能采光系統(tǒng)。

（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和記錄數(shù)據(jù)。學(xué)生需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自己所設(shè)計(jì)的采光系統(tǒng)是否合理，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

（4）分析數(shù)據(jù)并調(diào)整方案。學(xué)生需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)分析結(jié)果來(lái)調(diào)整和優(yōu)化自己的設(shè)計(jì)方案。

通過(guò)以上措施，教師可以幫助學(xué)生將所學(xué)的物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，使學(xué)生形成物理觀念，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

為了幫助學(xué)生把握物理核心知識(shí)，探究物理規(guī)律和建構(gòu)物理模型，教師將項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行分解，設(shè)計(jì)如下進(jìn)階任務(wù)。

任務(wù)一：探究光的反射定律。

將任務(wù)一拆分成兩個(gè)探究活動(dòng)。

探究活動(dòng)一：探究入射角和反射角的大小關(guān)系。

提供器材：激光筆、束光器、小鏡子、開(kāi)有縫隙的PVC管、白紙、帶有量角器刻度的可折轉(zhuǎn)硬紙板。

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生猜想光在反射時(shí)，入射角i和反射角r的大小關(guān)系。

學(xué)生活動(dòng)：小組討論交流，自行選擇器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；分工合作，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)記錄到表格（見(jiàn)表1）中。

方案一：將小鏡子塞到豎放的PVC管的縫隙中，然后放在白紙上，讓激光筆沿著白紙照向小鏡子， 在白紙上顯現(xiàn)出反射光路（如圖1）。

方案二：將小鏡子平放在桌面上，將帶有量角器刻度的可折轉(zhuǎn)硬紙板豎直放置在小鏡子上，激光筆順著刻度線照向小鏡子，入射光線和反射光線都顯示在硬紙板上（如圖2）。

得出結(jié)論：光在反射時(shí)，反射角等于入射角。

探究活動(dòng)二：探究反射光線、入射光線、法線的位置關(guān)系。

問(wèn)題1：請(qǐng)從數(shù)學(xué)的角度說(shuō)一說(shuō)法線與反射光線、入射光線之間存在什么樣的幾何關(guān)系。

教師活動(dòng)：首先，教師引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)學(xué)的角度歸納出以下規(guī)律：①法線是入射光線與反射光線的角平分線；②法線是入射光線與反射光線的對(duì)稱軸。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)的角度對(duì)法線、反射光線和入射光線的位置關(guān)系以及選擇的參照物作對(duì)比。

得出結(jié)論：反射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)。

學(xué)生活動(dòng)：按照實(shí)驗(yàn)要求操作，將所觀察到的現(xiàn)象記錄到表格（見(jiàn)表2）中。

問(wèn)題2：若向后折硬紙板，在紙板上看不到反射光，它會(huì)在哪兒？你能想辦法把它的位置找出來(lái)嗎？

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生利用霧化器的水霧反光把反射光路的位置顯示出來(lái)（如圖3）。

學(xué)生活動(dòng)：交流展示入射光線、反射光線與法線仍在同一平面內(nèi)。

得出結(jié)論：反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。

任務(wù)二：結(jié)合所提供的模型和模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，運(yùn)用鏡面反射采光法，將模擬的太陽(yáng)光引入“地下室”內(nèi)。

學(xué)生討論設(shè)計(jì)方案，實(shí)施方案。具體操作為：將一面鏡子調(diào)整角度放入（如圖4）——將兩面鏡子調(diào)整角度放入（如圖5）——將多面鏡子調(diào)整角度放入（如圖6）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生獲得了成功的體驗(yàn)，創(chuàng)新思維得到了培養(yǎng)。

（三）項(xiàng)目產(chǎn)品設(shè)計(jì)，培養(yǎng)思維，實(shí)現(xiàn)知識(shí)應(yīng)用

在完成實(shí)驗(yàn)和反思后，學(xué)生進(jìn)入項(xiàng)目產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段。這個(gè)階段需要學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維來(lái)分析和解決問(wèn)題，以達(dá)到優(yōu)化節(jié)能采光系統(tǒng)的目的。學(xué)生通過(guò)思維碰撞，思考光是否可以通過(guò)多次反射進(jìn)行傳輸，使思維得到升華，為成果的進(jìn)一步物化奠定基礎(chǔ)。

