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      初中物理綜合實踐活動中項目開發(fā)與實踐

      2024-02-13 00:00:00王艷波
      物理之友 2024年11期
      關(guān)鍵詞:拓展課程項目學(xué)習(xí)

      摘 要:開展基于蘇科版教材中的綜合實踐活動的校本化拓展課程,有利于完善學(xué)生的知識體系并發(fā)展學(xué)生的關(guān)鍵能力。教師依據(jù)學(xué)生的個性特征,采取項目式教學(xué)方式,并給予學(xué)生充分的個性化指導(dǎo),不僅能培養(yǎng)學(xué)生的興趣,還能讓學(xué)生的思維朝著開放性與深刻性方向發(fā)展。本文以“靜電與應(yīng)用”的拓展教學(xué)為例,闡述通過項目設(shè)計來培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的路徑與方法。

      關(guān)鍵詞:項目學(xué)習(xí);靜電與應(yīng)用;拓展課程

      蘇科版教材中的綜合實踐活動,作為課程的鮮明特色,近年來日益受到教育界的重視。特別是隨著《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(2022年版)》的發(fā)布,跨學(xué)科實踐成為了熱議話題,它與綜合實踐活動之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)。作為綜合實踐課程的重要補充,依托實踐活動開發(fā)的系列項目課程,能夠精準對接學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求。因此,在初中階段,推行以綜合實踐活動為核心的系列拓展課程顯得尤為迫切和重要。通過教師精心設(shè)計的項目活動,學(xué)生在完成項目任務(wù)的過程中,可以深入體驗物理學(xué)習(xí)的路徑與技巧,直觀感受物理觀念的形成過程。這一舉措不僅能極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,還能有效地幫助他們建構(gòu)完善的知識體系,拓寬學(xué)習(xí)視野,進而培育出有利于學(xué)生終身成長和社會發(fā)展的必備品格與關(guān)鍵能力。[1

      本文以初中“靜電與應(yīng)用”的拓展教學(xué)實踐為例,探討在拓展課程中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的思路和具體方法,流程圖如圖1所示。

      1 情境引入,確立綜合實踐活動開發(fā)項目主題

      1.1 油罐車鐵鏈原理探討

      情境引入:在現(xiàn)實生活中,很多油罐車的尾部都安裝有一個接觸地面的拖地帶,如圖2所示,接觸地面的拖地帶有什么作用?

      討論與分析:拖地帶的作用是通過與地面接觸,將油罐車在運輸過程中由于油液與罐壁摩擦產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走。這樣做的目的是防止靜電積累導(dǎo)致在油罐內(nèi)放電,產(chǎn)生火花。因為油罐車通常裝載的是易燃、易爆物質(zhì),如汽油或煤油,而汽車輪胎是橡膠材質(zhì),屬于絕緣體,無法將電荷傳導(dǎo)到地下。因此,通過拖地帶將電荷導(dǎo)入大地,可以確保油罐車在運輸過程中的安全性,避免潛在的燃燒或爆炸風(fēng)險。教師對學(xué)生的合理猜想給予積極評價,并板書本次綜合實踐活動拓展課程的主題:“靜電與應(yīng)用”。

      反思與評價:學(xué)生對生活中的有趣現(xiàn)象產(chǎn)生了強烈的探究欲望,通過討論與分析可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。通過用金屬棒觸碰帶電的驗電器金屬球或驗電羽尋找證據(jù),驗證猜想。高效的教學(xué)活動應(yīng)從精彩的引入開始,活動開始,教師為學(xué)生展示了一個來源于生活的問題,讓學(xué)生耳目一新。學(xué)生通過討論,提出了自己的觀點,激發(fā)起學(xué)生對“靜電現(xiàn)象”的強烈探究欲,深刻體會到科學(xué)技術(shù)對人類社會發(fā)展的推動作用,并樹立起正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識。

      2 動手操作,置身體驗物理觀念的形成過程

      2.1 制作簡易水流靜電發(fā)生器

      準備一個空礦泉水瓶,往燒杯內(nèi)注入適量的清水,用膠頭滴管滴入紅墨水染色以便于觀察,用玻璃棒將其攪拌均勻,然后將其倒入礦泉水瓶內(nèi)。在礦泉水瓶蓋上開一個小孔,將瓶倒置于燒杯上方。

      2.2 觀察水流變“彎曲”

      用手擠壓瓶子,讓水流從瓶蓋的小孔緩緩流出,將橡膠棒靠近水流,觀察水流是否有變化;用毛皮摩擦橡膠棒后,再將橡膠棒靠近水流,發(fā)現(xiàn)水流被吸引(見圖3)。將橡膠棒遠離水流,觀察到水流恢復(fù)原狀。

      2.3 提出核心問題,建構(gòu)物理觀念

      為什么將毛皮摩擦過的橡膠棒靠近水流時,水流會被吸引?

