生活化的項目式實驗教學思考與實踐

數字化實驗在物理學科教學中有重要地位和作用。融合項目式教學與生活化實驗理念，開展數字化物理教學是落實物理核心素養、優化教學方式的有益嘗試。筆者在“透鏡”知識講授過程中，創新應用生活中的實驗器材，以學生為中心，整合光路真實立體傳播的情境，引導學生觀察光線的實際效果，感受變焦透鏡的真實作用，激發學生學習熱情，讓學生在經歷導入、設計、實施、展評等學習過程后，真正理解透鏡對光的作用，同時了解光的傳播真實狀況，達成構建知識、能力與思維深度融合的教學目標^[1]。

一、項目式與生活化教學助力數字化物理實驗

教師設計生活化情境，讓學生自選或自制實驗器材，參與項目活動，主動實踐、探究、思考，可培養學生實踐能力，提高學生邏輯思維能力，創新物理實驗教學。通過數字化的信息技術等媒介途徑，將物理實驗的典型視頻案例整合在自建的公益性公眾號（物理生活化小實驗）等自媒體平臺供師師切磋、師生探討。

（一）通過項目式教學引導學生主動探究

科學合理設計項目任務是開展項目式教學的關鍵。教師需要科學設計各項目任務，既要保證所有小組的終極目標一致，又要體現不同小組獨立的空間能力表征。教師要讓學生在實踐中體驗成功的喜悅和幸福，也要讓學生體驗未完成任務的挫敗。學生主動探究的行為發生在真實情境中，在物理實驗過程中遭遇失敗是正常的甚至是必然的。教師要引導學生學會從失敗中尋找問題，從問題入手學會思考，優化方案，用改進后的方案再次嘗試。在項目式學習中，學生主動探究、操作實驗，不僅能嚴謹研習物理知識，深入探求科學方法，還能堅持對相關問題窮原竟委。在講“透鏡”對光的作用時，教師不能單純抽象光線，簡單利用常規的數字化教學軟件畫圖和演示了之，因為這不能代表穿透鏡而過的所有光線，描述光的徑跡和方向必須嚴謹。教師在教學中經常使用激光筆指示課件中的目標。激光筆就是實驗的優質工具。筆者用螺旋式激光筆形成光柱，以實物和數字化視頻等多角度展示，力求還原光的真實傳播情況，展示物理教學的真實場景，引領學生探究與實踐。

（二）生活化教學創新并指向深度學習

教學與生活緊密相關是物理學科的特點。在“從生活走向物理，從物理走向社會”的背景下，創新應用生活中的器材，讓學生對物理知識深度思考，形成物理思維，培養物理學科核心素養。深度學習是對學習狀態的概括，涉及學習投入度、思維層次度和認知體驗度^[2]，倡導審辯性思考和對真實問題的真正解決，屬提升思維的實踐探究性學習。深度教學與深度學習相輔相成，學生的深度學習目標是由教師的深度教學目標來導向，深度教學的效果將直接影響學生深度學習質量。對物理實驗進行生活化創新，輔以數字化平臺分享展現，開展深度教學并指引學生深度學習，能使學生深入物理學科本質進行思考，融合、遷移多學科的知識，最終提升核心素養。人們在生活中很容易發現光柱，比如晚上汽車大燈照射或是手電筒都可以產生光柱。但只有在散射的狀態下光柱才會清晰呈現，普通光線亮度不夠難以引起學生注意，不太適宜觀察。教師如果只根據教材內容進行講授或播放視頻，學生很難有真切的感知。教師可將兩個指尖陀螺（三孔）去掉軸承作為支架，裝入綠色強光激光筆，組成光的三棱柱，用螺絲桿固定中間第四個軸承控制旋轉，生成光柱。這樣，學生可對問題深度思考、學習，教師可投入精力深度教學。

