初中物理探究教學(xué)中實驗項目的設(shè)計與實施

吉臨榮

科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式。蘇科版初中物理課程結(jié)構(gòu)以探究為核心，把探究活動作為構(gòu)建物理知識結(jié)構(gòu)、提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、體現(xiàn)課程理念的主線。項目學(xué)習(xí)旨在讓學(xué)生運用已有的知識經(jīng)驗，在具體的情境中解決實際問題。

探究教學(xué)中的實驗項目是依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材結(jié)構(gòu)，創(chuàng)設(shè)真實情境，引入實驗項目，開展項目探究，建構(gòu)物理模型，解決生活中真實問題的一種學(xué)習(xí)方式；是一種以項目為載體，以“探究行為”為核心學(xué)習(xí)行為，以培養(yǎng)科學(xué)思維為核心的實驗項目學(xué)習(xí)；其基本特征是情境、項目、探究、模型。在初中物理教學(xué)中融入實踐項目，開展探究教學(xué)，可實現(xiàn)物理概念和學(xué)科素養(yǎng)的同步進(jìn)階。

一、實驗項目的設(shè)計要求

將物理課程目標(biāo)融入精心設(shè)計的實驗項目，需要教師具備一定的專業(yè)技術(shù)和素養(yǎng)，所以實驗項目的設(shè)計是一個難點，也是最重要的一個環(huán)節(jié)，其設(shè)計的途徑如下。

1.基于標(biāo)準(zhǔn)。

實驗項目的設(shè)計必須依據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)要與課程目標(biāo)相對應(yīng)。首先要做好“必做動作”，如課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的學(xué)生必做實驗項目等；其次要開發(fā)“自選動作”，創(chuàng)造條件設(shè)計一些實驗項目，將其融入探究教學(xué)；還可設(shè)計以物理內(nèi)容為主體的跨學(xué)科實驗項目，增加學(xué)生動手、動腦的機會。

2.緊扣教材。

在初中物理探究教學(xué)中融入實驗項目，不是對現(xiàn)有教材簡單的補充或拓展，而是對現(xiàn)有教材進(jìn)行整合，將其嵌入實驗項目。首先，要用好教材。教材是教師教、學(xué)生學(xué)最基本、最重要的課程資源，要認(rèn)真研究和解讀教材。其次，要用活教材。初中物理教材中所選用的例子也不是唯一的，教師可以根據(jù)需要用更好的例子代替。最后，要創(chuàng)新教材。初中生的感性思維占主導(dǎo)地位，絕大多數(shù)知識需要通過實驗現(xiàn)象來構(gòu)建。

3.聯(lián)系生活。

物理課程的理念之一是“從生活走向物理，從物理走向社會”，需要學(xué)生開展一些生活化的實驗項目，解決生活中的實際問題。教師的教學(xué)經(jīng)驗和學(xué)生的生活經(jīng)驗是開發(fā)實驗項目的源泉，教師要善于將學(xué)生的問題轉(zhuǎn)化為課程資源。

二、實驗項目的實施要領(lǐng)

實驗項目的實施主要有項目引入、項目設(shè)計與實施、項目展示與評價三個環(huán)節(jié)，基本要素有：真實情境、實驗項目、科學(xué)探究、模型建構(gòu)。實施流程圖如圖1所示。

圖1 物理實驗項目實施流程圖

下面，筆者以蘇科版物理教材八年級上冊第四章第三節(jié)“凸透鏡成像的規(guī)律”為例，簡述在初中物理教學(xué)中嵌入實驗項目、循證實踐的實施策略。

1.以真實情境引入項目教學(xué)。

教師在課堂上展示老式幻燈機，在其臺面放上寫有字跡的膠片，在光屏上呈現(xiàn)放大的像；拆下并觀察幻燈機的鏡頭，發(fā)現(xiàn)鏡頭的主要部件是凸透鏡。

引入項目：凸透鏡在什么情況下成放大的實像？你能自制一臺幻燈機嗎？

滴灌是現(xiàn)代種植中最常見的澆灌技術(shù)之一，既能實現(xiàn)對灌溉水量的有效控制，防止水資源浪費，又能節(jié)省人力，從而在減輕人力負(fù)擔(dān)的同時降低病蟲害的發(fā)生。