      意圖:將毛皮摩擦過的橡膠棒靠近水流,學(xué)生觀察到水流被吸引,這一現(xiàn)象形象地說明了帶電體能夠吸引輕小物體,引導(dǎo)學(xué)生深化對“輕小物體”的認識。

      評價與反思:簡易水流靜電發(fā)生器裝置取材方便,制作簡單,因此實驗容易成功。教材中使用絲綢摩擦過的玻璃棒吸引紙屑,紙屑是典型的輕小物體。本實驗情境是對該活動內(nèi)容的延伸,有利于學(xué)生認識“輕小物體”的本質(zhì)特征。巧用礦泉水瓶裝紅色水,擠壓后從瓶蓋小孔處流出穩(wěn)定持續(xù)的水流,增強了實驗的可視性,有利于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象,同時啟發(fā)學(xué)生利用身邊的生活用品進行自主性實驗設(shè)計。此外,生活中毛衣、人體等帶有靜電時,用水濕潤可以消除靜電現(xiàn)象。本實驗中,帶電體吸引水流,而帶電體沾上水后不再吸引水流,從而引出電荷轉(zhuǎn)移的概念,能夠拓展學(xué)生對靜電現(xiàn)象的認識,提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

      3 經(jīng)歷動手再操作,在探究過程中培養(yǎng)科學(xué)推理能力

      3.1 制作靜電鈴鐺發(fā)聲裝置

      準備兩個空易拉罐、一片透明塑料片、一根吸管、一根PVC管、餐巾紙若干。將兩個鋁制空易拉罐相隔4~5cm放置。其中一個易拉罐底部墊上一張塑料紙,與大地絕緣,防止產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過易拉罐導(dǎo)入大地;在另一個空易拉罐的拉環(huán)孔洞中插入一根吸管,吸管下方懸掛一個易拉罐拉環(huán),位于兩個易拉罐中間部位。

      3.2 讓靜電鈴鐺振動發(fā)聲

      用餐巾紙快速摩擦PVC管,并將摩擦后的PVC管靠近(不接觸)與大地絕緣的易拉罐(見圖4),會發(fā)現(xiàn)中間懸掛的易拉罐拉環(huán)左右擺動起來[2,接觸兩個易拉罐側(cè)壁后發(fā)出“叮叮”的聲音,猶如鈴鐺發(fā)聲。

      3.3 提出核心問題,引發(fā)學(xué)生推理與論證

      為什么摩擦過的PVC管靠近與大地絕緣的易拉罐時,中間懸掛的易拉罐拉環(huán)會擺動起來?

      意圖:讓學(xué)生利用所學(xué)的靜電現(xiàn)象的知識理解同種電荷相互排斥的原理,切身感受到趣味小實驗的物理魔力,激發(fā)學(xué)生的興趣,同時鍛煉學(xué)生的語言表達能力。對一個問題的深入研究,能促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的有效達成。感應(yīng)電荷對于初中生來說是一個全新的概念,但通過親身體驗,學(xué)生對帶有電荷的PVC管引發(fā)不接地的易拉罐帶上感應(yīng)電荷的現(xiàn)象產(chǎn)生了濃厚興趣。部分學(xué)生認為PVC管和梳子一樣都是塑料制品,梳過頭發(fā)的梳子帶負電,易拉罐上的感應(yīng)電荷就應(yīng)該帶正電。為了驗證這一猜想,學(xué)生設(shè)計了很多新奇的證明方式——有的用帶有正、負電荷的驗電羽進行實驗,觀察驗電羽的形態(tài)變化情況;有的用驗電器進行實驗,觀察金屬箔的張開和閉合;有的用塑料細絲做成“靜電章魚”,觀察塑料細絲與PVC管的排斥現(xiàn)象。這一過程充分展現(xiàn)了學(xué)生的思維推理過程,有助于課堂實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的目標(biāo),提升學(xué)生的科學(xué)推理能力。

