“核心素養(yǎng)”視野下的物理創(chuàng)客模式教學(xué)實踐

陳麗玲

【內(nèi)容摘要】基于核心素養(yǎng)的創(chuàng)客教育在高中物理教學(xué)中如何落地？在教學(xué)實踐中探索，根據(jù)物理學(xué)科的特點(diǎn)，以物理概念和科學(xué)思維為核心素養(yǎng)要素，設(shè)計了創(chuàng)客教學(xué)模式：情境啟發(fā)——知識講解——簡單任務(wù)——激發(fā)創(chuàng)新——作品分享——創(chuàng)意評價。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng) 創(chuàng)客教育 教學(xué)模式

核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)要求我們在教學(xué)中不僅要關(guān)注物理知識的傳授，更要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。創(chuàng)客教育是為了解決學(xué)習(xí)者創(chuàng)新能力不足等問題而開設(shè)的一系列綜合課程[1]。因此基于核心素養(yǎng)的創(chuàng)客教育在中學(xué)教育中具有重要意義。

一、創(chuàng)客教育與物理教學(xué)融合

1.創(chuàng)客教育是什么？

目前創(chuàng)客教育并沒有權(quán)威的定義，不同的人持不同的觀點(diǎn)，華東師范大學(xué)祝智庭教授認(rèn)為：“創(chuàng)客教育是一種教育創(chuàng)新現(xiàn)象，它繼承了基于項目的學(xué)習(xí)、在教學(xué)中以學(xué)生為中心的教學(xué)思想，它借助信息技術(shù)，為創(chuàng)新教育開拓一個開放而自由的實踐場。”江蘇師范大學(xué)楊現(xiàn)民博士認(rèn)為：“創(chuàng)客教育是一種新型的教育模式，目的是培養(yǎng)各類創(chuàng)新型人才。”北京景山學(xué)校教師吳俊杰認(rèn)為：“創(chuàng)客教育是一種教育行為，目的在于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力以及創(chuàng)業(yè)所需的基本實踐知識，是教學(xué)活動、創(chuàng)客課程和學(xué)習(xí)環(huán)境的總和。”溫州中學(xué)教師謝作如認(rèn)為：“創(chuàng)客教育是教學(xué)生如何去動手創(chuàng)造的教育活動，并參與開發(fā)了Scratch、Arduino等課程。”

2.創(chuàng)客教育與物理教學(xué)融合的意義

創(chuàng)客推動了社會的進(jìn)步和發(fā)展，對創(chuàng)客的培養(yǎng)應(yīng)從學(xué)校教育抓起。物理是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的重要學(xué)科，如何將創(chuàng)客教育運(yùn)用在物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，應(yīng)是物理教學(xué)的一項重要組成部分。

二、基于“核心素養(yǎng)”的創(chuàng)客模式構(gòu)建

《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中將物理學(xué)科的核心素養(yǎng)界定為：“是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力”，主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面[3]。基于“核心素養(yǎng)”的創(chuàng)客模式構(gòu)建如圖所示：

三、物理創(chuàng)客模式教學(xué)實踐

1.情景啟發(fā)：

生活中的傳感器1：電子秤

如圖，將物體放在電子秤上即可稱出質(zhì)量。

師問：電子秤如何實現(xiàn)這樣的控制？

生猜：（可以自由討論，也可以請學(xué)生回答）

師點(diǎn)撥：當(dāng)我們把重物放在電子秤上，電阻應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，將力信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。

生活中的傳感器2：光控開關(guān)控制電路的通斷

如圖，夜幕降臨，路燈亮起來。

師問：如何實現(xiàn)這樣控制路燈？

生猜：（可以自由討論，也可以請學(xué)生回答）

師點(diǎn)撥：當(dāng)夜幕降臨，光敏電阻感知光照強(qiáng)度的變化，轉(zhuǎn)換成電信號輸出。

師問：請同學(xué)們說說看，你家里，或者在你的生活當(dāng)中，都使用過，或聽說過什么樣的電器中有傳感器？

生討論并交流。

師舉例：

體育中的傳感器3：數(shù)字化哨子

NBA比賽裁判用的數(shù)字化哨子，當(dāng)裁判吹響哨子的同時場上的計時也同時停止。根據(jù)NBA官方透露，這項新科技將為每次哨聲節(jié)約下至少0.1秒的反應(yīng)時間。一場比賽累積下來的時間，足夠一名球員在比賽中完成絕殺了。

師問：數(shù)字化哨子裝了什么呢？

生猜：請學(xué)生回答

體育中的傳感器4：電子起跑器

為了保證比賽的公平性，應(yīng)用電子起跑器可以對各位運(yùn)動員的起跑反應(yīng)時間進(jìn)行監(jiān)測，自動判定是否搶跑。

師問：電子起跑器裝了什么呢？

生猜：請學(xué)生回答

軍事中的傳感器5：智能微塵

師：智能微塵，指具有電腦功能的一種超微型傳感器，它可以探測周圍諸多環(huán)境參數(shù)，能夠收集大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行適當(dāng)計算處理，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，智能微塵可以被大量地裝在子彈或炮彈殼中，在目標(biāo)地點(diǎn)撒落下去，形成嚴(yán)密的監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，敵國的軍事力量和人員、物資的運(yùn)動自然一清二楚。

軍事中的傳感器6：水下傳感器網(wǎng)絡(luò)

師：我國正在浩瀚的太平洋建設(shè)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以用來測量水溫、鹽度、洋流和含氧量，主要用以探測潛艇，加強(qiáng)海軍的能力，捍衛(wèi)我國在南海的主權(quán)。

