指向核心概念與關鍵能力的實驗整合式教學

李進

摘 要：物理教學以實驗為主，實驗的分解與整合是必要的教學策略.然而只分解不整合，教學會偏離核心概念建構與關鍵能力提升的目標.本文先分析實驗整合式教學的重要意義，再介紹物理實驗整合的類型，并以中考復習“電功電熱”教學片段為例，展現物理實驗整合式教學實踐.

關鍵詞：物理教學;核心概念;關鍵能力;實驗整合

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）16-0009-04

基金項目：2019年度南京市教研室重點教學研究課題：“區域推進下的物理實驗整合式教學的實踐研究”（項目編號：2019NJJK13-203）.

作者簡介：李進（1978-），男，江蘇邱州人，本科，中學高級教師，研究方向：物理教學、創新實驗.

核心素養的提出綜述了教學目標中對知識和技能、過程和方法、情感與價值觀等方面的要求，為指向核心概念與關鍵能力的實際教學工作指明行動方向.物理學科的核心素養是指經歷物理學習中形成的有著物理學科特征的思維品質、態度、觀念和探究方法與技能.物理學習的主要形式是物理實驗，只有通過物理實驗才能幫助學生豐富探究過程中的提問、猜想、設計實驗方案等經歷，才能提升學生探知規律，建構知識體系等關鍵能力.然而，在實際教學中筆者發現有些實驗活動存在著過分分解的現象，致使學生學習碎片化，不利于提升學生的物理學科關鍵能力，這正是“物理實驗整合式教學”值得研究的原因.

1 什么是物理實驗整合式教學

物理實驗是因探究問題的證據需要，利用一些專業工具或專門技術對被研究對象或某些現象進行觀察、測量，收集證據或數據，再加以分析，得出結論的過程.從這一定義中可以看出物理實驗具有兩個既矛盾又統一的性質：目的性和實證性.只強調實證忽視目的，會讓物理實驗陷入盲目研究之中，反之只重目的不在乎事實，實驗的可信度大幅度降低.在實驗過程中，根據研究目的盡可能地排除外界影響，突出主要因素，忽略次要因素，這就是實驗分解.雖然實驗分解是有必要的，而且廣泛存在，但是實驗的效能會嚴重降低，甚至喪失重大發現的機會，所以適當地整合實驗十分必要.

整合（Integration）是“集結不同的意見或事物，重新統合，成為新的整體”（來源：辭典修訂版）.物理實驗整合是把幾個“分解實驗”通過有機融合，形成一個教學整體，從而有利于知識與技能、過程與方法等教學目標的達成.整合和分解兩者在物理實驗教學中相輔相成.沒有分解，學生的探究活動會陷入多要素混亂的狀態;沒有整合，學生的探究會變得狹隘偏執，甚至于忽視參與探究活動的本質目的.

物理實驗整合式教學是指教師以提升學生的關鍵能力為目標，努力創設情境，促成學生將教材中有相似性的、有相關性的、一器或一技多用、科學方法相同的幾個實驗聯系在一起，從而簡化教與學的過程，提高課堂教學效率的教學方式.例如，在一根彈性繩下懸掛一個重物的實驗，其實蘊含著多個實驗，有形變程度與外力的關系、重力與質量的關系、重力勢能與彈性勢能的轉化、二力平衡以及力的作用是相互的等等.教學中一定是有側重、有次序地分解研究，最后再加以整合，這才是一個完整的教學過程，才能避免學生只見樹木不見森林.

2 物理實驗整合式教學的類型

2.1 按照知識或技能的進階過程，可分為橫向整合式教學和縱向整合式教學

物理實驗橫向整合式教學不是簡單地將幾個實驗組合，而是依據一個共同目的將實驗要素重構，旨在防止實驗過度分解造成學生形成思維定勢、觀念狹隘或操作技能偏頗.例如在研究壓力的作用效果與哪些因素有關的實驗教學中，蘇科版教材為學生提供多種實驗器材，學生可以自主選擇，這樣可以充分展現壓力在不同物體表面上的作用效果，利于學生觀察、比較，發現規律.在這部分內容的測評中也可以要求學生提供多個實驗方案或評價實驗方案優劣，還可以在測評的實驗試題中涉及多個知識、技能要點.

縱向整合式教學是將分解在知識、技能等進階過程中的不同實驗整合到一起實施教學.例如，蘇科版教材中，在學生學習過二力平衡知識后提出：為什么測量滑動摩擦力大小實驗中要保證彈簧測力計在水平方向上勻速拉動木塊？將探究滑動摩擦力影響因素與二力平衡條件兩個實驗整合，這樣的實驗整合應屬于縱向整合，可以解決分解實驗的諸多弊病.