（三）亟待建構“知識能力思維素養”閉環

物理課堂是落實物理核心素養的主陣地，知識是提升學生能力和思維的重要載體。教師借助復雜抽象的物理情境，通過創新生活化模式的數字化物理實驗，設計任務開展項目式學習活動，建構“知識能力思維素養”體系，既讓學生掌握必要的知識，又讓學生提高思維能力。以“透鏡”為例，筆者從知識設計、能力培養、思維進階、素養提升四個方面著手，建立適合中學生的物理學習體系：一是通過透鏡生成奇異的效果，激發學生興趣;二是針對凸透鏡和凹透鏡對光的作用展開分組實驗，引導學生因地制宜在生活中自選或自制實驗器材，改進強光綠色激光筆（加磁鐵可吸附黑板上展示，加玻璃柱使得光路在黑板面上呈現清晰高亮度光線痕跡）;三是利用自制的光柱演示裝置，呈現光在透鏡中傳播的真實情況;四是與學生一起動手制作水透鏡，深入分析透鏡對光的作用，觀察透鏡變焦帶來的效果，培養學生動手能力。

二、創新生活化實驗教學，優化物理核心素養培養路徑

筆者針對學生的認知特點，利用物理實驗的優勢，緊密聯系生活實際，創新原有實驗，與學生共同探究透鏡知識。教學過程中，筆者發揮一體機和平板互聯的數字化展示優勢，注重對學生實驗能力的培養、動手能力的鍛煉、思維能力的提高，引導學生主動探究、思考、實踐，培養他們的思維能力和解決問題能力。師生一起整合教學資源：自制光路演示器、自制磁吸式綠激光筆（3支強光）、磁吸式大凸凹透鏡（2組）、磁吸平行激光凹凸透鏡和（24組）、自制坐標紙、普通凸透鏡和凹透鏡（24組）、一次性手套（50只）、自制水透鏡（透明1組、普通4組）、直尺、記號筆（三色）。

（一）優化內容設計，尊重“物理觀念”

教師以“新奇異”的小實驗導入新課，分別從新、奇、異三方面進行教學，通過數字化一體機互聯平板電腦來及時展示演示效果：（1）用PPT展示日常生活中的透鏡（圖片）;（2）使四組凸透鏡在特殊位置（光錐外）實現隱身，讓學生通過視頻觀看改變光路后的變化;（3）將凸透鏡從“背對背”改為“面對面”，為學生呈現實驗效果。教師必須重視生活化實驗的創新，引導學生通過三個維度切入，從生活常見的事物或現象出發，逐漸過渡到新、奇、異，抓住學生興趣點，引入本節課要講的透鏡。教師用PPT上的結構wv6gEs82hXm8aoLqsJq+vg==圓形圖來展示透鏡的基本結構，學生也能夠理解，但沒有同時進行透鏡的觸摸與觀察，那樣令人印象深刻。只要條件允許，教師一定要讓學生動手感受透鏡的樣式，戴一次性手套，觸摸、辨別凸透鏡與凹透鏡。學生有了真實的生活化實驗感受能更加明辨凹透鏡與凸透鏡的區別。

（二）通過能力培養提升“科學思維”

教師與學生一起制作了光錐的生活化實驗器材，展示了凸透鏡和凹透鏡對光的作用。師生整合生活中的資源和器材，將指尖陀螺周圍的三個軸承去掉，裝入三支綠光強激光筆，用螺絲桿做主軸，固定中間的軸承，使其能自由旋轉，并將這三個組裝后的綠色強光激光筆通過焊接的支架固定在光具座上，自制光路演示器（如圖1）。實驗者向箱體中通入煙霧——散射使得光路清晰可見，效果非常明顯。

