試論高中物理實驗設(shè)計與通用技術(shù)融合的必要性

黨的二十大報告指出，“必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道，不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢”。創(chuàng)新，這個伴隨人類生存和發(fā)展的話題，在知識經(jīng)濟(jì)時代，又一次成為全人類最具影響力的概念、最響亮的主題詞之一，成為時代精神的聚焦。創(chuàng)新的核心要素是創(chuàng)新思維。面對知識經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，大力促進(jìn)思維科學(xué)的發(fā)展，加強(qiáng)科學(xué)教育，培養(yǎng)更加具有科學(xué)素養(yǎng)、更加具有競爭力和創(chuàng)造性的新一代公民，是時代向教育界提出的要求。

高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)和通用技術(shù)核心素養(yǎng)

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)在各個學(xué)科中的具體體現(xiàn)。高中通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達(dá)、物化能力五個方面。

高中物理實驗設(shè)計是為了幫助學(xué)生理解物理概念和規(guī)律，針對學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中的薄弱環(huán)節(jié)，有明確的實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟、實驗結(jié)論等，由教師設(shè)計或改進(jìn)實驗裝置用于演示實驗，或者是讓學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康淖约涸O(shè)計實驗方案用于分組實驗。

通用技術(shù)課程的側(cè)重點在于解決實際產(chǎn)生的問題，高中物理的側(cè)重點在于對未知問題進(jìn)行探索。通過本課題的研究，我們期待能夠促進(jìn)學(xué)生將高中物理和通用技術(shù)知識、方法融會貫通，將通用技術(shù)的設(shè)計思想應(yīng)用到高中物理的實驗設(shè)計中，突破高中物理概念和規(guī)律的教學(xué)難點，推動物理教學(xué)與通用技術(shù)教學(xué)融合發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生物理觀念和科學(xué)思維核心素養(yǎng)的落實。

高中物理教學(xué)的困惑

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，很多物理概念和規(guī)律都是通過實驗得出的。學(xué)生要理解這些物理概念和規(guī)律的本源，必然要進(jìn)行物理實驗。但高中物理新教材實驗數(shù)量有限，尚不能充分滿足學(xué)生對一些物理概念和規(guī)律理解的需要。

我們發(fā)現(xiàn)，高中物理教學(xué)中，有些物理概念和物理規(guī)律比較抽象。由于學(xué)生的生活閱歷和生活經(jīng)驗不同，在高中物理的學(xué)習(xí)過程中，很多學(xué)生對某些物理概念和規(guī)律缺乏親身的經(jīng)歷和體驗，不容易理解。即使教師多次講解，一些學(xué)生仍然很茫然，經(jīng)常是僅僅記住了教師的語言敘述，導(dǎo)致物理概念和規(guī)律學(xué)習(xí)困難，形成教學(xué)難點。學(xué)生難以深入理解物理概念和規(guī)律的本質(zhì)，難以與生活實際相聯(lián)系，難以將其轉(zhuǎn)化為知識體系的一部分。

作為教師，針對學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，我們期待能夠緊抓高中物理與通用技術(shù)的契合點，運用通用技術(shù)的理念和方法，開展實踐項目的研究。教師可以自己動手設(shè)計一些實驗，或?qū)σ延袑嶒炦M(jìn)行改進(jìn)，提高實驗設(shè)計的水平，加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解、認(rèn)識，提升學(xué)生的物理觀念和探究意識，提高學(xué)生對物理知識的遷移能力，形成更為完整的知識體系，促進(jìn)高中物理核心素養(yǎng)的達(dá)成，滿足學(xué)生終身發(fā)展的需要。

搭建高中物理與通用技術(shù)融合的平臺

首先，教師要找到學(xué)生難以理解的物理概念和規(guī)律，找到教學(xué)難點，通過梳理，確定實驗設(shè)計項目，搭建實驗設(shè)計平臺。其次，教師以通用技術(shù)的設(shè)計理念和思想為指導(dǎo)，依據(jù)物理實驗設(shè)計原理，將這些物理設(shè)計實驗轉(zhuǎn)化為通用技術(shù)的研究項目，開展通用技術(shù)的項目式學(xué)習(xí)，進(jìn)行設(shè)計分析、方案構(gòu)思、方案呈現(xiàn)、方案篩選，確定最佳設(shè)計方案。最后，教師根據(jù)設(shè)計方案，準(zhǔn)備實驗器材和耗材，制作實驗裝置，并運用這些實驗裝置進(jìn)行相應(yīng)的實驗，對實驗效果進(jìn)行評估，對實驗裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述

國內(nèi)對高中物理實驗設(shè)計的研究很多，四川省宣漢中學(xué)教師陳友道以中學(xué)物理設(shè)計性實驗為研究主題，分析了物理設(shè)計性實驗在物理教學(xué)中的地位、作用和設(shè)計原則、思維方法及其數(shù)據(jù)處理方法等，列舉了大量物理設(shè)計性實驗例題，著眼學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

