在“綜合實踐”中向物理學科素養深處漫溯
——以“電表的改裝”為例

黃 皓 馬宇澄

(1. 無錫市第一女子中學,江蘇 無錫 214002; 2. 無錫市教育科學研究院,江蘇 無錫 214001)

·教材與教法·

在“綜合實踐”中向物理學科素養深處漫溯
——以“電表的改裝”為例

黃 皓1馬宇澄2

(1. 無錫市第一女子中學,江蘇 無錫 214002; 2. 無錫市教育科學研究院,江蘇 無錫 214001)

物理綜合實踐活動是形成物理觀念,體驗科學探究,歷練科學思維和養成科學態度與責任等多個素養的載體,這些基本素養因實踐而成為物理核心素養,進而成為人受益終生的核心素養的組成部分．物理綜合實踐活動立足學生可持續發展,在綜合性學習與實踐中獲得基本經驗、形成基本思想,提升學生用科學的方式觀察生活現象,提出、分析與解決問題的意識和能力,培育學生的物理學科核心素養．

物理綜合實踐活動;物理核心素養;電表的改裝;基本經驗;基本思想

核心素養的培育,是當下教育研究與實踐的熱點問題．筆者認為,學生各種物理活動的知識、能力,只有成為他們無意識或下意識的行為,才是物理學科素養真正形成的表現．

中學物理綜合實踐活動特別關注物理知識的整體性運用與創造,是一種應用綜合實踐的思想組織物理教學,以提高青年學生的物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任的中學物理教育教學活動．它把物理學科與生活緊密聯系,讓學生以活動小組為單位,在實踐中將知識轉化為能力,在探索活動中獲得基本經驗,形成基本思想;無疑是將學生有意識掌握的知識、技能內化為無意識的物理學科素養的有效途徑．下文就以“電表的改裝”為例對此加以闡述．

1 活動背景分析:選擇適當的活動載體

1.1 教材分析

其一,“電表的改裝”這部分內容在教材上并沒有單獨成節,只是作為串聯、并聯電路的一個應用,以習題的方式呈現．目的是強調歐姆定律的應用,通過對電流表量程的改裝、電流表和電壓表電路模型的建立等內容使串并聯知識得以拓展;著眼點仍然在于串并聯電路的基本規律,以學生自主推導分析為主．其二,電表的使用、電路的設計、誤差分析及電表結構等都是高考實驗考察的重點和難點．所以對電表的改裝,需讓學生從根本上搞清原理和實驗設計思想．

1.2 學情分析

從學生基礎來看,電表的改裝建立在歐姆定律、串并聯電路基礎上,這些知識在初中均已初步學習,在前一節也做過系統的講解,所以學生的理論基礎相對充足,但是對串聯分壓、并聯分流體驗不足,所以應用起來有一定困難,需要執教者有意識的引導．從學生的認知特點來看,高二學生經過一年抽象思維的訓練,已能初步進行深層次的思考,尤其是理科班的學生,一般不再滿足于簡單的聽懂,更希望通過自己的思考和探索獲得知識,提升思維．從以往的教學實踐來看,如果只是按部就班地完成教材上安排的內容,很難達到預期效果,很可能就此陷入“炒冷飯”的泥潭．

通過以上分析,“電表的改裝”的教學目標應該是:通過電表改裝這一實踐活動鞏固相應的基礎知識、獲得切身體驗、提高分析問題解決問題的能力、發展高階思維．因此筆者希望通過一個共5課時的物理綜合實踐活動,讓學生經歷全程的設計和探究,能自主分析、設計、推演電表應用的各種問題,從而促進物理學科核心素養的培育．

2 活動的實施:基本素養因實踐成為核心

核心素養理論本身就是一項與時俱進的工作,它不是以前常說的雙基的重新拆分與組合．在教學實踐中,知識、能力的要求必須與核心素養的要求要結合,才能真正地使“素養”培育落到實處．可以這樣說,只有通過學生真正參與的實踐,物理素養中的基本成分才會成為“活躍因子”,才會內化為核心素養．簡言之,基本素養因實踐成為核心．

在物理綜合實踐活動“電表的改裝”的教學中,學生的實踐包括以下部分:

2.1 用實驗解讀

即活動小組用實驗解讀、理解、掌握相關概念和規律.具體過程見表1.

