自然教育理論下的物理體驗(yàn)式教學(xué)實(shí)踐與探索

黃杰

［摘 要］初中物理教學(xué)不應(yīng)只是簡單地講授知識(shí)點(diǎn)，更應(yīng)重視學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)以及探究意識(shí)的培養(yǎng)。自然教育理論下的物理體驗(yàn)式教學(xué)注重知識(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，將物理學(xué)習(xí)與實(shí)踐體驗(yàn)相融合，對(duì)提高學(xué)生的觀察能力和探究能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展具有重要意義。

［關(guān)鍵詞］自然教育理論；體驗(yàn)式教學(xué)；初中物理

［中圖分類號(hào)］? ? G633.7? ? ? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2023）27-0049-03

自然教育理論主張教育應(yīng)順應(yīng)人的自然天性，以學(xué)生為主體，遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，這與體驗(yàn)式教學(xué)的核心理念相契合，即通過實(shí)踐體驗(yàn)，促使學(xué)生通過自主探究獲得知識(shí)體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生身心發(fā)展。開展物理體驗(yàn)式教學(xué)應(yīng)充分考慮學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)以及學(xué)科核心素養(yǎng)的特點(diǎn)，優(yōu)化體驗(yàn)方式，助力學(xué)生實(shí)現(xiàn)高效、自主的探究實(shí)踐學(xué)習(xí)。

一、借助信息技術(shù)，顯化抽象知識(shí)

物理學(xué)中有許多抽象的概念、定理以及現(xiàn)象描述。然而，在現(xiàn)有的教學(xué)條件下很難針對(duì)每一種知識(shí)都組織學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)來獲取最直觀的體驗(yàn)。為此，教師可靈活運(yùn)用信息技術(shù)，結(jié)合音頻和視頻資源，顯化抽象內(nèi)容，以直觀的方式給予學(xué)生相關(guān)的情境體驗(yàn)，從而使學(xué)生形成具象化的物理觀念。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，了解背景條件

初中物理教學(xué)中，教師可借助信息技術(shù)直觀地展現(xiàn)物理現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)物理問題情境，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)情境中的物理現(xiàn)象進(jìn)行分析，直觀地感受對(duì)應(yīng)的物理問題背景，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生的深度思考。

比如，在教學(xué)“慣性”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師播放了以下視頻：一位運(yùn)動(dòng)員參加跳遠(yuǎn)比賽，經(jīng)過一段快速助跑后飛身一躍，獲得了令人矚目的成績。教師結(jié)合視頻內(nèi)容提出問題：“為什么運(yùn)動(dòng)員可以在空中前進(jìn)？”再播放原地豎直起跳落回原地的視頻，以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：向前運(yùn)動(dòng)的物體，具有繼續(xù)保持向前運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)；在水平方向上靜止的物體，具有繼續(xù)在水平方向上保持靜止的性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上引入慣性的概念，并進(jìn)一步演示或用視頻展示生活中與慣性相關(guān)的現(xiàn)象：快速抽走杯子下面的紙條，杯子保持不動(dòng)；離手后的實(shí)心球繼續(xù)向前飛行；用力拍打衣服，衣服上的灰塵自動(dòng)掉落等。歸納與比較這些現(xiàn)象，最終得出結(jié)論：物體是保持靜止還是繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，取決于物體原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

（二）展示差異，發(fā)展比較思維

物理體驗(yàn)式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于：可以讓學(xué)生親自感受到不同條件下物理現(xiàn)象的差異，進(jìn)而通過對(duì)比分析等思維方式建構(gòu)完善的物理知識(shí)體系。結(jié)合信息技術(shù)可以將不具備開展條件的物理實(shí)驗(yàn)以音頻或視頻的形式展現(xiàn)，讓學(xué)生通過聲音、圖像等直觀感受物理現(xiàn)象的差異，從而發(fā)展學(xué)生的比較思維。

比如，在教學(xué)“聲音的特性”時(shí)，借助信息技術(shù)播放男高音、女高音以及男女合唱的不同聲音，讓學(xué)生分辨其中差異，進(jìn)而從物理角度認(rèn)識(shí)聲音產(chǎn)生差異的原因。學(xué)生發(fā)現(xiàn)男女高音盡管都是高音，但女高音的音調(diào)更高，男高音的響度更小，有的學(xué)生還能識(shí)別出男歌手是誰。對(duì)聲音的差異進(jìn)行歸納總結(jié)，可以將聲音的特性總結(jié)為響度、音調(diào)、音色。在探究響度與振幅的關(guān)系之后，分別播放遠(yuǎn)處老牛和耳邊蚊子發(fā)出的聲音，提問“為什么蚊子的聲音聽起來更響？”，從而得出響度的另一個(gè)影響因素——聲源與人耳的距離。類似地，通過多次比較卡片由慢到快劃過梳齒的聲音，認(rèn)識(shí)音調(diào)與頻率的關(guān)系；通過播放不同樂器、不同任課教師的聲音，認(rèn)識(shí)到音色由發(fā)聲物體決定。