      反思與評價:本實驗中的器材簡單易得,學(xué)生在課堂中親身體驗靜電的神奇魔力,獲得學(xué)習(xí)物理的興趣。通過現(xiàn)象觀察,學(xué)生能夠猜想出摩擦過的PVC管能夠在不接地的易拉罐中感應(yīng)出感應(yīng)電荷。并且由于帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì),所以拉環(huán)被右邊的易拉罐吸引過來,與之接觸后帶上了同種電荷,而同種電荷相互排斥,所以拉環(huán)會被排斥;拉環(huán)與另一側(cè)的易拉罐接觸后,所帶的電荷通過易拉罐導(dǎo)入大地,于是拉環(huán)又再次被帶電荷的易拉罐吸引,因此在兩易拉罐之間快速擺動起來。學(xué)生面對新奇現(xiàn)象,從“具身認識”到“建立模型”,再到設(shè)計各種實驗方案進行“科學(xué)論證”,充分展現(xiàn)了自身思維的層次性、邏輯性與廣闊性。

      4 經(jīng)歷趣味物理,促進科學(xué)思維,落實創(chuàng)造應(yīng)用

      4.1 了解富蘭克林靜電發(fā)動機及其工作原理

      提出議題:介紹由物理學(xué)家富蘭克林制作的世界上第一臺由靜電驅(qū)動的電動機,用羊毛摩擦過的PVC管(帶負電),使其靠近電動機左側(cè)的鋸齒狀鋁箔帶,負電荷通過尖端放電跳到左側(cè)的鋁箔帶上,左側(cè)的鋁箔帶上的電子又通過尖端放電跳到中間塑料杯的鋁箔紙上,這樣左側(cè)的鋁箔帶和塑料杯的鋁箔紙帶同種電荷,它們相互排斥使得塑料杯轉(zhuǎn)動起來。

      4.2 嘗試制作富蘭克林靜電發(fā)動機

      實驗準備:教師提供大頭針、工字釘、衣服扣、一次性塑料杯、小塑料瓶、帶鱷魚夾的導(dǎo)線、雙面膠、小木棍、木制鉆孔支架、鋁箔片、小截細銅絲若干,韋氏靜電起電機等實驗器材。學(xué)生分組進行實驗探究設(shè)計。

      實驗操作:有學(xué)生使用一次性塑料杯,在杯子外表戳上很多大頭針,如圖5(a)所示;也有學(xué)生在一次性塑料杯壁間隔貼上了很多條狀的鋁箔條,如圖5(b)所示;還有學(xué)生用塑料小瓶代替一次性塑料杯子做成轉(zhuǎn)子,如圖5(c)所示。并且為了消除工字釘對實驗的影響,圖5(b)和5(c)更換成紐扣固定。

      實驗現(xiàn)象:學(xué)生發(fā)現(xiàn)圖5的轉(zhuǎn)子都能轉(zhuǎn)動,但相較于圖5(a)和5(b),圖5(c)中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度更快,靜電驅(qū)動效果更明顯。同時還發(fā)現(xiàn),將左右兩側(cè)鋸齒狀鋁箔帶與韋氏起電機的正、負電荷輸出端相連,能夠?qū)崿F(xiàn)富蘭克林靜電發(fā)動機的持續(xù)轉(zhuǎn)動,如圖5(c)所示。

      4.3 提出核心問題引發(fā)學(xué)生推理與論證

      提出問題:為什么通過帶電PVC管使鋸齒狀鋁箔帶感應(yīng)起電,能夠使小塑料瓶快速旋轉(zhuǎn)起來?是通過何種方式使發(fā)動機轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動的?請說明你的理由。

      意圖:讓學(xué)生在動手實踐的過程中領(lǐng)悟富蘭克林靜電發(fā)動機的工作原理,開放性的制作與設(shè)計使整個探究活動更有趣味性、合作性與挑戰(zhàn)性。通過“具身認知”再次感受“感應(yīng)電荷”,以及“產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計”感受“生活—物理—社會”的核心價值導(dǎo)向,使學(xué)生通過實踐收集證據(jù)支持自己的猜想,這種方式不僅能拓寬學(xué)生的知識視野,也能錘煉學(xué)生求實的精神和提升創(chuàng)新的能力。