表1 改裝電表(活動1),1課時

用實驗解讀是在雙基層面的實踐．在這部分活動中,教師放手讓學生自主探究,所有的概念、規律均由學生按照自己對實驗過程理解的深度、廣度,結合自己具體操作時的思維、感覺等認知活動,組合成一個經驗性結論:Ig和Ug都沒變,電表的改裝只不過是串聯分壓及并聯分流而已．從而消除了學生對電表改裝的畏難情緒．

說明:實驗器材有,微安表(Rg=30Ω、Ig=1mA)兩個,電流表(量程3A) 一個,伏特表(量程15V) 一個,ZX21型旋轉式電阻箱一個,滑線變阻器(0～100Ω) 一個,直流穩壓電源(0～15V) 一個,定值電阻若干,開關若干,導線若干．所有器材擺在桌面上,學生按需選擇．下同．

2.2 用實驗探索

即活動小組為了解決由自己、活動小組或教師提出的各種問題,自主設計和完成實驗,并對實驗原理、過程、數據和結論深入分析和理解. 具體過程見表2、表3.

用實驗探索是在基本活動經驗層面的實踐．長期以來,物理學科的知識體系被分成若干個知識點進行教學,從而使所學知識之間相互獨立、彼此分割,其弊端是“教學碎片化、知識片斷化”．由于缺乏完整、合理的知識結構,學生雖有解題能力但創新意識、創新能力偏弱也就不足為奇．

在活動2、3中,學生在實踐過程中將電學的知識體系、思想方法及對物理的情感、態度、價值觀有機整合,將看似復雜的多量程電表和歐姆表問題歸并為最簡單的串并聯電路的基本性質和歐姆定律的綜合應用,進而對電路形成相對全面的認識,形成一個人物理學科素養的有效成分．

2.3 用實驗比較

即活動小組通過實驗比較理論推演和真實情景的差別．具體過程見表4.

表2 多量程電表的改裝(活動2),1課時

表3 表頭改裝成歐姆表(活動3),1課時

表4 改裝電表的校對,1課時

用實驗比較是從基本活動經驗上升到基本思想層面的實踐．物理學科素養是人的一種能力,一種用物理的眼光、用物理的思維分析生活中的現象的能力．電表的標稱誤差或其他參數一直都標在電表上,事實上每個學生都見過,但對其有所關注或有意識地探求其物理意義的學生則很是少見．學生缺乏主動探索未知的欲望,盲目地等待教師給予,這與教師的教學習慣、教學方式是有密切聯系的．

在活動4中,為了不讓學生停留在“模仿操作”層面,筆者把大學電學實驗“改裝電表的校對”引入到高中物理綜合實踐活動中;期望學生在實踐中初步形成問題意識,開始學習用物理的眼光看問題,能從司空見慣的現象中抽象出物理問題,用所學的物理知識、思想方法為自己答疑解惑,從而感受到物理與生活之間的密切聯系．

出人意料的是,盡管筆者只是輕度介入,各活動小組在活動2、3所獲經驗的鼓舞下,順利完成任務．正如杜威先生所說,不斷改進教學方法唯一直接的途徑,就是把學生置于必須思考、促進思考和考驗思考的情境之中．顯然,經過活動4的磨練,學生通過不斷質疑、不斷探索的實踐過程,對電路問題的理解提升到了更高的層次．

2.4 用實驗評價

即活動小組根據自己的實驗實況,作出自評、互評,交流心得、體會,撰寫實驗感想或小論文,用時1課時．

在以往的教學實踐中,有很多學生善于閱讀文本、整理條件,也善于繁復的數學計算,但是缺少對生活現象的觀察、分析,缺少對客觀事物發展、運動的演繹、歸納;因此,即便經過了超量練習,最多不過是會解題而已;如果讓他自己設計一個實驗,立刻不知所措．由此可知,知識和技能不會自覺地上升到經驗和思想層面．

“經驗”通過活動獲得,“思想”則是經驗內化的結果．用實驗評價可幫助學生強化在實踐環節中獲得的經驗,更重要的是它有利于促進學生形成基本思想．評價作為知識、技能增值的活性因子,不僅對雙基的學習有著重要的激勵、維持作用,而且與學生終身學習態度的形成、求真務實精神的完善等息息相關,在學生可持續發展的道路上發揮著實實在在的作用．

3 活動評價: 核心素養在活動中得以培育

3.1 在自主學習中夯實雙基

“雙基”的重要性不言而喻．然而,在高考的“指揮”下,物理課時不斷減少,課堂教學快節奏、高強度已成為常態．部分教師認為細致講解基本概念的來龍去脈實在是效率不高,往往迫不及待地講解例題．由于忽略了知識的演化過程,解題不再是方法掌握后的分析、解決問題,異化為超量重復后的“條件反射”．就此,物理學習逐漸演變成純粹的解題訓練,學生的學習興趣自然無從談起．筆者曾經聽過一些電表改裝的示范課,令人失望的是:學生完成訓練后對于電阻關系的兩個經驗性結論倒是印象深刻,至于這兩個結論是怎么來的則往往表示茫然．這顯然是本末倒置,一旦記憶消退,這塊內容與沒學也相差不多．