借助信息技術(shù)能展示更豐富的學(xué)習(xí)素材，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)直觀的學(xué)習(xí)情境，進(jìn)而幫助學(xué)生對(duì)比、歸納，得出聲音的特性與規(guī)律。

（三）虛擬演示，享受沉浸式體驗(yàn)

信息技術(shù)不僅可用于再現(xiàn)物理情境，還可以創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為學(xué)生提供直觀的體驗(yàn)機(jī)會(huì)。尤其是一些具有一定危險(xiǎn)性或者對(duì)設(shè)備要求較高的實(shí)驗(yàn)，開展虛擬實(shí)驗(yàn)可助力學(xué)生大膽、放松地體驗(yàn)探究的過程。

比如，在教學(xué)“家庭電路”時(shí)，盡管通過理論分析可以知道空氣總開關(guān)跳閘的原因，但若要直觀體驗(yàn)短路、過載等造成的危害，就會(huì)增加實(shí)驗(yàn)難度及操作風(fēng)險(xiǎn)。鑒于此，可利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生嘗試進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)操作，如任意增用電器直至跳閘、將開關(guān)直接接在零線上、用測電筆排查電路故障等。利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，師生沒有了危險(xiǎn)性、器材成本等方面的顧慮，可完全沉浸于探索之中。

通過虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的體驗(yàn)更直觀，反饋更及時(shí)，因而學(xué)習(xí)興趣更濃，學(xué)習(xí)效率更高。

二、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)探究，提升學(xué)科素養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)是規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與驗(yàn)證所必需的環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)探究是初中物理教學(xué)的重要組成部分。教師指導(dǎo)好探究過程，優(yōu)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的體驗(yàn)，有利于增強(qiáng)學(xué)生探究的動(dòng)力，助力學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的提升。

（一）觀察現(xiàn)象，提出猜想

實(shí)驗(yàn)探究的第一個(gè)環(huán)節(jié)，需要學(xué)生根據(jù)生活體驗(yàn)或觀察，對(duì)現(xiàn)象與可能因素進(jìn)行對(duì)比與分析，提出合理的猜想。這一環(huán)節(jié)中教師應(yīng)起主導(dǎo)作用，要為學(xué)生提供易于觀察、比較、總結(jié)的現(xiàn)象，助力學(xué)生快速提出現(xiàn)象與可能因素間的關(guān)系猜想。

以“探究浮力大小的影響因素”實(shí)驗(yàn)為例，在探究之前，可引導(dǎo)學(xué)生感受浮力大小的不同。先將相同質(zhì)量的鐵塊和木塊分別放入水中，鐵塊沉底而木塊漂??；再讓學(xué)生按壓木塊直至浸沒，感受按壓過程中手指所受彈力的大小變化。通過第一個(gè)活動(dòng)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)相同質(zhì)量的木塊和鐵塊的體積相差很大，從而形成“體積越大，浮力越大”的初步認(rèn)識(shí)。而在按壓木塊的過程中，學(xué)生能明顯感受到隨著木塊浸入水中的體積增大，手指所受阻力明顯增大，從而判斷浮力在變大。教師不失時(shí)機(jī)地追問：“木塊的體積有沒有變大？”通過這兩個(gè)活動(dòng)，學(xué)生不難提出猜想：影響浮力大小的是物體浸入液體的體積，而不是物體的體積。這有利于后續(xù)的探究。

（二）開放實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)探究的第二個(gè)環(huán)節(jié)是針對(duì)猜想，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案，并通過實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證猜想。在這一環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)做好實(shí)驗(yàn)開放設(shè)計(jì)的保障、指導(dǎo)與評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)多元化實(shí)驗(yàn)方案，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作過程。

