初中物理探究教學中實驗項目的設計與實施

吉臨榮

科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式。蘇科版初中物理課程結構以探究為核心，把探究活動作為構建物理知識結構、提高學生科學素養、體現課程理念的主線。項目學習旨在讓學生運用已有的知識經驗，在具體的情境中解決實際問題。

探究教學中的實驗項目是依據課程標準和教材結構，創設真實情境，引入實驗項目，開展項目探究，建構物理模型，解決生活中真實問題的一種學習方式；是一種以項目為載體，以“探究行為”為核心學習行為，以培養科學思維為核心的實驗項目學習；其基本特征是情境、項目、探究、模型。在初中物理教學中融入實踐項目，開展探究教學，可實現物理概念和學科素養的同步進階。

一、實驗項目的設計要求

將物理課程目標融入精心設計的實驗項目，需要教師具備一定的專業技術和素養，所以實驗項目的設計是一個難點，也是最重要的一個環節，其設計的途徑如下。

1.基于標準。

實驗項目的設計必須依據物理課程標準，其目標要與課程目標相對應。首先要做好“必做動作”，如課程標準中規定的學生必做實驗項目等；其次要開發“自選動作”，創造條件設計一些實驗項目，將其融入探究教學；還可設計以物理內容為主體的跨學科實驗項目，增加學生動手、動腦的機會。

2.緊扣教材。

在初中物理探究教學中融入實驗項目，不是對現有教材簡單的補充或拓展，而是對現有教材進行整合，將其嵌入實驗項目。首先，要用好教材。教材是教師教、學生學最基本、最重要的課程資源，要認真研究和解讀教材。其次，要用活教材。初中物理教材中所選用的例子也不是唯一的，教師可以根據需要用更好的例子代替。最后，要創新教材。初中生的感性思維占主導地位，絕大多數知識需要通過實驗現象來構建。

3.聯系生活。

物理課程的理念之一是“從生活走向物理，從物理走向社會”，需要學生開展一些生活化的實驗項目，解決生活中的實際問題。教師的教學經驗和學生的生活經驗是開發實驗項目的源泉，教師要善于將學生的問題轉化為課程資源。

二、實驗項目的實施要領

實驗項目的實施主要有項目引入、項目設計與實施、項目展示與評價三個環節，基本要素有：真實情境、實驗項目、科學探究、模型建構。實施流程圖如圖1所示。

圖1 物理實驗項目實施流程圖

下面，筆者以蘇科版物理教材八年級上冊第四章第三節“凸透鏡成像的規律”為例，簡述在初中物理教學中嵌入實驗項目、循證實踐的實施策略。

1.以真實情境引入項目教學。

教師在課堂上展示老式幻燈機，在其臺面放上寫有字跡的膠片，在光屏上呈現放大的像；拆下并觀察幻燈機的鏡頭，發現鏡頭的主要部件是凸透鏡。

引入項目：凸透鏡在什么情況下成放大的實像？你能自制一臺幻燈機嗎？

滴灌是現代種植中最常見的澆灌技術之一，既能實現對灌溉水量的有效控制，防止水資源浪費，又能節省人力，從而在減輕人力負擔的同時降低病蟲害的發生。

真實情境能激發學生對實驗項目的興趣，驅動性問題是實驗項目的靈魂，是項目主題和學習目標凝練后的產物，可以將學生引向對學科內容的深度學習。

2.實驗項目的設計與實施。

學生要完成自制幻燈機的項目任務，首先要探究并掌握凸透鏡成像的規律。

問題1：凸透鏡還能成哪些像？成像性質與什么有關？

改變光源到凸透鏡的距離，能觀察到正立放大的像，光屏（有刻度）上能得到倒立放大的和縮小的像。引導學生猜想像的性質可能與物距有關。

問題2：多次改變物距，觀察并記錄光屏上所成最清晰像時的物距u和像距v，你能得出什么結論？

由學生自己動手操作，多次試驗后總結：當u＞v時，凸透鏡成倒立放大實像；當u＜v時，凸透鏡成倒立縮小實像。

問題3：有放大的像，也有縮小的像，會成等大的像嗎？如果會，物距可能是多少？

這一問題較難，在教學時，教師可引導學生定量試驗與分析，最終得出結論：當u=2f時，凸透鏡成倒立等大實像。由此完善結論：當u＞2f（u＞v）時，凸透鏡成倒立放大實像；當f＜u＜2f（u＜v）時，凸透鏡成倒立縮小實像。

