基于項目學習的初中物理實驗探究教學

摘 要：隨著課程改革不斷深入，教學重點由三維目標逐步走向核心素養，其中實驗探究是落實物理學科核心素養的重要載體.但實際教學中，我們的探究存在著形式主義嚴重、功利性強、方式單一的問題.基于這些問題，本文從項目學習理論出發，結合具體教學案例，從四個維度闡述實驗探究教學的變革思路，以期對各位同仁有一定借鑒意義.

關鍵詞：項目學習;實驗探究;核心素養;深度思維

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）04-0024-03

作者簡介：李亞子（1990-），男，安徽馬鞍山人，碩士，中學一級教師，研究方向：深度學習在初中物理實驗教學中的探索與實踐.

實驗探究能力是物理學習的必備技能，也是提升核心素養的關鍵能力，由于網絡媒體的高度發展，學生對部分物理實驗早有了解，從而形成了自己的認知.另外，家長為了讓孩子贏在起跑線，提前把孩子送到培訓機構學習，學生對我們要做的實驗早已“一清二楚”.若我們還是按部就班地進行探究，課堂必然會變得死氣沉沉，學生思維難以激活，更無法談核心素養的提升.為了解決上述所說的現狀，我們提出了一種新的學習模式——項目學習.項目學習為我們提供了新思路，以綜合實踐活動的形式進行探究，制定計劃、明確目標、小組合作，將其看作一個具體的“任務”，而非固有的實驗結論[1].在完成任務過程中，學會利用已有的知識儲備，尋求新的理論依據，反思已有的認知結構，如此，核心素養的提升便會水到渠成.

1 設計一個元件，銜接不同知識模塊

蘇科版“歐姆定律應用”一節有兩個教學任務，伏安法測電阻和運用歐姆定律進行簡單計算，兩部分內容聯系不大，我們一般的教學大多停留在理論講解層面，然而接下來在做題中“應用”歐姆定律.實際上在前期學習的基礎上，這節內容對學生來說沒什么難度，我們不妨調換教學順序.

教材例題：已知電源電壓為6V，小燈泡上標有“4.8V 0.3A”字樣，為了使小燈泡正常發光，需要在電路中串聯多大的電阻？

由小燈泡規格可算出其阻值為16Ω，再由串聯分壓知識計算得知需串聯一個4Ω的電阻，教材中到這里結束了，筆者認為例題設計的目的更傾向于應試，浮于表面.此時可順勢拋出問題：我們能否自制一個阻值為4Ω的電阻器呢？提供給學生一卷鎳鉻合金電阻絲和相關參數，見表1.學生以小組的形式分工合作，首先對照參數表計算出需要的電阻絲長度，再用刻度尺進行測量、截取、纏繞，在加工制作過程中學生的動手能力得以鍛煉，合作意識逐步提升.這時再拋出下一個問題：如何驗證我們制作的電阻器是否符合要求呢？自然過渡到伏安法測電阻，利用歐姆定律的變形公式R=UI，只要測出電阻器兩端的電壓和通過的電流，就可以計算出電阻大小.根據需要測量的物理量選擇實驗器材：直流電源、電流表、電壓表、開關、待測電阻，由于需多次實驗，還需一個滑動變阻器.通過簡單分析，可畫出實驗電路圖（如圖1所示），

并設計實驗表格（見表2）.此實驗操作難度不大，可快速測出電阻值大小.這時拋出第三個問題：對比伏安法測量的結果和前面刻度尺測量的結果，偏大還是偏小，原因可能有哪些，請思考并討論，學生的思維逐步走向高階，深度學習得以實現.通過自制電阻器，調整教學流程，將原本兩個獨立的知識模塊緊密聯系在一起，也使歐姆定律的應用由理論走向實踐.