學(xué)生已認(rèn)識(shí)到[F浮]可能與[V排]有關(guān)，因此接下來實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)圍繞怎樣計(jì)算[V排]以及如何比較[F浮]展開。對(duì)于前者，教師應(yīng)多提供幾種器材，鼓勵(lì)學(xué)生靈活利用溢水杯、燒杯、刻度尺、量筒、天平等器材，設(shè)計(jì)多種計(jì)算[V排]的方案。在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物體浸入液體的體積就是[V排]，從而找到計(jì)算[V排]的最佳方案。針對(duì)浮力大小的比較，教師首先讓學(xué)生測量鐵塊所受浮力。由于鐵塊的重力、浸入液體的體積等因素各不相同，學(xué)生得出的結(jié)果會(huì)不一樣。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過展示與交流，歸納出比較浮力的正確方法。

（三）處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論

數(shù)據(jù)處理與分析是實(shí)驗(yàn)探究的重要環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生不僅要準(zhǔn)確記錄并尊重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還要正確、科學(xué)地處理數(shù)據(jù)，并通過表格、圖像等多種方式探究數(shù)據(jù)間的關(guān)系，進(jìn)而分析得出物理規(guī)律。

在“探究浮力大小的影響因素”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生容易將彈簧測力計(jì)的拉力當(dāng)成浮力，從而得出“[ρ液]一定，[V排]越大，[F浮]越小”的錯(cuò)誤結(jié)論。對(duì)此，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生大膽說出判斷的依據(jù)，或讓學(xué)生通過小組交流發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理中存在的問題。在得出浮力大小的影響因素之后，為了使學(xué)生能夠體驗(yàn)數(shù)學(xué)工具的直觀性，教師可讓學(xué)生利用直角坐標(biāo)系大致畫出[F浮-V排]、[F浮-ρ液]的關(guān)系圖像，以及同一物體浸沒在不同液體中的[F浮-ρ液]的關(guān)系圖像。

在驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)中，主要涉及四個(gè)數(shù)據(jù)：物體重力、物體浸入液體后彈簧測力計(jì)的拉力、小桶重力、小桶與排開液體的總重。教師首先發(fā)問：“在阿基米德原理得到驗(yàn)證之前，怎樣求浮力？”再引導(dǎo)學(xué)生重新體驗(yàn)阿基米德原理的得出過程，領(lǐng)悟用已知驗(yàn)證未知的思維邏輯。

三、融合生活問題，滲透各種意識(shí)

融合生活問題是體驗(yàn)式教學(xué)常用的方式，結(jié)合生活問題與情境，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)體驗(yàn)感。同時(shí)在解決生活問題的過程中，能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

（一）擷取生活素材，觸及科學(xué)本質(zhì)

聯(lián)系生活的物理體驗(yàn)式教學(xué)，是指擷取生活素材，創(chuàng)設(shè)生活化情境，讓學(xué)生將生活認(rèn)知轉(zhuǎn)化為物理理解，進(jìn)而將抽象的物理概念具象化，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際體驗(yàn)感，助力其探尋物理知識(shí)對(duì)應(yīng)的科學(xué)本質(zhì)。

比如，在教學(xué)“杠桿”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師首先展示如下情形：一個(gè)力氣大的男生徒手開不了的汽水瓶蓋，被一個(gè)力氣小的女生用開瓶器輕松開啟。這讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到什么是“省力”。然后用視頻展示用開瓶器開瓶蓋的過程中，瓶蓋與動(dòng)力作用點(diǎn)上升的距離，結(jié)合比較動(dòng)力臂與阻力臂的長短，以使學(xué)生理解什么是“費(fèi)距離”、什么樣的杠桿“費(fèi)距離”。最后結(jié)合生活中的撬棒、修枝剪刀等，讓學(xué)生形成“省力必費(fèi)距離”的觀點(diǎn)。

針對(duì)“為什么要設(shè)計(jì)費(fèi)力杠桿？”這一問題，教師可讓兩個(gè)學(xué)生模擬提魚和釣魚：一個(gè)學(xué)生直接用手將一本書豎直提起一定高度，另一個(gè)學(xué)生用米尺模擬魚竿，將同一本書“釣”至同一高度。通過比較兩人施加動(dòng)力的手向上移動(dòng)的距離，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)費(fèi)力杠桿的作用是省距離。

上述活動(dòng)初步揭示了兩種杠桿的特性，在此基礎(chǔ)上教師將生活用具抽象為杠桿模型，并歸納不同杠桿的特點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)體系的建構(gòu)。