（四）方案優(yōu)化改進(jìn)，創(chuàng)新成果，實(shí)現(xiàn)價(jià)值轉(zhuǎn)化

學(xué)生需要分析在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，并制訂相應(yīng)的解決方案。學(xué)生需要考慮如何改進(jìn)設(shè)計(jì)方案來(lái)提高光的利用效率。學(xué)生進(jìn)入產(chǎn)品制作的階段，需要考慮實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的各種因素，例如如何采光、如何增強(qiáng)光的反射、如何將光均勻散射到室內(nèi)等。右圖為學(xué)生設(shè)計(jì)圖（如圖7）。項(xiàng)目產(chǎn)品制作說(shuō)明：采用硬度高、透光率高的采光罩在室外進(jìn)行采光；光導(dǎo)管的彎管可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，可以多角度傳輸光，采用反射率高、漫反射低、聚光性能好的鏡面薄鋁作為光導(dǎo)管內(nèi)壁，提升光的利用率；通過(guò)透射性強(qiáng)漫反射裝置，可將光均勻地分布在室內(nèi)。

（五）進(jìn)行項(xiàng)目產(chǎn)品調(diào)試，制作評(píng)價(jià)量表

在項(xiàng)目產(chǎn)品調(diào)試階段，學(xué)生需要根據(jù)優(yōu)化改進(jìn)后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行項(xiàng)目產(chǎn)品的調(diào)試。這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生需要利用合適的材料和工具，按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行誤差分析，以驗(yàn)證產(chǎn)品的性能是否符合要求。組間討論交流，優(yōu)化設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)量表，以評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)成果。通過(guò)評(píng)價(jià)量表的4個(gè)維度和12個(gè)指標(biāo)（見(jiàn)表3）對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)者進(jìn)行評(píng)價(jià)，這有助于學(xué)生反思自己的學(xué)習(xí)過(guò)程，深化對(duì)知識(shí)原理、科學(xué)探究、科學(xué)思維、實(shí)踐活動(dòng)的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

三、教學(xué)實(shí)踐反思

在“設(shè)計(jì)節(jié)能采光系統(tǒng)”這一教學(xué)活動(dòng)中，教師采用基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生多方面能力的提升。下面筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行深入反思，探討其在教學(xué)實(shí)踐中的優(yōu)點(diǎn)和不足。

（一）打通情境孤島，喚醒學(xué)生興趣

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，學(xué)生往往是機(jī)械地記憶公式和概念，缺乏對(duì)知識(shí)的深入理解和靈活運(yùn)用。在“設(shè)計(jì)節(jié)能采光系統(tǒng)”教學(xué)中，教師將物理知識(shí)融入實(shí)際生活問(wèn)題中，喚醒學(xué)生的興趣，幫助學(xué)生建立物理知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系；通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的解決，將各學(xué)科知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，打破情境孤島，使知識(shí)更具完整性。

在教學(xué)實(shí)踐中，教師要注意控制問(wèn)題的難度和復(fù)雜度，以免出現(xiàn)過(guò)于復(fù)雜的問(wèn)題讓學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，影響其學(xué)習(xí)積極性。

（二）促進(jìn)跨學(xué)科融合，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

在“設(shè)計(jì)節(jié)能采光系統(tǒng)”的教學(xué)中，教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和實(shí)踐操作等，發(fā)展了學(xué)生的核心素養(yǎng)。學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，不僅需要運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)，還會(huì)涉獵其他學(xué)科知識(shí)，這有助于促進(jìn)跨學(xué)科融合，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

在教學(xué)實(shí)踐中，教師還需要關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異和學(xué)習(xí)需求，給學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)，以確保每個(gè)學(xué)生的能力都能在原有基礎(chǔ)上得到提升。

（三）打破知識(shí)壁壘，發(fā)展創(chuàng)新思維

在“設(shè)計(jì)節(jié)能采光系統(tǒng)”的教學(xué)中，教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)、模型制作和調(diào)試、優(yōu)化改進(jìn)以及產(chǎn)品制作和調(diào)試等一系列活動(dòng)，幫助學(xué)生打破知識(shí)壁壘，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科知識(shí)的整合和應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

在教學(xué)實(shí)踐中，教師需要關(guān)注學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，讓學(xué)生的能力得到更高層次的提升。

綜上所述，以“設(shè)計(jì)節(jié)能采光系統(tǒng)”為教學(xué)實(shí)例，實(shí)施基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的初中物理項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可喚醒學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生將技術(shù)、工程等知識(shí)與物理知識(shí)相融合，主動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與反思，使學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到提升，環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任得到培養(yǎng)?；趩拘?、融合、創(chuàng)新理念的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才提供了有益經(jīng)驗(yàn)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)：2022年版［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］? 胡倉(cāng)兵. 項(xiàng)目引領(lǐng)下初中物理STEM-PBL教學(xué)案例的實(shí)踐與反思：以“桿秤的制作”教學(xué)為例［J］.中學(xué)物理，2021（2）：36-39.

（責(zé)任編輯? ? 黃春香）