教師安排學生分組探究凸透鏡和凹透鏡對光的作用，改進原有激光筆器材，優化傳統物理光路實驗。然而，用實驗室里的普通激光筆做實驗效果不夠明顯：亮度不夠，光路不夠集中，無法在平面上呈線狀。為解決這一問題，學生展開討論，利用實驗室器材中的激光筆，通過熱熔膠槍，將廢棄的小玻璃柱粘到綠色強光激光筆前方，進行調試，最終呈現非常亮的光線;同時在激光筆上加上強磁鐵，使其吸附到黑板上，效果非常明顯。學生分組實驗，使用上述自制實驗器材，不易受時間空間等因素的限制和影響。學生動手實驗，親身經歷解決問題的過程，提升了自身能力，培養了核心素養。

（三）思維進階中重視“實驗探究”

給學生留白，讓學生有充足的時間進行思考、討論。如圖2所示，教師引導學生分析凸透鏡和凹透鏡對光的三條特殊光線。通過數字化平臺展示分組實驗，學生得出結論：（1）平行于主光軸的光線經凸透鏡折射后，將會聚到焦點處;經過焦點的光線經凸透鏡折射后，會平行于主光軸;過光心后方向不變仍沿直線傳播;（2）平行于主光軸的光線經凹透鏡折射后則發散，但其反向延長線過同側虛焦點;朝向異側虛焦點方向傳播的光線經凹透鏡折射后平行于主光軸;過光心后方向不變仍沿直線傳播。三條特殊光線看似簡單，實則非常抽象，學生理解起來比較困難。教師開展生活化實驗，讓學生感受光的傳播情況，明確這三條線的具體偏折情況，將比較抽象的事實轉化為可觀察的實景。學生思維進一步深化是實驗探究在更高維度上的發展。

教師講解光學中會聚和發散的含義。折射后的光線相對于原來入射光線的方向靠近了主光軸，叫會聚。折射后的光線相對于入射光線遠離了主光軸，叫發散。教師引導學生開展項目活動，猜線框內是何種透鏡。判斷光是會聚或發散，關鍵要對比入射光線和折射光線偏離方向，看是遠離還是靠近主光軸。視覺上看起來靠近了的光路，不代表是會聚的凸透鏡所致;視覺上看起來發散了的光路，也不代表是發散的凹透鏡所致，關鍵要看對比后的效果。如此才能讓學生重視實驗探究，明確原理所在，同時提升學生思維能力。

（四）項目活動關聯“科學態度與責任”

物理實驗過程中學生需要深度參與項目活動。教師通過測量凸透鏡的焦距變化，用光路尋找、記錄透鏡的焦點，根據光心的位置，用刻度值測量焦距。學生同樣記錄并測量實驗桌上的透鏡，項目活動中三組透鏡焦距各不相同，學生通過對比教師測量的焦距，并針對不同焦距的透鏡進行觀察和觸摸感受。教師啟發學生對問題進行思考，探究凸透鏡的焦距與凸透鏡厚度的關系。學生易于察覺到凸透鏡越厚的焦距越小，折光能力越強，反之，凸透鏡越薄，焦距越大，折光能力越弱。基于這樣的認知，學生再次開展項目活動，自制水透鏡（變焦）。教師組織活動，演示水透鏡的變焦效果，讓學生通過水透鏡觀看課本上的文字，體驗變焦效果。教師把學生的關注點引到課堂伊始提到的礦泉水瓶。礦泉水瓶就如同一個凸透鏡，隨便亂扔會引發火災。教師借此讓學生關注環境保護、消防安全，關聯物理核心素養中的科學態度與責任。

三、創新理念優化物理實驗課堂教學

朱永新教授認為，理想課堂須有境界，側重于從教師的教學過程反思課堂，從學生的學習過程評價課堂。筆者對項目式學習和生活化實驗進行集成創新，運用教室內數字化的一體機互聯平板電腦來構建師生交流、展示，將相關的課程資源整理存發至自建公眾號，供師生探討，努力打造學生感興趣、積極參與的高效課堂。