問題4：實驗中為什么沒有得到正立放大的像？像可能在哪里？

引導學生猜想：可能在u＜f范圍內成正立放大的像。

追問1：如何觀察正立放大的像？

追問2：正立放大的像是實像，還是虛像？

最終建構模型：根據模型分析得出凸透鏡成像的動態規律，一焦分虛實，二焦分大小；成實像時，物近、像遠、像變大。

設計連續性探究任務（或驅動問題），不斷尋找證據、解釋證據，進而不斷得出結論、完善結論，最終建構凸透鏡成像規律的模型，這是實驗項目展示的前提。

3.實驗項目展示與評價。

任務1：如何測定幻燈機鏡頭（凸透鏡）的焦距？

展示：學生根據凸透鏡成像動態規律可知，將光源放大至很遠處，像就會接近焦點，測出此時的像距，約等于焦距（實際測出約為30cm）。

任務2：自制幻燈機模型時，光源應放在什么區域？

展示：學生將光源放在距凸透鏡30～60cm的區域，調整光源和凸透鏡到屏幕的距離，在屏幕上呈現倒立放大的像。學生立即倒立放置光源，屏幕上出現正立放大的像。

拓展項目：自制一部照相機，并嘗試拍攝遠近不同物體的照片。

實驗項目的產品可以是產品，也可以是設計方案等，教師可以借此對探究教學進行表現性評價。

三、項目實施的總結與思考

1.實施實驗項目學習需要循序漸進。

實驗項目學習對于培養學生的綜合素養效果明顯，但全部用項目學習代替原有學習方法也不現實。教師可以從設計一個實驗項目，優化一節課的教學設計開始；積累經驗后再把項目做大，同時設計腳手架，進行持續性評價，讓學習不斷進階。

2.將實驗項目作為學習評價的任務。

實驗項目有大有小。大的項目可作為大單元的評價任務，如蘇科版教材九年級下冊第十五章“綜合實踐活動——對家庭用電的調查研究”就是對課程標準二級主題“電磁能”的學習評價；小的項目可以是對一節課的結構改造，甚至是對一節課中某個環節的優化，如“綜合實踐活動——設計并制作一盞模擬調光燈”是對九年級上冊第十四章“歐姆定律”的學習評價；針對該章第一節“電阻”可以創新設計“制作一盞模擬分檔調光燈”的項目，對嘗試改變電路中的電流大小、探究影響導體電阻大小的因素、物質的導電性能進行評價。此外，實驗項目也可長可短，完成時間也不局限于一節課。

3.實施實驗項目需要加強團隊合作。

實驗項目的一個重要目標就是培養學生的合作能力。如在蘇科版教材八年級上冊第二章第二節“探究水的沸騰”實驗項目中，需要計時、測溫度、觀察氣泡多少和大小，還可以增加用分貝儀測量聲音的響度、記錄數據和現象的環節，需要多人分工合作完成，對任務或產品也盡可能以團隊為單位進行評價。在大實驗項目完成過程中，還可能需要教師、家長甚至相關領域的專家等作為外援。

4.實驗項目需要物理與多學科融合。

物理學中與日常生活、工程實踐、社會發展相關的實驗項目本身具有綜合性，涉及物理與多學科知識，需要轉向真實情境中的問題解決，加強物理學科與其他學科、與生活和世界的聯系。如在八年級上冊第一章第二節“自制簡易樂器并給樂器分類”的實驗項目中，需要學生掌握聲音的產生、聲音的特征等知識；在設計過程中，需要引入音樂、數學等學科知識；在制作過程中，需要教師和家長的幫助。

5.實施實驗項目需要控制資源成本。

開展實驗項目需要考慮成本。如某同學在購買防曬傘時遇到困惑：現有內黑外淺、內淺外黑、內外都是黑色、內外都是淺色四種防曬傘，哪種防曬效果好呢？有學生網購了幾元錢一張的紫外線感應卡，將四把傘以同一方式放在同一環境下，用紫外線感應卡在傘下同一位置測出紫外線的強弱，發現內外都是淺色的傘防曬效果最差。而有的學生準備購買價格上千元的紫外線數字測量儀用于實驗，最后小組從實驗成本角度決定停止探究，并形成了“防曬傘只要有一面是黑色，就能達到防曬的效果”的初步結論。

實驗項目學習是一種新穎的學習方式，具有獨特的學科優勢和積極的育人功能。然而，經由實驗項目學習形成的知識和技能可能缺乏邏輯性和整體性，有些知識點也難以開發出合適的項目；設計彼此關聯的實驗項目需要教師具備一定的素養、花費較大的精力。所以，項目學習只是學習方法中的一種，要與其他方法相結合。