真實情境能激發(fā)學(xué)生對實驗項目的興趣，驅(qū)動性問題是實驗項目的靈魂，是項目主題和學(xué)習(xí)目標(biāo)凝練后的產(chǎn)物，可以將學(xué)生引向?qū)W(xué)科內(nèi)容的深度學(xué)習(xí)。

2.實驗項目的設(shè)計與實施。

學(xué)生要完成自制幻燈機的項目任務(wù)，首先要探究并掌握凸透鏡成像的規(guī)律。

問題1：凸透鏡還能成哪些像？成像性質(zhì)與什么有關(guān)？

改變光源到凸透鏡的距離，能觀察到正立放大的像，光屏（有刻度）上能得到倒立放大的和縮小的像。引導(dǎo)學(xué)生猜想像的性質(zhì)可能與物距有關(guān)。

問題2：多次改變物距，觀察并記錄光屏上所成最清晰像時的物距u和像距v，你能得出什么結(jié)論？

由學(xué)生自己動手操作，多次試驗后總結(jié)：當(dāng)u＞v時，凸透鏡成倒立放大實像；當(dāng)u＜v時，凸透鏡成倒立縮小實像。

問題3：有放大的像，也有縮小的像，會成等大的像嗎？如果會，物距可能是多少？

這一問題較難，在教學(xué)時，教師可引導(dǎo)學(xué)生定量試驗與分析，最終得出結(jié)論：當(dāng)u=2f時，凸透鏡成倒立等大實像。由此完善結(jié)論：當(dāng)u＞2f（u＞v）時，凸透鏡成倒立放大實像；當(dāng)f＜u＜2f（u＜v）時，凸透鏡成倒立縮小實像。

問題4：實驗中為什么沒有得到正立放大的像？像可能在哪里？

引導(dǎo)學(xué)生猜想：可能在u＜f范圍內(nèi)成正立放大的像。

追問1：如何觀察正立放大的像？

追問2：正立放大的像是實像，還是虛像？

最終建構(gòu)模型：根據(jù)模型分析得出凸透鏡成像的動態(tài)規(guī)律，一焦分虛實，二焦分大小；成實像時，物近、像遠(yuǎn)、像變大。

設(shè)計連續(xù)性探究任務(wù)（或驅(qū)動問題），不斷尋找證據(jù)、解釋證據(jù)，進(jìn)而不斷得出結(jié)論、完善結(jié)論，最終建構(gòu)凸透鏡成像規(guī)律的模型，這是實驗項目展示的前提。

3.實驗項目展示與評價。

任務(wù)1：如何測定幻燈機鏡頭（凸透鏡）的焦距？

展示：學(xué)生根據(jù)凸透鏡成像動態(tài)規(guī)律可知，將光源放大至很遠(yuǎn)處，像就會接近焦點，測出此時的像距，約等于焦距（實際測出約為30cm）。

任務(wù)2：自制幻燈機模型時，光源應(yīng)放在什么區(qū)域？

展示：學(xué)生將光源放在距凸透鏡30～60cm的區(qū)域，調(diào)整光源和凸透鏡到屏幕的距離，在屏幕上呈現(xiàn)倒立放大的像。學(xué)生立即倒立放置光源，屏幕上出現(xiàn)正立放大的像。

拓展項目：自制一部照相機，并嘗試拍攝遠(yuǎn)近不同物體的照片。

實驗項目的產(chǎn)品可以是產(chǎn)品，也可以是設(shè)計方案等，教師可以借此對探究教學(xué)進(jìn)行表現(xiàn)性評價。

三、項目實施的總結(jié)與思考

1.實施實驗項目學(xué)習(xí)需要循序漸進(jìn)。

實驗項目學(xué)習(xí)對于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)效果明顯，但全部用項目學(xué)習(xí)代替原有學(xué)習(xí)方法也不現(xiàn)實。教師可以從設(shè)計一個實驗項目，優(yōu)化一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計開始；積累經(jīng)驗后再把項目做大，同時設(shè)計腳手架，進(jìn)行持續(xù)性評價，讓學(xué)習(xí)不斷進(jìn)階。

