基于關鍵能力提升的初中物理綜合實踐活動創新設計
——以“測量工具的制作與使用”為例

莊益君 季衛新

(1. 江陰初級中學，江蘇 江陰 214431；2. 南京市雨花臺區教師發展中心，江蘇 南京 210012)

1 關聯：初中物理關鍵能力與綜合實踐活動關系分析

《義務教育物理課程標準》(2011年版)的課程基本理念：提高全體學生的科學素養；從生活走向物理，從物理走向社會；提倡教學方式多樣化，注重科學探究等，隱含了初中生物理學習應達成的必備品質和關鍵能力.《江蘇省義務教育學科核心素養與關鍵能力框架(試行) 》的物理學科能力表現框架由三個能力維度構成：學習理解、應用實踐、遷移創新.可見關鍵能力的提升成為了初中物理教學的共識.其中：

概括理解指學生在學習物理知識的過程中表現出來的能力，包括“觀察與建?！?、“概括與推理”和“辨析與梳理”等能力.

實踐應用指在應用物理知識解釋自然現象和解決實際問題過程中表現出來的能力，包括“分析與解釋”、“思想與方法”和“反思與評價”等能力.

求實創新指學生在學習與問題解決中要有證據意識，能夠合理地進行知識遷移以期有新的思考和發現，具有質疑和實證、知識遷移的能力，包括“求實與質疑”和“遷移與創新”等能力.

蘇科版初中物理教材安排了“綜合實踐活動”的教學內容，是一種全新的課程形態，它既不是單純的學科課外活動，也不是純粹的實驗課程，它是直接以“整合”和“實踐”為其基本特征的一個典范，是從學生的真實生活和發展需要出發，從生活情境中發現問題，轉化為活動主題，通過探究、制作、體驗等方式，培養學生綜合素質的實踐性課程.

物理綜合實踐活動注重引導學生聯系生活實際,運用知識自主發現和解決問題,走進自然、社會和生活,豐富實踐經驗,轉變學習方式,全面發展綜合素質.通過對物理綜合實踐活動創新設計，可以提升初中物理核心素養中的概括理解、實踐應用、求實創新的關鍵能力.

2 例談：關鍵能力視域下初中物理綜合實踐活動的設計

物理綜合實踐活動的創新設計尊重單元設計理念，按照日本學者佐藤提出的 “主題—探究—表達”方法進行設計.其具體設計步驟如圖1所示.采用該方式來設計單元教學就可以讓學生梳理單元內容確定主題，搜集各類信息設計方案，合作探究參與實踐，評價質疑作品，求實創新.

圖1 單元設計流程圖

下面以“測量工具的制作與使用”案例教學設計為例，談談關鍵能力視域下綜合實踐活動的實施方法： (1) 單元設計，制定方案；(2) 合作探究，作品呈現；(3) 課堂展講，質疑創新.這樣的綜合實踐活動旨在培養學生的物理核心素養，提升初中物理核心素養中的概括理解、實踐應用、求實創新的關鍵能力

2.1 單元設計，培養概括理解能力

初二力學可分為知識技能和實驗探究兩個部分；力學部分的綜合實踐活動設計可以找出兩大板塊的聯結點，再確定主題.我們采取學生自擬課題上報的方法,充分發揮學生的主觀能動性.收集了每組學生的課題后，發現好幾個組都提到了測量工具的自制、使用、改進，于是尊重學生的原生態想法，提出“儀器嘉年華”這樣一個時尚的活動主題.該主題將貌似獨立的儀器(如天平、量筒、水平儀、彈簧測力計、密度計)進行整合，把儀器自制的過程與測量原理的學習方法相結合,形成一個相對完整的系統.自制儀器的過程不僅要對被測物理量進行深入理解,還必須要了解其測量原理、制作方法、使用注意事項.通過基本測量儀器制作與測量實踐的整合，達到加深理解物理概念的內涵與外延，比較知識間的差異和聯系，形成新的知識結構，提升學生理解能力.

以“密度計制作”為例，圍繞實驗器材制作,我們提出了以下問題： (1) 如何使細管豎直漂浮于水中； (2) 如何在密度計上標出刻度； (3) 如何檢驗刻度的誤差； (4) 如何用自制的密度計測量可樂、食油、醬油等液體的密度； (5) 如何使測量的結果更精確.其中問題(1)的解決，需要學生對密度計的原理進行深入理解；問題(2)、(3)、(4)的解決，必須在合作探究過程中完成,培養了學生的實踐應用能力；問題(5)的解決，有賴于對實踐活動過程與結果的反思,在評價質疑作品的問題中，求實創新，形成思考、批判、創新能力.

具體而言,密度計是根據漂浮原理制作的，浮力的大小等于重力大小，所以選擇比被測液體密度小的物體才能實現漂浮.從簡單的概念理解上看，漂浮原理能解釋密度計的制作原理，然而通過實踐活動操作后，發現密度計是會浮在水面，但易倒靠杯沿上.所以密度計的制作原理應完善為豎直漂浮在被測液體.這種原理理解與操作實踐的沖突，引發學生進一步思考.