擷取生活素材是體驗(yàn)式教學(xué)的重要法寶，通過調(diào)動(dòng)學(xué)生的情感、經(jīng)驗(yàn)等，可迅速強(qiáng)化學(xué)生的物理體驗(yàn)，讓學(xué)生感受到物理知識(shí)和生活實(shí)際之間的聯(lián)系，促使學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)理解物理知識(shí)本質(zhì)，培養(yǎng)應(yīng)用意識(shí)。

（二）結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)科學(xué)創(chuàng)新

在探究物理問題、理解物理規(guī)律的過程中，教師應(yīng)有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)已有的方案、方法進(jìn)行創(chuàng)新，尤其是借助生活中的簡單物品優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使實(shí)驗(yàn)更簡便、現(xiàn)象更直觀，在聯(lián)系生活實(shí)際的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)科學(xué)創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。

結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)已有實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)，是一種行之有效的創(chuàng)新實(shí)踐。比如，在教學(xué)“靜電現(xiàn)象”時(shí)，常用“用塑料尺在頭發(fā)上摩擦，再用來吸小紙屑”的方法導(dǎo)入。結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生能聯(lián)想到常用的保鮮膜也具有這種性質(zhì)，剛撕開的保鮮膜很容易“吸”在手上。教師告訴學(xué)生，撕扯也是一種摩擦，并進(jìn)行變式改進(jìn)：將干燥的紙屑平鋪在桌面上，兩位學(xué)生合作將一卷保鮮膜在紙屑上方5 cm左右展開，而紙屑依次被保鮮膜的靜電吸引。由于保鮮膜的面積比塑料尺大得多，因此可以吸引更多的紙屑，現(xiàn)象更明顯。

可見，生活中蘊(yùn)藏著豐富的物理現(xiàn)象，教師應(yīng)充分重視生活現(xiàn)象對(duì)物理學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用，鼓勵(lì)學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新改進(jìn)已有的實(shí)驗(yàn)探究方案，從而增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)體驗(yàn)感，在增強(qiáng)物理探究能力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。

（三）加強(qiáng)生活應(yīng)用，形成科學(xué)態(tài)度

讓學(xué)生感受物理學(xué)科的應(yīng)用價(jià)值，形成社會(huì)責(zé)任感與正確的科學(xué)態(tài)度，是新時(shí)代物理學(xué)科教學(xué)的重要任務(wù)。教師應(yīng)結(jié)合生活實(shí)際問題，為學(xué)生營造問題解決氛圍，加強(qiáng)生活應(yīng)用在課堂中的滲透力度，助力學(xué)生形成正確的學(xué)科觀念。

電學(xué)知識(shí)是實(shí)際生活中應(yīng)用最為廣泛的物理知識(shí)，同時(shí)在應(yīng)用中還存在用電安全問題，所以電學(xué)知識(shí)教學(xué)是滲透科學(xué)態(tài)度的重要陣地。比如，在“探究串、并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)”之后，教師結(jié)合教材內(nèi)容，提出以下實(shí)際問題：“家里的電飯鍋與空調(diào)的連接方式是什么？為何采用這種方式？如果逐個(gè)啟動(dòng)所有的家用電器，通過總開關(guān)的電流如何變化？你能提出一個(gè)安全用電的建議嗎？”通過學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)了串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)，只要聯(lián)系各用電器的工作電流各不相同，就能理解家用電器不采用串聯(lián)方式的原因；再聯(lián)系并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)，便不難認(rèn)識(shí)到過多接入用電器的安全隱患，最后自然形成安全用電的科學(xué)態(tài)度。

在上述教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用課堂所學(xué)知識(shí)來解決生活實(shí)際問題。這樣做不僅深化了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，還使學(xué)生更深刻地認(rèn)識(shí)到了物理知識(shí)在生活中具有巨大價(jià)值，從而推動(dòng)學(xué)生以更科學(xué)的態(tài)度面對(duì)生活，形成正確的價(jià)值觀念。

綜上所述，自然教育理論下的物理體驗(yàn)式教學(xué)，在優(yōu)化教學(xué)資源、改善課堂氛圍等方面具有積極作用。通過體驗(yàn)式教學(xué)方式來轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課堂的授課模式，可以充分增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)感，提升學(xué)生的自主探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)、科學(xué)態(tài)度等。

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［1］? 徐創(chuàng)立.初中物理體驗(yàn)式探究學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系的建構(gòu)［J］.廣西物理，2021（1）：70-72.

［2］? 孔維華.基于問題驅(qū)動(dòng)的初中物理科學(xué)探究教學(xué)淺談［J］.理科愛好者，2022（5）：79-81.

（責(zé)任編輯 農(nóng)越華）