華南師范大學(xué)附屬潮州學(xué)校鄭世平的《基于核心素養(yǎng)的高中物理實驗創(chuàng)新設(shè)計》，以“探究影響感應(yīng)電動勢大小的因素”實驗為例，對教材中的實驗進(jìn)行了創(chuàng)新。甘肅省會寧縣第三中學(xué)呂進(jìn)勇的《淺議通用技術(shù)思想在物理實驗中的運用——以測定凸透鏡的焦距和研究平拋物體的運動實驗為例》，以通用技術(shù)系統(tǒng)化的思想和設(shè)計需要不斷優(yōu)化改進(jìn)的理念為指導(dǎo)，運用設(shè)計的一般過程對兩個物理實驗進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)了實驗效果。江蘇省興化中學(xué)顧曉斌的《跨學(xué)科培養(yǎng)通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的思考與實踐》，是江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃立項課題“基于新課程改革的高中各學(xué)科核心素養(yǎng)校本化構(gòu)建及互融共生研究”的成果之一，通過添加動滑輪，對“探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗進(jìn)行了創(chuàng)新和改進(jìn)。

內(nèi)蒙古師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院蘇虹的《高中通用技術(shù)課基于物理器具制作開展 STEAM教育活動實踐——以靜電起電機(jī)制作為例》，運用STEAM教育理念，把物理器具制作作為通用技術(shù)的實踐項目，開展STEAM教育活動，并以學(xué)生制作靜電起電機(jī)活動為例進(jìn)行了探討。貴州師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院周先敏的《高中物理教學(xué)與通用技術(shù)實踐融合的初步探討》，總結(jié)了田軍霖和何積蒼老師關(guān)于實驗裝置的改進(jìn)，認(rèn)為將通用技術(shù)實踐引入物理課堂教學(xué)中，可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手實踐能力，又找到了一個提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的新渠道。

南京工業(yè)大學(xué)孫義杰的《高中物理與通用技術(shù)學(xué)科教學(xué)整合思考》發(fā)表在《學(xué)習(xí)周報·教與學(xué)》上，介紹了教師在講到勻速圓周運動中的線速度、角速度和轉(zhuǎn)速等概念及它們之間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)換的問題時，及時與通用技術(shù)進(jìn)行了整合。

國外沒有通用技術(shù)的課程名稱，技術(shù)工程教育相當(dāng)于我國的通用技術(shù)課程。通過對文獻(xiàn)的查詢和分析，可以看到，國外十分重視技術(shù)工程教育與物理融合教學(xué)。

德國一直提倡綜合教育，主張將勞動技術(shù)教育和學(xué)校的各個學(xué)科教育結(jié)合形成綜合技術(shù)課，設(shè)置了很多研究主題。學(xué)生綜合運用自然科學(xué)和社會科學(xué)等知識進(jìn)行研究，培養(yǎng)邏輯思維能力，在勞動中開展自我教育，形成正確的觀念。湛江師范學(xué)院外國語學(xué)院劉曉玲在《職業(yè)技術(shù)課程與學(xué)科課程融合》一文中指出，“美國將科學(xué)課程和技術(shù)課程融合教學(xué)，讓學(xué)生在技術(shù)問題探索活動中學(xué)習(xí)科學(xué)知識”。湖北大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院吳維寧在《美國物理新教法評介》一文中提到，“美國提倡‘做中學(xué)’，提倡自主探究，為學(xué)生營造一種真實問題解決的教學(xué)環(huán)境，指導(dǎo)學(xué)生在電腦上建立模型，將物理與技術(shù)融合起來教學(xué)”。

綜合國內(nèi)和國外的研究可以看到，國內(nèi)的多學(xué)科相互融合學(xué)習(xí)正在開展，運用通用技術(shù)理念和方法改進(jìn)物理實驗的研究正在進(jìn)行，國外提倡各學(xué)科綜合學(xué)習(xí)。但是，大多數(shù)研究是物理實驗的設(shè)計，而以提高學(xué)生的核心素養(yǎng)為目的，對通用技術(shù)跟物理教學(xué)相結(jié)合的研究實踐還不多，用通用技術(shù)理念和方法指導(dǎo)物理實驗設(shè)計的研究深度還不夠。河南省對高中物理和通用技術(shù)融合的研究還很薄弱，很多方面的實踐和研究尚屬空白，亟須開展學(xué)習(xí)和實踐。本課題將繼續(xù)開展高中物理實驗設(shè)計和通用技術(shù)融合的實踐研究，期待研究成果能夠在高中物理教學(xué)中得到推廣。

（本文系2023年度河南省教育資源保障研究一般課題“高中物理實驗設(shè)計與通用技術(shù)課程融合的實踐研究”的階段性成果。課題立項號：2023JZB278）

（黃淑紅單位系鄭州市第十八中學(xué)，江言安單位系鄭州市第七高級中學(xué)，孫海洋單位系鄭州市第十八中學(xué)）