在實踐中有3組學生分組實驗設計的密度計選材如下：

圖2 甲組：木棒、石蠟、螺釘 圖3 乙組：鉛筆、鐵絲 圖4 丙組：吸管、鐵絲

2.2 合作探究,培養實踐應用能力

實踐應用指在應用物理知識解釋自然現象和解決實際問題過程中表現出來的能力.在問題情境中構建出物理模型，能應用物理知識對物理現象和實際問題進行合理解釋；科學選擇如控制變量、轉換等思想方法解決問題；靈活應用數理思維方法,能應用圖像、方程等數學方法解決問題.在密度計制作與測量的綜合實踐活動中，合作探究是課題重要的實施過程.本操作環節是學生課外合作完成的，從主題的確立，作品的制作，作品的功能測試，都是學生在不斷論證、處理數據信息、合作探究完成的.在設計實驗作品的開始，就已改變教師過度控制的格局， 給足學生的空間，不受教材中思路的束縛，不受實驗器材的限制，期望學生的設計有所創新.

在密度計刻度標定的探究過程中，小組要完成以下問題的突破：如何在密度計上標出刻度？如何檢驗刻度的誤差？對初中生而言，與以往用已有標度的儀器進行測量相比，是一種逆向思維，難度較大.

圖5 液體密度與密度計浸入深度關系圖

甲組同學：借鑒彈簧測力計的制作方法.想通過多種已知密度的液體，用圖2所示的密度計分別測標出各密度的刻度，制成簡易密度計，但事與愿違，在用食用油測試時，密度計觸底.于是，小組同學開始尋找問題，研究對策.從原理入手，F浮=G物可以減少自重實現再次漂浮.通過公式ρ液gSh=G物可知，增加浮力，可以將裝油的容器換成形同量筒狀的容器，增加浸入的深度.隨之，他們有更深入的發現，對于確定的密度計，ρ液h的乘積是個定值，于是他們借助多個測量數據，畫出圖5，進行分析：

(1)ρ液和h成反比；

(2) 只需測出此密度計在水中的深度，就可根據ρ液h液=ρH水,標出其他位置的密度值.

圖6 液體密度與密度計浸入深度關系圖

同組同學將圖像進行重新找點，繪制成圖像6，又發現：

(1) 浸入的深度越深，密度越小，于是就得出密度計的刻度“上小下大”.

(2) 橫坐標增加相同的深度，縱坐標對應的密度減小的越少，即“上疏下密”.

甲組同學通過實踐操作，合作探究，小組分析，在數理分析的基礎上,使密度計原理和測量過程中的問題層層深入，實現了學習理解和實踐應用的新境界.

乙組同學：根據阿基米德原理有ρ水gSH=ρ液gSh，因此h=ρ水H/ρ液，思維層次已經得到提升，利用被測液體與水的密度之比=浸入水中和被測液體的深度之比，來標定各刻度線.乙組的實驗數據有明顯偏差.小組成員再認真閱讀教材后，發現選擇削成此形狀的鉛筆違背了實驗原理，因為不是柱體，V=Sh，不成立，這種標定刻度的方法不正確.

2.3 評價質疑，培養求實創新能力

求實創新指學生在學習與問題解決中要有證據意識，能夠合理地進行知識遷移以期有新的思考和發現，具有質疑和實證、知識遷移的能力，包括“求實 與質疑”和“遷移與創新”等能力.具體而言，要能有依據地得出結論，對現有的結論有求證意識，敢于發表自己的見解.

綜合實踐活動成果展示最精彩的部分就是課堂展演，這也是最能發展學生表達能力、批判質疑、遷移創新能力的機會.為了提高課堂展演的可操作性.本階段分兩個環節進行，第一個環節進行作品評價，第二環節進行作品展講.由于每個主題至少都有兩個或以上組制作，同主題的兩組可以進行PK，如果第一環節作品PK后，被淘汰的組可以在第二環節作品展講過程中，對對方展講部分進行質疑，同樣可以獲得積分，評價表設計為表1所示.

如“密度計制作和使用”主題的3組同學，在展講環節有如下表現，某組因作品制作時選擇的原理有問題，所以作品評選環節得分不高，于是就從質疑、評價、提出優化建議的角度獲得積分.

有的同學從選材方面提出觀點：用木棒做密度計的主材易浸水后膨脹，鉛絲纏繞后改變自重較麻煩，且改變了柱形的外表要求，不合適.于是提出用柱形塑料管，內部用石蠟封裝一些小鐵釘.

表1 項目評價表

有的學生對配重要求提出觀點，為了兼顧量程和分度值，要根據ρ水gSH=G物,和h液1-h液2=G物SG(1/ρ液1-1/ρ液2)，進行計算，確保能測量常見液體的密度.

這樣的綜合實踐活動評價注重形成性評價和綜合性評價的結合，關注了評價主體的多元性,盡可能挖掘學生的進步空間，培養學生善于提出問題，巧妙建模；合作學習，自主探究；善于表達，批判質疑的創新精神，都涵育著核心素養的關鍵能力的培養.

3 總結：初中物理綜合實踐能夠提升關鍵能力

綜合實踐活動對關鍵能力的提升有著不可估量的作用.雖然短時間內，部分教師對綜合實踐活動的重視程度不夠，實驗器材還不足.但從培養學生全面發展的長遠角度，綜合實踐活動這個利器，必定能培養學生核心素養的關鍵能力.