單元設計視域下的初中物理實驗教學初探

姚建民

摘? ?要：基于物理核心素養(yǎng)的綜合性、發(fā)展性、實踐性特征，物理教學要從微觀的課時學習走向中觀的單元設計。在單元設計視域下，整體規(guī)劃，實施學生實驗教學;以專題為單元載體，創(chuàng)設情境，提升科學思維。

關鍵詞：單元設計;整體規(guī)劃;專題載體

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）7-0053-3

物理是一門以觀察和實驗為基礎的學科，對于初中生來說，實驗教學顯得尤為重要，因為實驗形象直觀，可以通過顯性的物理現(xiàn)象將隱性的物理規(guī)律表達出來，符合初中學生的年齡特征和思維方式，通過實驗教學學生能夠更加直觀地了解物理現(xiàn)象和規(guī)律，從而培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)：物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任[1]。由于核心素養(yǎng)具有綜合性、發(fā)展性、實踐性的明顯特征，筆者認為，物理教學要從知識的學習走向能力的形成，要從微觀的課時學習走向中觀的單元設計，指向宏觀的核心素養(yǎng)，即真實學力的形成。為此，教師以單元的視角對物理實驗教學進行規(guī)劃和設計，更有利于物理學科核心素養(yǎng)的形成。

以下是筆者基于單元設計理念下對初中物理實驗教學的幾點思考和實踐。

1? ? 以單元為單位，整體規(guī)劃，實施實驗教學

何為單元，不同學者持不同觀點，許幫正、馬宇澄認為：單元不是單純的學習內(nèi)容單位，而是課程單位和學習單位，應包含“學習內(nèi)容、學習目標、學習方法、學習評價”等，如“如何設計和制作一個機械模型”“焦耳定律及電能的轉(zhuǎn)化”“光現(xiàn)象及折射和透鏡”等就可以視作一個單元[2]。

實驗作為物理課程系統(tǒng)中的一個要素，教材整體結(jié)構(gòu)與特點決定了實驗課題、內(nèi)容、方法和要求。把某一單元的實驗連接起來，可以看出該單元教材的結(jié)構(gòu)特點。研究實驗需要用整體規(guī)劃的方法，全面審視實驗的功能和特點，循序漸進地進行教學，逐步建構(gòu)學生良好的思維習慣，實現(xiàn)對知識的“漸進建構(gòu)”，體會到知識“漸進式的上升，螺旋式的前進”的深刻道理。

1.1? ? 以單元為單位整體規(guī)劃學生活動和實驗教學

以蘇科版初中物理教材為例，每個單元學習之前，應將該單元“活動與學生實驗”課程進行整體規(guī)劃。以八年級上冊第四章《光的折射 透鏡》為例，書本上設計了7個活動和1個實驗，分別為：

1.初識光的折射現(xiàn)象

2.探究光的折射特點

3.初識凸透鏡和凹透鏡

4.辨別凸透鏡和凹透鏡

學生實驗：探究凸透鏡成像的規(guī)律

5.模擬探究近視眼的缺陷

6.通過兩個凸透鏡觀察物體

7.自制水滴顯微鏡

仔細思考這些實驗，遵循由淺入深、由易到難的認知特點，由傳播規(guī)律到成像規(guī)律，到規(guī)律的應用，實現(xiàn)對知識的“漸進建構(gòu)”。實驗以單元為單位的整體結(jié)構(gòu)設計考慮學科的邏輯性與學生認知特點的融合，關注學生學習的過程，逐步提升物理核心素養(yǎng)。

在實驗課程的整體規(guī)劃的框架下，深入思考每一個活動和實驗。如活動6，可以將兩個凸透鏡換成三個透鏡，分別是焦距為30 cm、5 cm的凸透鏡和焦距為10 cm的凹透鏡，這樣增加一點選擇的難度，更能激發(fā)學生探究的興趣，同時體驗到伽利略望遠鏡和開普勒天文望遠鏡構(gòu)造和成像的不同。再如活動7，水滴的大小很有講究，直徑最好控制在4～5 mm，水滴與被觀測的物體之間距離在15 mm，這樣透過這個水滴，才能看到倒立放大的實像。在實驗時，有學生透過水滴觀察到倒立縮小的像，這時教師應給予積極的評價，并引導學生分析原因。

1.2? ? 以單元為單位整體規(guī)劃學生創(chuàng)新小實驗

八年級物理光學創(chuàng)新小實驗體驗活動方案：

活動目的：提升學生科學素養(yǎng)，培養(yǎng)物理學習興趣，將所學的物理知識應用于實踐。

一、具體任務：

選取八年級物理書本的相關內(nèi)容，任選以下內(nèi)容完成一個小制作：

1.自制針孔照相機（書本65頁）

2.簡易潛望鏡（書本73頁）

3.魔箱（書本69頁）

4.簡易投影儀

5.簡易照相機

6.簡易望遠鏡

7.簡易顯微鏡

8.其他光學小實驗

二、具體要求

1.可以獨立完成，也可以分小組完成，每個小組最多3人;

2.獨立完成只要交作品，小組完成需要做簡易PPT演示文稿（含以下內(nèi)容：實驗材料、原理、成品圖片或小視頻等）;