其實，在蘇科版初中物理教材中，實驗整合是常見且顯現的.許多章末都設計實驗整合的反思問題，這就是物理實驗整合測評與教學的基本樣式.例如在學生學習過二力平衡后，對前一章學習中探究滑動摩擦力大小影響因素實驗進行再次討論.由于篇幅受限，本文不能就各種類型的實驗整合逐一舉例，在教材中這樣的實驗整合實例還有很多，都給予我們很好的啟發，并能為廣大教師的實際教學提供一個新視角.只要把教材中物理實驗整合案例找出來，并加以分類和梳理，都會有所收獲.

物理實驗橫向整合和縱向整合在實際運用中不要刻意分裂，要有側重地互補使用.一般來說，在初學物理階段以及新授課上以橫向整合為主，但有時也需對前面學習過的內容進行縱向整合，在章末復習、期末或中考復習階段，橫向與縱向實驗整合均適用于測評和教學.例如，測量滑動摩擦力的大小時，關于如何保證彈簧測力計能在水平方向上勻速拉動木塊的實驗操作問題，可以將前一節學習重力時的鉛垂線實驗與本實驗整合，通過鉛錘線穩定于豎直方向來判定木塊勻速運動.當然對于為什么要這樣做也是對后續實驗的留白.待到二力平衡實驗后再進行解答.

2.2 按照實驗的要素，可分為器材整合式、技能整合式以及方法整合式

器材整合（一器多用）是指將不同的幾個分解實驗通過共用的實驗器材整合到一起開展教學.例如，彈簧測力計、液體壓強計、天平、斜面與木塊、滑動變阻器等器材都在多個實驗中使用，在測評與教學中，通過以某一器材的妙用為題把幾個實驗整合到一起，達到綜合考查學生和全面育人的目標.在教學中，有教師嘗試過以滑動變阻器的作用為題，將歐姆定律、測量未知電阻的阻值、測量用電器的電功率等實驗整合到一起完成復習教學，取得很好的教學效果.

技能整合（一技多用）是指將幾個不同的分解實驗依據某一技能水平提升或水平測定的需要整合在一起.例如，天平的使用是一項重要的實驗技能，不僅在使用天平測量物體質量的實驗中對這一技能進行強化教學或著力評價，在探究物體的質量與體積的關系、測量物質密度等實驗的教學與測評中都要求進一步提升該技能，把這一技能的測評作為一個中心目標，教師在命制試題時將幾個原本八竿子打不到的實驗整合在一起，可以更加全面地考查學生的知識與技能水平.

另外，技能整合與縱向整合也可以結合起來，即技能縱向整合.在初學物理時，由于學生的知識儲備或測量、數據處理等技能達不到要求，有些實驗采用定性研究.到中考復習時，學生的知識積累或技能提升到一定水平，教師可以變定性研究為定量研究.如壓力的作用效果的影響因素實驗在新授課中是定性實驗，到學習過液體壓強、大氣壓等知識后，對于壓強與面積的關系可以嘗試半定量或定量研究.再如，在測量凸透鏡的焦距時，學生一直困惑于難以得到最小最亮的光斑，學習過電學后，教師可以將這個實驗與利用光敏電阻設計電路的電學實驗整合到一起，供學生實驗研究.

實驗方法整合（一法多用）是依據某一實驗方法按照一定的邏輯關系對幾個不同實驗進行整合或者在一個實驗中盡可能多地涉及到不同的實驗方法.物理實驗中常用的實驗方法有轉換法、控制變量法、理想化法等，學生常常會熟記這些方法的名詞，而對這些實驗方法沒有深度領會.教師在教學中，也可以通過這些實驗整合讓學生更加深入地了解實驗法.例如，理想化法在實驗中應用很廣泛，可是有的學生通過識記，只知道理想化法應用在研究真空不能傳聲和探究阻力對物體運動的影響（牛頓第一定律）實驗中，實際上在初中物理實驗中理想化法是廣泛使用的，如在探究動滑輪的省力作用時，忽略動滑輪的自重、繩重和摩擦也是理想化方法.教學中，可以通過實驗整合幫助學生深度領會該實驗方法.

2.3 其它類型的實驗整合式教學

實驗整合式教學不能狹隘地理解為學科內的實驗組合或重構，可以與勞動教育、信息技術、虛擬沉浸技術、綜合實踐活動以及其它學科整合，衍生出各種實驗整合的類別.當然無論如何整合實驗，都是為了在教學中充分發揮物理學科的育人價值，更加高效地提升學生的關鍵能力和思維品質.