      反思與評價:使用紐扣代替工字釘可以盡量減小轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力;用條狀鋁箔替代一次性塑料杯上的大頭針,可以有效減輕轉(zhuǎn)子的重量,增大轉(zhuǎn)速;將一次性塑料杯換成圓柱形筒狀的小塑料瓶(轉(zhuǎn)子),可以使轉(zhuǎn)子受力均勻,便于其快速、恒定轉(zhuǎn)動。針對羊毛與PVC管摩擦不均勻?qū)е罗D(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的問題,學(xué)生提出接上韋氏起電機,創(chuàng)造出力偶矩,防止轉(zhuǎn)子出現(xiàn)反轉(zhuǎn)情況。設(shè)計富蘭克林靜電發(fā)動機的活動,能夠活躍學(xué)習(xí)氣氛,增強學(xué)生的體驗效果。過程中的種種意外現(xiàn)象蘊含著教學(xué)良機,教師應(yīng)該因勢利導(dǎo),化意外為契機,充分應(yīng)用杠桿原理、靜電感應(yīng)、尖端放電和電荷間相互作用規(guī)律等知識深刻剖析靜電發(fā)動機的運轉(zhuǎn)原理,通過對產(chǎn)品的改進促進深度學(xué)習(xí),從而提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

      5 “靜電與應(yīng)用”拓展課程教學(xué)的實施策略與評價機制

      蘇科版物理教材在八、九年級設(shè)置綜合實踐活動課程,其目的是通過課程實施,讓學(xué)生充分利用本章所學(xué)知識進行創(chuàng)新與應(yīng)用。結(jié)合項目化學(xué)習(xí)方式的拓展課程,更有利于豐富該課程體系,拓寬學(xué)生視野,豐富學(xué)生的知識儲備,促進學(xué)生核心素養(yǎng)能力的提升。教師可以從以下三個環(huán)節(jié)入手,引導(dǎo)學(xué)生開啟項目化學(xué)習(xí)活動。

      5.1 聚焦單元整體,開發(fā)項目資源,擬定項目式學(xué)習(xí)目標(biāo)

      蘇科版物理八年級下冊第七章第2節(jié)“靜電現(xiàn)象”中羅列了自然界中常見的摩擦起電現(xiàn)象、自然界存在的兩種電荷、靜電除塵、靜電防護以及驗電器的使用。拓展課程作為教材的有力補充,可以是圍繞教材開展的多種學(xué)生親身體驗的靜電實驗,每個靜電實驗既要符合教材內(nèi)容編排的邏輯順序,又要拓展應(yīng)用,使每個實驗環(huán)環(huán)相扣,最終用一個創(chuàng)新實驗收尾,對知識點進行提煉與升華。例如,在“靜電與應(yīng)用”拓展課程中,開發(fā)的項目式學(xué)習(xí)目標(biāo)如表1所示。

      擬定了項目式學(xué)習(xí)目標(biāo)后,學(xué)生便能在后續(xù)的項目式學(xué)習(xí)活動中有明確的方向,其學(xué)習(xí)效率自然會提高。

      5.2 設(shè)計問題驅(qū)動,推進項目過程有效實施

      根據(jù)項目化學(xué)習(xí)任務(wù)的開展流程,將“靜電與應(yīng)用”拓展課程的探究知識點分解為相互聯(lián)系的邏輯結(jié)構(gòu)體系。在各個環(huán)節(jié)中,為配合指向項目化學(xué)習(xí)目標(biāo)的核心問題,也可以在每個核心問題中設(shè)置若干子問題,形成邏輯自洽的“問題串”。通過問題引領(lǐng)教學(xué)流程,激發(fā)學(xué)生思維,從而促進學(xué)生掌握知識與技能,具體設(shè)計如表2所示。

      5.3 實施多元評價,檢驗項目成果

      評價不僅是項目化學(xué)習(xí)的終點,也是起點。只有好的評價,才能做到有的放矢,有效達成項目式學(xué)習(xí)的目標(biāo),并幫助教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)的深度與廣度。因此,需要設(shè)計合理的評價標(biāo)準對每個任務(wù)進行評估。教師可以針對項目式學(xué)習(xí)的具體流程,設(shè)計多個量化評價表,全方位地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。以制作靜電發(fā)動機為例,具體設(shè)計如表3表示。

      將項目式學(xué)習(xí)策略應(yīng)用到初中物理拓展教學(xué)中,可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性,拓寬學(xué)生的視野,促進學(xué)生的思維朝著更加具有層次性、邏輯性、開放性與深刻性發(fā)展,學(xué)生在拓展活動中增強了學(xué)習(xí)的主動性,自身的科學(xué)素養(yǎng)也得到了極大的提升。

      參考文獻

      [1]朱紅.初中物理教學(xué)中的項目開發(fā)與實踐—以“光學(xué)與應(yīng)用”的拓展教學(xué)為例[J].中學(xué)物理,2020,38(12):15-17.

      [2]李安發(fā).基于項目式學(xué)習(xí)的初中物理復(fù)習(xí)策略研究—以“自制桿秤”項目為例[J].物理通報,2024(2):61-64.

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