在活動1中,執教者有意放慢節奏,用了整整一節課來完成看似15min就可以解決的問題．只聽這一節課,很可能認為執教者沒能夯實基本概念,頗有浪費時間之嫌．筆者以為,現在的慢是為了以后的快,教師的“不教”是為了學生的“不忘”;更重要的是,這樣的教學可以最大限度的保護學生對于物理的學習興趣．實踐表明,活動1結束后,能記得兩個結論的人確實不多,不能推導兩個結論的人確實很少．

3.2 在探索實踐中獲得基本經驗

“雙基”當然重要,但沒有經歷體驗過程的知識,難以轉化為個體品質,所以容易造成了學得快、忘得快,一旦考試結束,死記硬背的知識猶如鍍金那樣剝落殆盡．在活動2、3、4中,通過完成一系列相互關聯、層層遞進的任務,學生發現電路中的各種問題其實都是串并聯電路的基本性質和歐姆定律的綜合應用．此后,無論面對何種電路試題或設計什么電路實驗,學生都有信心去解決它．有學生這樣說,只要搞清電表測量的究竟是什么,問題就解決了．這就是基本活動經驗,這就是帶得走的能力.

這里還要指出,開展綜合實踐活動需要大量時間,期望完全在課內完成可能性不大;如果將實踐活動有意識的分成課前實踐和課上實踐兩部分,不僅加強了可操作性,也兼顧了活動的有效性．對于在課上沒有完成任務的學生,執教者應允許甚至鼓勵他們利用其他時間繼續探索以達成預設目標并保護其積極性．

3.3 在個性化學習中形成基本思想

高二物理“恒定電流”的教學,一般安排12課時．物理綜合實踐活動是典型的個性化學習和人性化學習,遵循“less and more”(似少實精)的原則筆者選擇并重構了教學內容．以3課時常規課為鋪墊,5課時單元綜合實踐活動為核心,4課時的自選實驗課來鞏固、應用已取得的成果;鼓勵學生通過深度學習發展批判性思維、問題解決能力和創造性,實現學習的“素養化”．

懷特海認為,“科學教育的獨特價值應該是,它將思維建立在直接的觀察上”．筆者設計的活動,無論過程還是結果,均滿足在形式上提供“直接觀察”的學習機會,也為每個學生、每個活動小組提供適應其個性化選擇的學習機會,更防止將需要親手操作的實驗異化為可以記憶的程序;在方法論上,把物理學科知識的實踐性、假設性置于首位,讓學生在真實的設計、探究、發現與總結中形成基本思想,有利于培養既有創造能力,又有合作交往能力的高素養個體和群體．

3.4 在綜合評價中發展核心素養

物理綜合實踐活動也是典型的研究性學習與合作性學習,基于鼓勵學生自由表現和持續性、創造性發展的理念,評價并不局限于活動之后,既然活動前的設計、猜想,活動中的試錯、糾錯、調整等都是促進經驗獲得、思想形成的有效途徑,那么它們自然都可以適時評價．綜合評價的內容,可以是一段即興發言,可以是一張設計圖,也可以是一篇小論文或其他個性化、創造性的表達．評價的重點更多的應落實在學生用科學的方式提出、分析和解決問題的意識和能力,從而達成評價的“素養化”．

4 對未來的展望

自2012年起,筆者開始嘗試把部分高中實驗改編成物理綜合實踐活動．在近5年的探索和實踐中,筆者深深地體會到師生一起探討未知的那種謙虛與勇敢．實踐表明,中學物理綜合實踐活動的常態實施是培育青年學生核心素養的重要途徑,它很有可能成為撬動傳統物理課堂教學轉型的一個支點,具有重大的現實意義和深遠的歷史意義．它的力量值得關注!

(謹以本文向胡平先生致敬!)

1 張華.核心素養與我國基礎教育課程改革“再出發”[J]. 華東師范大學學報(教育科學版),2016(01): 7-9.

2 胡平.中學物理實驗教育的文化價值簡論[J].物理教師, 2007(11):36-40.

3 胡平.物理實驗教學中學生思想的形成與深化[J].物理教師, 2013(07):2-7.

4 胡平.物理實驗教學中“教學碎片”的聯結 [J].物理教師,2015(08):5-13.

5 冀蒙,朱文輝.生成性教學:何為與為何——兼對鄭朝予博士的回應[J].當代教育科學,2013(14):41-45.

6 黃皓.綜合實踐活動的教學設計[J].物理教學,2014(05):47-50.

7 黃皓.中學物理綜合實踐活動的興起、發展與實踐[J]. 實驗教學與儀器,2016(02):8-10.

8 黃皓.高中物理綜合實踐活動的探索與實踐[J]. 物理教師,2015(11):33-37.

本文系江蘇省教育科學“十二五”規劃立項課題“中學物理綜合實踐活動的行動研究”(批準號D/2015/02/351/)的階段性成果．

2017-04-12)