物理學(xué)家的傳感器7：紅外線傳感器

師：斯蒂芬·威廉·霍金先生，著名物理學(xué)家，非常遺憾在4月14號離開我們。霍金先生在21歲確診患有運(yùn)動神經(jīng)細(xì)胞病，俗稱漸凍癥。到了2008年，霍金的手指已經(jīng)虛弱到按不動確認(rèn)鍵，只剩下右邊臉部肌肉仍然可以活動，所以工作人員又為其開發(fā)了全新“Cheek Switch”紅外線傳感器裝置到霍金的眼鏡之上。該裝置可以用紅外檢測臉頰肌肉活動，當(dāng)霍金面部肌肉收縮時，傳感器就會接收到信號，信號反饋到電腦后，來選定目標(biāo)字母。

演示實驗1：太陽能氣象站

用手指觸摸太陽能氣象站的觸摸屏幕，可顯示溫度，濕度，大氣壓的值。

師問：太陽能氣象站裝了哪些傳感器？

生猜：請學(xué)生回答

演示實驗2：機(jī)器人

遙控器啟動機(jī)器人，隨后切換模式，讓機(jī)器人在桌面自由運(yùn)動。

師問：機(jī)器人在桌面上運(yùn)動有什么特點(diǎn)？

生答：請學(xué)生回答

師點(diǎn)撥：機(jī)器人裝有紅外傳感器，按下紅外遙控器機(jī)器人啟動。機(jī)器人還裝有超聲波傳感器，可以發(fā)射超聲波碰到障礙物會產(chǎn)生顯著反射，形成回波，接收超聲波，經(jīng)過微型處理平臺，機(jī)器人可繞開障礙物。

2.知識詳解

師：綜上展示的圖片和試驗，都用了一種元件，這些元件能夠感受某些信息，通過它能實現(xiàn)電路的自動控制，這種元件有一個專門的名稱：傳感器。

請同學(xué)們閱讀書P92內(nèi)容并歸納出傳感器必須具有的特點(diǎn)：

傳感器是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的裝置，一般包含敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路（可能含輔助電源）。

師：本節(jié)課主要學(xué)習(xí)一種傳感器——溫度傳感器（temperature transducer）是指能感受溫度并且可以將其轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。KSD9700系列產(chǎn)品是一種用雙金屬片作為感溫元件的溫控器。主要有兩種類型，常閉型和常開型。電器正常工作時，雙金屬片處于自由狀態(tài)，觸點(diǎn)處于閉合/斷開狀態(tài)，當(dāng)溫度升高至動作溫度值時，雙金屬元件受熱產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而迅速動作，打開/閉合觸點(diǎn)，切斷/接通電路，從而起到熱保護(hù)作用。當(dāng)溫度降到重定溫度時觸點(diǎn)自動閉合/斷開，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。放在同學(xué)們桌子上是KSD9700常開型，動作溫度值為40攝氏度。即溫度低于40攝氏度，溫控器斷開，溫度高于40攝氏度，溫控器閉合。那么它在我們生活里有什么應(yīng)用呢？

生猜：請學(xué)生回答

3.簡單任務(wù)

師：老師提供了開關(guān)、電阻、干電池、導(dǎo)線、發(fā)光二極管、KSD9700溫控器、蜂鳴器。要求完成火災(zāi)報警器實驗，即溫度升高至40℃，發(fā)光二極管亮，同時蜂鳴器響起報警。請同學(xué)們先設(shè)計好電路圖再進(jìn)行實物連接。

展示學(xué)生設(shè)計的電路圖，師生共同總結(jié)出最佳電路圖，后進(jìn)行實驗。

4.激發(fā)創(chuàng)新

師問：老師發(fā)現(xiàn)平時同學(xué)們?nèi)ワ嬎畽C(jī)裝的是100攝氏度的開水，然后裝到班級，放在桌子上，想等開水稍微涼了再喝。但是很多同學(xué)想起喝水的時候，水已經(jīng)太涼了。同學(xué)們能否設(shè)計利用今天的實驗設(shè)計一個飲水提示器，當(dāng)水溫將至40攝氏度時候，二極管亮，蜂鳴器響起提示大家喝水。請同學(xué)們先設(shè)計電路圖。

展示學(xué)生設(shè)計的電路圖，師生共同總結(jié)出最佳電路圖。后進(jìn)行實驗。

5.作品分享

請學(xué)生展示飲水提示器成品。

6.創(chuàng)意評價

師問：飲水提示器還有哪些你想改進(jìn)的地方？

請學(xué)生回答

師問：你想用傳感器來解決什么問題？

請學(xué)生回答

師：演示手機(jī)里的傳感器，并播放智能家居的視頻，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新，最后布置作業(yè)。

四、教學(xué)反思

教學(xué)模式的建立需要依托一定的教育理論，理論不同教學(xué)流程就不同。基于“核心素養(yǎng)”的物理創(chuàng)客教育模式的構(gòu)建是一個嘗試探索過程，目前已較為成功地應(yīng)用于《傳感器及其應(yīng)用》、《測量水果電池的電動勢和內(nèi)阻》等的教學(xué)案例中。但不可否認(rèn)物理創(chuàng)客教育模式存在一定局限性，還需在實踐中再完善，探索適用于實驗教學(xué)等類型的教學(xué)流程等。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王蔚.面向創(chuàng)客教育的學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建研究[J]江蘇開放大學(xué)學(xué)報，2015，26（4）：55-66.

[2]付玲.基于初中科技實驗室的創(chuàng)客教學(xué)模式構(gòu)建研究[D].河北：河北科技師范學(xué)院， 2017：17.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

（作者單位：福建省寧德第一中學(xué)）