基于核心素養的制作類綜合實踐活動的開展①
——以照相機、投影儀的制作為例

(江蘇省南京市中華中學上新河初級中學，江蘇 南京 210019)

1 引言

綜合實踐活動是從學生的真實生活和發展需要出發,從生活情境中發現問題,轉化為活動主題,通過探究、制作、體驗等方式,培養學生核心素養的學科實踐性活動。產品制作是一種典型的物理綜合實踐活動形式，這類活動以物理知識與方法的綜合應用為基礎,以滿足現實需求為出發點,是從物理學習邁向物理實踐的有效途徑。在活動中，學生經歷明確目的、熟悉原理、選材制作、交流評價、反思創新等過程,實現創意的物化。綜合實踐活動強調“問題解決學習”，具有情境性和綜合性較強的特征。

2 制作類綜合實踐活動的環節

在活動教學實施過程中,由于教師的認識偏差、條件的限制,容易出現下列問題:(1) 教師準備好所有器材,學生只需要根據步驟按順序組裝,失去了深化物理觀念、培養科學思維的教育良機；(2) 把活動的準備、選材、制作、交流和評價甚至是反饋練習放到一節課中完成,學生缺少充分的體驗；(3) 只重視制作的過程,忽視展示、匯報、交流、評估的過程,難以啟發學生的思維、滲透科學態度和責任的教育。

針對以上問題、基于核心素養的要求，筆者以“照相機、投影儀制作”活動為例，說明制作類綜合實踐活動的環節。

2.1 明確原理,樹立正確的物理觀念

在學生學習“凸透鏡成像規律”之后,引導學生觀察、思考以下現象：用手機拍照時，手機屏幕顯示的照片都不是倒立的；不管物體在什么位置,屏幕上顯示的照片都是清晰的。顯然，這與課堂學習到的凸透鏡成像規律不完全一致,從而使學生產生了疑惑和探究的興趣。

在平時的學科教學中，往往研究的是單一的學科問題,此類問題通?；乇芰藢嶋H問題的復雜性,容易使學習陷入僵化的境地。而物理綜合實踐活動則是回到真實生活中去,面對相對復雜的原始問題，促使學生自主探究，形成物理觀念,更加有利于培養學生的創新能力。針對手機成像的問題，筆者指導學生開展了活動,設計了環環相扣的問題串，幫助學生解決真實問題，在任務布置的環節，筆者提出了以下問題:

(1) 照相機、投影儀的原理分別是什么?

學生回答：它們分別為物距在2倍焦距以外、1倍和2倍焦距之間所對應的凸透鏡成像。

(2) 當物距變化時,像距也會隨之變化,如何實現讓鏡頭和“膠片”的距離能自由變化?

學生回答：移動膠片的位置；紙盒長短不方便改變,做成伸縮鏡頭更方便。

(3) 你打算選擇什么器材作為投影儀、幻燈機的光源?

學生回答：利用手機屏幕。

(4) 人類在發明照相機、投影儀時經歷了怎樣的過程?

學生回答：我去過照相機博物館,最早相機的成像的確是倒立的，但是不知道為什么。而從現在的相機取景口，看到的像都是正立的。

結合以上的討論，筆者設計了表1所示的5個項目,要求學生自主選擇并完成至少1個項目。源于生活的問題,更加容易引起學生的興趣和探究欲望，學生在探究和制作的過程中真實地感受到了物理知識是有用的。物理學習不僅是做題目,應和生活密切聯系,解決身邊的問題。

表1

2.2 建構模型,完善器材選擇與制作

制作類的綜合實踐活動體現了物理學習的本質特征,要以構建模型作為活動設計的核心。在活動實施中要根據設計需求,分析模型的要素,將任務進行分解，圍繞核心問題,解析模型的要件。在該環節中學生在教師的引領下,圍繞具有挑戰性的學習任務,全身心地積極參與、體驗成功、獲得發展。

以制作照相機的項目為例,設計需求是制作一個照相機,使遠處的景物和近處的景物都能在照相機的“膠片”上成像。物理模型是：當物距大于2倍焦距時,會在1倍和2倍焦距之間成倒立縮小的實像。所以在選擇器材的時候需要考慮:(1) 選擇焦距合適的凸透鏡；(2) 選擇長度合適的紙筒和紙盒作為鏡頭筒和暗箱；(3) 選擇合適的半透明膜作為“膠片”。整個活動圍繞著物理模型組織實施,從中學生會深刻理解凸透鏡成像的規律,明了其成倒立縮小的實像的特點：物近像遠、像變大,使學生形成物理觀念，發展科學思維能力。