2 跳出時空局限，探究緊密貼近生活

蘇科版教材在物態變化結束后安排了電冰箱溫度分布探究，這是學生自主探究很好的素材.我們傳統的實驗探究一般是在學校進行，但考慮到電冰箱溫度的分布探究耗時長、器材不易搬運等因素，更適合學生就近以小組的形式在家完成，也體現了“從生活走向物理、從物理走向生活”的課程理念.學生對電冰箱溫度情況十分熟悉，在此基礎上，重點探究冷藏室不同位置的溫度分布和不同液體的冷凍情況，小組分工合作，以視頻的形式記錄主要實驗過程并在班級展示交流.

2.1 電冰箱冷藏室溫度分布

物態變化一章介紹了溫度計的使用方法，這是學生第一次接觸測量工具，也是學習其他測量儀器的基礎，學生在探究過程中可熟悉溫度計的使用方法.居住同一小區的同學組成探究小組，準備六根溫度計放置在冰箱冷藏室的不同位置，分別為上、中、下層的近門和近后壁處（如圖2所示），10min后取出并記錄數據.小組代表在課堂上向大家匯報實驗流程，探討實驗遇到的問題，分享實驗成果，見表3.通過小組合作，設計實驗、優化方案，其意義遠大于知識本身，核心素養在實踐中落地生根.

2.2 不同液體冰箱冷凍情況對比

家中冰箱冷凍室經常結了厚厚一層冰，嚴重影響制冷效果，且清理起來十分麻煩，我們可放入一杯白酒，酒中加入少許鹽，可有效預防冷凍室結冰，由此推測不同液體的冷凍情況不同.小組同學探究了水、酒精、糖水、不同濃度鹽水的凝固情況，并重點對不同濃度鹽水的凝固點進行了深入探究，

如圖3所示.當從冰箱取出冷凍后的液體時，發現除酒精仍是液態，其余均變為固態，待其慢慢熔化，當出現固液共存態時測量溫度得到其凝固點，通過查閱資料得知酒精凝固點，整理數據見表4.其中不同濃度鹽水凝固點的區別可幫助我們解釋冰凍天氣路面撒鹽的原因，這比我們苦口婆心地解釋更有說服力且更加高效，也極大地激勵了學生的探究興趣.

3 優化實驗器材 培養學生動手能力

3.1 改進覆杯實驗道具

大氣壓強一節由各個實驗串聯構成，學生在實驗中感受大氣壓的存在，其中覆杯實驗是非常經典的實驗，具有器材簡易、便于操作、可視性強的特點.但筆者在一次班級演示時，學生提出杯口紙片未掉落可能是被水黏住了，是由于分子引力的緣故.其他同學也開始議論紛紛，認為確實有這個可能，筆者就此讓學生討論可否改進實驗，排除分子引力這個干擾因素.同學們提出了很多想法，最終我們選擇在杯底開一個小孔，用手封住，按照正常實驗步驟操作，當紙片被大氣壓托住時，輕輕移開手指，水瞬間流了下來，如圖4所示.前后現象對比鮮明，大氣壓的存在更具說服力.

3.2 改裝溫度計探究氣壓與海拔關系

教材中關于大氣壓與海拔的關系僅用了一段文字描述：“研究表明，大氣壓與海拔高度之間有一定的關系.離海平面越高的地方，大氣越稀薄，大氣壓越小[2].”學生對此僅停留在機械記憶層面，難以內化形成自己的知識體系.我們可從自制溫度計中尋找靈感自制一個“氣壓計”，將圓柱形玻璃瓶換成錐形瓶，瓶內注入適量紅墨水，插入玻璃管，如圖5所示.我們用此“氣壓計”研究氣壓與海拔關系.

在一樓標記玻璃管中液面位置A，乘坐電梯到30樓，隨著樓層越來越高，玻璃管中液面也越來越高，當電梯停在30樓穩定下來，在玻璃管中液面處做標記B.由前后液面位置的變化，大氣壓隨高度升高逐漸降低這一規律自然就得出了，教師不用再費盡口舌反復講解[3].另外，將氣壓計放在教室還可以觀察氣壓的變化，如蘇州進入梅雨季節，空氣潮濕悶熱，玻璃管中液面會略有上升.指導學生制作氣壓計時應關注兩個細節，玻璃管內徑要小，另外玻璃管穿入瓶蓋處要用凡士林密封，以防漏氣.