3 物理實驗整合式教學的實例與評析

3.1 物理實驗整合教學的實例

教師如何進行教學設計和實施物理實驗整合式教學呢？為了避免由于實驗過于分解造成知識碎片化以及實驗技能零散的現象，實驗整合式教學把幾個實驗放在一起，讓學生運用歸類、比較、創新等策略重構實驗，達到教學評一體，優化教學目的.以下是由南京師范大學附屬中學仙林學校初中部賈麗老師開設的電學實驗專題復習課，筆者全程參與了本節課的教學設計，并觀察了課堂教學的實施過程.

案例：中考一輪復習“電功和電熱”.

教師：關于“電功與電熱”一章，我們做過哪些實驗？

學生：實驗一，驗證電功與電壓、電流的關系;實驗二，測量小燈泡的電功率;實驗三，探究影響電流熱效應的因素.

教師：如果要從相似性角度進行對比復習，你覺得應該如何對這三個實驗進行分類？

學生：將實驗一和實驗二歸為一類，它們都是規律的探究和驗證，用到相同的研究方法;實驗三歸為另一類，它屬于規律的應用.

學生：也可以按照使用的實驗器材來分類，實驗一和實驗三都使用小燈泡，它們歸為一類;實驗二使用帶電熱絲的裝置，它歸為另一類.

教師：同學們，我們對這些相似的實驗進行分類時，會因分類標準不同，導致結果不同.如果通過列表就可以較為全面地發現它們的異同點，這樣意義更大.你是否能通過比較分析填寫表1.

追問：在實驗一和實驗二這兩個實驗中，小燈泡和帶電熱絲的裝置都是通過能量轉化來間接判斷電功和電熱大小的器材，這兩個器材能否互換，為什么？

學生：可以互換，因為它們都是用電器.

學生：不能互換，因為它們是不同的用電器，工作原理不同.

學生：能用電熱絲裝置替換燈泡做電功實驗，不過沒有燈泡快捷，不能用燈泡替換電熱絲裝置，因為燈泡消耗的電能有一部分轉化為光能，不便收集燈泡通電發熱產生的全部內能.

3.2 物理實驗整合式教學的評析

物理課堂教學有三要素：問題鏈、實驗資源、評價.在本節教學中，執教者能圍繞相關實驗資源，使用問題鏈驅動學生思考問題，并及時評價，收集學生反饋的信息，對幾個近似的實驗加以整合，讓學生通過對比，發現這些實驗的異同點，從而讓學生進一步深入理解實驗設計的意義，以及實驗中的關鍵方法.這就是實驗整合式教學模式的基本架構.在這節教學中，還可以看到物理實驗整合教學的價值所在，是能指向學生的關鍵能力.賈老師在實際授課過程中，不僅運用縱向的知識整合，還通過讓學生實際操作，用多種方法測量小燈泡的額定電功率，將各種實驗技能橫向整合，并布置幾道實驗整合的習題用于課堂學習測評.

這是一輪中考復習，主要是分章節復習，所以受到課堂教學時間的限制不能更廣泛地整合或重構實驗.待到二輪更綜合的專題復習時，教師還可以再將其它實驗跟電學實驗整合到一起.例如，提出問題：電熱絲裝置中使用煤油不用水，你知道為什么嗎？再追問：電功實驗不用燈泡，也不用電熱絲裝置，還可以用什么裝置顯示電流做功的多少？

3.3 物理實驗整合式教學的注意事項

在實驗整合式教學中需要注意幾點：一是理清實驗整合與實驗分解的關系，為了突出關鍵問題，教學離不開實驗的分解，沒有分解實驗，教學無法指向核心概念與關鍵能力，也不可能有后來的實驗整合;二是實驗整合與創新實驗的關系，實驗整合必然需要創新實驗，兩者沒有矛盾，但是創新實驗在深度研究方面要優于實驗整合，實驗整合對學生的能力培養更加全面;三是實驗整合式教學與實驗綜合測評的關系，實際上實驗綜合測評能打破學生的思維定勢，有助于全面測評學生的實驗技能，在實驗整合式教學中也要適當使用實驗綜合測評進行及時評價.

4 結語

在物理實驗整合式教學中，教師不可輕視學生的實際情況以及學生所處的認知能力發展階段.盲目的拓展引申知識或拔高實驗技能要求都會造成學生厭學.“學不會”“不會學”在教學中都不是大問題，都是可以通過“教”解決的，一旦學生“會不學”，那就不好辦了，小火慢燉總比熄火重燃要容易，所以教師在教學中要牢記保護學生的求知欲、興趣以及進取心.也就是說無論如何整合實驗都需要充分了解學生的知識學習水平和能力發展水平，并注意選擇恰當的時間節點.

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（收稿日期：2021-04-25）