筆者提供了以下器材:(1) 直徑為10cm、焦距為20cm的凸透鏡；(2) 直徑為5cm、焦距為10cm的凸透鏡。(3) 用于制作伸縮鏡頭的內徑分別為10cm和5cm的紙筒。其他的器材需要學生自備，他們通過嘗試發現：(1) 選用焦距為10cm的凸透鏡較好,因為焦距越短，暗箱體積就越??；(2) 制作投影儀和幻燈機時最好選擇直徑較大、焦距較大的透鏡。

在指導學生選擇器材和操作的過程中,發現教師和學生在器材選擇和操作思路上有差異。如圖1所示,教師的思路往往習慣于從模型出發,根據物理模型選擇器材，完成實驗操作；學生往往喜歡先體驗和嘗試,在多次嘗試后選擇合適的器材并進行相應的實驗操作。例如在確定照相機鏡頭到“膠片”的距離L的時候，教師習慣從物理模型出發,想到L應該在1倍焦距和2倍焦距之間。但是，學生往往習慣于在凸透鏡后面放一張白紙,先找到像的位置,從而確定距離L的長短。通過這種方式學生也能找到清晰的像,但對實驗的模型不是很清楚，所以不能準確找到伸縮鏡頭L的變化范圍。在此過程中,教師要擔負起引領的任務，如圖2所示，讓學生有充分的嘗試和體驗,在具備一定經驗的基礎上構建物理模型,再圍繞模型選擇器材、完善操作。在培養動手能力的同時,充分發揮綜合實踐活動在培育建模、推理等科學思維中的育人價值。

圖1

圖2

2.3 實施激勵性評價,滲透科學態度與責任的教育

在綜合實踐活動實施中存在一種不良現象，就是購買現成的材料,根據說明書、制作步驟進行搭建。學生弄不清物理模型,不經歷自主選材的環節,做出來的產品都一樣,找不到改進的空間。這樣的綜合實踐活動變成了手工制作，其思維含量相對較低。

綜合實踐活動要為學生提供反思和改進的空間，在教學中要通過不斷質疑創新,達成科學思維能力的培養目標，通過激勵性評價滲透科學態度與責任的教育，具體過程如下：

(1) 小組展示:各小組展示設計、制作的產品,演示相關的功能。

(2) 學生互評:從產品設計的新穎性、工藝水平、使用效果等方面對各組的表現作出評價,評價內容和分值可以由師生協商確定。

(3) 改進完善:根據交流和評價的反饋信息,對已有產品進行改進,進一步完善小組制作的產品。

評價和改進的目的在于引導學生進一步對整個綜合實踐活動的過程進行回顧和總結，促進學生對產品的用途、物理模型、材料的選擇、制作的方法等進行反思,明確改進的方向。在實施過程中,學生出現的典型問題有:

(1) 固定照相機鏡頭的紙筒過長,像距無法調整到合適的大?。?/p>

(2) 照相機“膠片”材料透明度太高或太低,所成的像不清晰；

(3) 照相機鏡頭完全被固定,在景物遠近變化后,所成的像不清晰；

(4) 投影儀或幻燈機的暗箱出現漏光現象,或者沒有涂黑,對成像質量造成影響；

(5) 幻燈機光源的亮度不夠,選用膠片的透明度不高。

通過評價、交流和改進,學生制作的照相機、投影儀的效果得到大幅度提升(圖3)。接著安排學生介紹照相機、投影儀的發展歷史,介紹數碼相機、智能手機的鏡頭特點以及屏幕上的像是正立的原理。最后教師總結：在現實中，科學家、發明家就是在不斷地實踐、反思和改進的過程中推進了科學技術的進步。

圖3

在評價過程中，要以促進學生的發展為目標，要善于發現學生在綜合實踐活動中的亮點,利用激勵性評價,激發學生學習物理的志趣。在本次活動中,有一位平時學業成績一般的同學表現出了極大的熱情,同時選做了照相機和投影儀,成像效果非常理想，制作非常精致。當其他同學看到他的展示也贊嘆連連，使該生的學習積極性大為提高。

評價的功能在于讓學生在制作過程中及時得到反饋,并改進提高。評價不僅要關注學生對物理原理、模型的理解,更要注重滲透科學態度和責任的教育,注重活動過程中隱性特質的培養,如合作素養、信息素養、觀察能力等。

3 結語

從教師的角度來看,學生制作的照相機、投影儀可能還有一些可以提升或者創新的地方,但從這些充滿創意的設計、充滿溫度的作品中,深切地感受到了學生正在邁向核心素養的提升之路。開發和實施制作類綜合實踐活動有助于拓展學生的思維,有助于學生在動手活動中發現問題、提升技能,有助于促進其交流和評估、反思能力的提升,有助于核心素養的培養。