（一）提效率、守底線，提高親和度和參與度

物理實驗教學中，學生應具備獨立完成實驗的能力，又需要在實驗過程中相互協作、共同探究。教師應用運用數字化技術手段和平臺參數，更加精準的實驗教學目標統領整體物理實驗的教學過程。考究的標準不再停留在學生全員參與或是全程參與上面，更關注參與的有效程度。課堂教學中如果缺乏學生有效參與，他們的思維無法激活。淺層次“摻和式”的參與也不會有好的效果。筆者依托項目教學，注重效率，堅守物理學科教學底線，遵循課程標準，兼顧物理核心素養要求，提升學生參與的親和度，建立師生之間情感與智慧的橋梁、交流與溝通的平臺。

（二）重交流、保品質，提高自由度和練習度

教師絕不能做知識的搬運工，要學會發掘知識內在的魅力。教材上有知識，教材外更別有洞天。合理利用互聯網等數字化平臺，彰顯了物理實驗的魅力，一方面奇異的現象引人入勝，另一方面動手操作讓學生興致勃勃。在此過程中，師生和生生之間的交流至關重要。保證交流的品質，讓學生自由發揮創新思維，這樣不僅讓學生探究相關的物理實驗，而且培養學生對思考問題的邏輯思維能力。在學生的學習方面，教師應該更加尊重學生的自主選擇，尊重學生的表達方式，要學會聆聽交流。這樣有利于學生發揮與表達，在師生、生生的互動中，觀察、模仿、體驗知識與情境可提高學習的效率——學生能夠積極主動地運用自己的能動器官，去感受透鏡知識，進行深度認識。

（三）揚個性、求境界，提高整合度和延展度

學生高效學習物理知識，需要將知識與生活相聯系，需要師生同頻共振。融合項目式學習與生活化的實驗教學，恰好適應了這一新的學習樣態。教師尊重學生個性發展需求，力求達到知識與生活融為一體的效果，透鏡對光的作用實驗中實現了以下目標：（1）利用自制的實驗器材，將光路的傳播盡可能真實地呈現給學生;（2）改進綠色強光激光筆，使其既能吸附到黑板上，又便于學生觀察到明顯光路;（3）自制變焦水透鏡，讓學生感受觀察凹凸透鏡變化的效果，在自主探究創新實驗器材的過程中，運用所學知識解決關鍵問題。這樣的項目活動有利于整合學科知識體系，增強物理實驗生活化教學的張力。筆者在整合物理知識并結合生活實際的基礎上，繼續向廣度和深度延展，將傳統的講授式課堂教學轉向融合數字化的體驗式情境教學。

總之，創新生活化實驗，優化項目教學方式，探索物理課程綜合化教學的新方法，有利于精準分析學情，實施差異化教學和個別化指導。教師要準確把握數字時代的趨勢，用數字化的思維武裝自jQW84oVxzRzW2OuejrdhL0CdPWamPTPYI6iNAWA5SDU=己，用數字化的邏輯來對待學生，設計可行的基于物理實驗操作方案和數字化實驗教學。只要做到這些，教師就可以激活課堂：學生期待物理課如待“良辰”，課堂上看到實驗如觀“美景”，思考物理實驗中遇到的問題很“賞心”，參與項目式物理生活化實驗是“樂事”。

注：本文系山東省教育科學“十三五”規劃2020年度立項課題“初中物理混合式教學生態區塊鏈研究”（課題編號：2020ZC074）的成果。

參考文獻

[1] 梁喆.融合項目式與生活化的物理實驗教學[J].中小學數字化教學，2018（7）：53-55.

[2] 任虎虎.促進深度學習的多版本物理教材整合教學——以“運動的合成與分解”教學為例[J].教學與管理，2019（7）：48-49.

（作者梁喆系山東省淄博市淄川第二中學教師;李金玲系山東省淄博市淄川區雙楊鎮趙瓦小學教師，青島大學師范學院研究生）