2.將實驗項目作為學(xué)習(xí)評價的任務(wù)。

實驗項目有大有小。大的項目可作為大單元的評價任務(wù)，如蘇科版教材九年級下冊第十五章“綜合實踐活動——對家庭用電的調(diào)查研究”就是對課程標(biāo)準(zhǔn)二級主題“電磁能”的學(xué)習(xí)評價；小的項目可以是對一節(jié)課的結(jié)構(gòu)改造，甚至是對一節(jié)課中某個環(huán)節(jié)的優(yōu)化，如“綜合實踐活動——設(shè)計并制作一盞模擬調(diào)光燈”是對九年級上冊第十四章“歐姆定律”的學(xué)習(xí)評價；針對該章第一節(jié)“電阻”可以創(chuàng)新設(shè)計“制作一盞模擬分檔調(diào)光燈”的項目，對嘗試改變電路中的電流大小、探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素、物質(zhì)的導(dǎo)電性能進(jìn)行評價。此外，實驗項目也可長可短，完成時間也不局限于一節(jié)課。

3.實施實驗項目需要加強團隊合作。

實驗項目的一個重要目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生的合作能力。如在蘇科版教材八年級上冊第二章第二節(jié)“探究水的沸騰”實驗項目中，需要計時、測溫度、觀察氣泡多少和大小，還可以增加用分貝儀測量聲音的響度、記錄數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的環(huán)節(jié)，需要多人分工合作完成，對任務(wù)或產(chǎn)品也盡可能以團隊為單位進(jìn)行評價。在大實驗項目完成過程中，還可能需要教師、家長甚至相關(guān)領(lǐng)域的專家等作為外援。

4.實驗項目需要物理與多學(xué)科融合。

物理學(xué)中與日常生活、工程實踐、社會發(fā)展相關(guān)的實驗項目本身具有綜合性，涉及物理與多學(xué)科知識，需要轉(zhuǎn)向真實情境中的問題解決，加強物理學(xué)科與其他學(xué)科、與生活和世界的聯(lián)系。如在八年級上冊第一章第二節(jié)“自制簡易樂器并給樂器分類”的實驗項目中，需要學(xué)生掌握聲音的產(chǎn)生、聲音的特征等知識；在設(shè)計過程中，需要引入音樂、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識；在制作過程中，需要教師和家長的幫助。

5.實施實驗項目需要控制資源成本。

開展實驗項目需要考慮成本。如某同學(xué)在購買防曬傘時遇到困惑：現(xiàn)有內(nèi)黑外淺、內(nèi)淺外黑、內(nèi)外都是黑色、內(nèi)外都是淺色四種防曬傘，哪種防曬效果好呢？有學(xué)生網(wǎng)購了幾元錢一張的紫外線感應(yīng)卡，將四把傘以同一方式放在同一環(huán)境下，用紫外線感應(yīng)卡在傘下同一位置測出紫外線的強弱，發(fā)現(xiàn)內(nèi)外都是淺色的傘防曬效果最差。而有的學(xué)生準(zhǔn)備購買價格上千元的紫外線數(shù)字測量儀用于實驗，最后小組從實驗成本角度決定停止探究，并形成了“防曬傘只要有一面是黑色，就能達(dá)到防曬的效果”的初步結(jié)論。

實驗項目學(xué)習(xí)是一種新穎的學(xué)習(xí)方式，具有獨特的學(xué)科優(yōu)勢和積極的育人功能。然而，經(jīng)由實驗項目學(xué)習(xí)形成的知識和技能可能缺乏邏輯性和整體性，有些知識點也難以開發(fā)出合適的項目；設(shè)計彼此關(guān)聯(lián)的實驗項目需要教師具備一定的素養(yǎng)、花費較大的精力。所以，項目學(xué)習(xí)只是學(xué)習(xí)方法中的一種，要與其他方法相結(jié)合。