3.每位同學均要參與，學期結(jié)束評出優(yōu)秀作品，嘉獎鼓勵。

學生積極動手動腦，創(chuàng)新小實驗的制作超出老師的預期，很有創(chuàng)意。

學生小實驗展示如圖1所示。

這個創(chuàng)新實驗的整體規(guī)劃是八年級所學光現(xiàn)象、折射及透鏡等內(nèi)容作為整個單元的視域下，應用于實際生活中的創(chuàng)新實驗規(guī)劃。在這類創(chuàng)新小實驗的進行過程中，提倡教師給予學生“形成性評價”，即關注不斷地反饋學生學習成功或失敗的信息，注重強化學生學習的成功之處，顯示學生學習過程中需要改進的具體學習錯誤或不足。廣泛的研究表明，動手實踐最易激發(fā)學生的思維能力和想象能力，通過手腦協(xié)調(diào)的直接體驗可以實現(xiàn)由感性認識到理性認識的“飛躍”。在此過程中，培養(yǎng)將實際問題轉(zhuǎn)化為物理模型，進行不斷質(zhì)疑創(chuàng)新的科學思維。

2? ? 以專題為單元載體，創(chuàng)設情境，提升科學思維

基于單元的實驗教學設計可以嘗試以專題作為單元載體，專題內(nèi)容涵蓋物理學家為什么提出科學問題，在深化和解決問題過程中的關鍵情節(jié)，在形成結(jié)論過程中的主要思維方式和研究方法的精華以及科學結(jié)論內(nèi)涵的深刻思考，等等[3]。

以初中的能量教學為例。能量是最抽象但卻是最基本的物理概念之一，能量守恒和轉(zhuǎn)化規(guī)律是發(fā)現(xiàn)過程最曲折、經(jīng)歷時間最漫長、涉及科學家最眾多的物理理論，也是包容現(xiàn)象最多樣、適用范圍最廣泛、對科學發(fā)展和人類生存指導意義最重大的物理理論，其中科學家焦耳為了尋找該定律無可辯駁的證據(jù)，終其一生做出了不可磨滅的貢獻。1840年，焦耳通過研究電流的熱效應，發(fā)現(xiàn)通電導體所產(chǎn)生的熱量與電流的平方、導體的電阻和通過的時間成正比，即Q=I2RT，他將該定律寫成論文《論伏打電生熱》并發(fā)表。很快科學家楞次也得到了與焦耳相同的定律結(jié)論。后來人們把這個定律叫做焦耳-楞次定律，也稱為焦耳定律，該發(fā)現(xiàn)為揭示電能、熱能和化學能的等價性奠定了基礎，敲開了發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的大門[4]。

正因如此，焦耳定律的教學在初中物理課程中有非常重要的意義。在進行《電熱器 電流的熱效應 》教學時，教師應懷有崇敬之心帶領學生經(jīng)歷科學家焦耳的探索過程。

教材和教材上所介紹的最為經(jīng)典的方法——煤油加熱法。這個實驗方法的優(yōu)點是可以定量測量，但是缺點也有很多：其一是材料組裝，包括橡皮塞打孔都較為麻煩;其二是實驗準備的時間非常長，同時實驗所占用的課堂時間也略長;其三是較難得到定量關系。教材當中并沒有對該實驗的實驗要點和數(shù)據(jù)進行更加精確的數(shù)據(jù)說明，致使教學過程中該實驗成為一個難點，加上這個實驗需要的器材種類數(shù)量較多，操作的程序也比較繁瑣，而且電路比較復雜，大多數(shù)教師進行教學時實驗效果并不理想。 所以，很多教師在這節(jié)課的教學中，沒有勇氣嘗試學生實驗，甚至有時連演示實驗也摒棄了，直接用多媒體課件或錄像代替。

在實際教學過程中，不斷創(chuàng)新，完善實驗細節(jié)，可以取得更好的實驗效果。1.占用課堂時間過長的原因主要是實驗室配備的學生電源輸出電壓比較小，教師將學生用的干電池換成穩(wěn)壓電源，保證電壓達到20 V左右，較好地解決了這個難題;2.實驗中還發(fā)現(xiàn)植物油（就地取材，將煤油改成植物油）的溫度變化與時間不成正比，這主要是由于植物油的散熱。教師給兩個錐形瓶加裝絕熱材料保溫裝置，盡量減少植物油由于散熱帶來的系統(tǒng)誤差。這個實驗有很多可以完善的細節(jié)，如油的質(zhì)量、容器的形狀等，實驗準備過程中為了得到最佳實驗效果，教師經(jīng)歷了像科學家一樣的探究過程，發(fā)現(xiàn)問題，遇到困難，不斷改進，最終較好地解決了實驗難題。

在焦耳定律學習的基礎上，進一步思考：電流做功時，消耗的是電能。究竟電能會轉(zhuǎn)化為哪種形式的能，要看電路中具有哪種類型的元件。電流通過白熾燈、電爐等電熱原件做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為導體的內(nèi)能。

天文學家卡爾·薩根曾經(jīng)說過：“每個人在他們幼年的時候都是科學家，因為每個孩子都像科學家一樣，對自然界的奇觀懷著好奇和敬畏?！背踔形锢韺嶒灲虒W力求引導學生以科學家進行科學探究的方式去做科學、學科學，著眼于學生科學素養(yǎng)的提高;有計劃地將觀察、測量、預測、推斷及控制變量、形成與驗證假設、設計實驗、建立模型等基本探究元素滲透到相關活動和學生實驗中去;引導學生反思實驗過程，應用實驗中發(fā)現(xiàn)的規(guī)律解決實際問題。以上以專題為單元載體的實驗教學設計，圍繞歷史背景、科學思維和科學發(fā)展的真實圖景，較好地實現(xiàn)了“從教學到育人”的目標。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]許幫正，馬宇澄.“指向物理核心素養(yǎng)單元設計”研究方案[J].中學物理，2018，36（2）：6-8，14.

[3]馮華.從教學到育人——以專題為載體，培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)[J].物理教學探討，2018，36（8）：1-4，8.

[4]董彥.焦耳和能量守恒定律[J].物理教師，2018，39（11）：68-71.

（欄目編輯? ? 王柏廬）