4 開展探究評價 注重深度思維訓練

很多家長為了讓孩子“快人一步”，提前把孩子送到輔導機構學習，在輔導機構通過大量的練習，學生對我們要探究的實驗“了如指掌”.但是輔導機構的教學僅是為了應試而教，學生被動接受，機械做題，核心素養得不到任何提升.如若我們無視學生已有的知識儲備，依照教材照本宣科式的探究，學生的興趣難以激發，意義不大.不妨利用學生已掌握的知識對教材中的實驗展開評價，這也是新課程標準下中考命題的改革方向，可培養學生的深度思維.

探究浮力大小的影響因素是初中物理非常重要的實驗，就實驗猜想環節，學生有很多意想不到的回答.但近幾年筆者發現學生的猜想很符合老師的“口味”，沒有“亂七八糟”的答案，為此我們的探究也是“順風順水”，顯然這種探究是浮光掠影式的，毫無意義.蘇科版教材中對浮力影響因素探究過程如圖6所示，一般的教學思路分為兩步，由（a）（b）（c）圖分析得出V排對F浮的影響，由（a）（c）（d）圖得出ρ液對F浮的影響，最后給出阿基米德原理，公式表達為：F浮=G排液=ρ液V排g.筆者認為這種探究是為了迎合已有的結論而開展的，忽略了真實的生活體驗.例如在生活中由游泳池的淺水區走向深水區時，感覺浮力明顯變大，由此可以猜想深度對浮力有影響，但教材中對此沒有提及，是我們的猜想有錯還是教材編寫有誤呢？可讓學生就此展開討論.

相比實驗探究，評價實驗沒有固定答案，思維含量較高，我們要鼓勵學生從感性認知出發，敢于質疑，敢于提出不同的見解.2018年和2020年蘇州中考均對影響浮力因素中的深度展開討論，說明新課程標準下實驗探究更傾向于真實的實驗過程，解決真實的實驗問題.實際上，在物體未完全浸沒液體中時，深度對F浮有影響，完全浸沒后深度對F浮無影響.為了影響因素的前后一致性，我們把深度這一因素轉化為V排，以便物理規律的概括.

除此之外，習題中考查的實驗探究也是很好的評價資源，如“水的沸騰”是中考必考實驗之一，與生活密切相關.經筆者查閱，大部分考題給出的水沸騰時溫度隨時間變化圖像大致為圖7所示.為節省實驗時間，取初溫90度的水加熱，由于氣壓或水有雜質的原因，沸點低于100度，看似很符合生活實際，實際上是有問題的.若我們自己動手實驗會發現剛開始加熱時水溫升高速率較小，然后變大，當接近沸騰時，速率又變小.筆者在初三復習課時就此讓學生走進實驗室，帶著問題又做了一次實驗，同學們經過觀察、體驗、討論，可以找出圖像問題的所在.剛開始加熱石棉網是冷的，要吸收熱量，因此水溫升高較慢，待到接近沸騰時，水與外界熱傳遞加快，溫度升高又變得緩慢.學生發現題目問題的那種成就感遠遠是做對一道題不能比擬的，在這個過程中批判質疑的能力得到鍛煉，深度思維自然生成.

5 結語

實驗探究是物理學習的內核所在，是培養學生發現問題、解決問題、落實核心素養的有效途徑.但反觀自照我們的課堂，出現探究逐步流于形式、結論重于過程、題海解決一切的現象，如此培養出來的學生日后可以做什么，作為一線教師需要反思.筆者從項目學習出發，結合自身教學案列談了一些想法，希望有更多同仁參與進來，多思考勤實踐.

參考文獻：

[1]楊勇誠.項目引領下的物理深度學習策略[J].中學物理教學參考2018，47（11）：1-4.

[2]劉炳昇，李容.義務教育教科書物理（八年級下冊）[M].南京：江蘇科學技術出版社，2012.

[3]譚振興.基于學習進階的“大氣壓強”實驗教學探討——以“大氣壓強”教學為例[J].湖南中學物理，2020，36（04）：4-6.

（收稿日期：2020-10-20）