“雙減”背景下初中科創教育的探索與實踐

【摘 要】《義務教育物理課程標準（2022年版）》明確提出了跨學科實踐的要求。本文在“雙減”背景下，依據S-3PBL科創教育模式，將計算物理教育理念融入初中物理跨學科實踐，結合“針孔相機”課堂教學創新案例和“身高測量儀”課外校本跨學科實踐活動創新案例，詳細地介紹了具體實施步驟，總結課內、外的課程創新經驗，探索如何有效發揮初中物理課程的創新人才培養功能，為“雙減”背景下科學教育課程創新提供建議。

【關鍵詞】“雙減”;初中物理;項目式學習;S-3PBL-2

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）08-010-03

問題的提出

隨著科學技術的不斷發展，希沃白板、希沃授課助手等課堂教學軟件和手機Geogebra 圖形計算器、視頻制作軟件等數字化工具得到了廣泛普及，在普適計算、泛在感知環境中，培養具有創新性、實踐性的未來人才，成為了增強綜合國力的重中之重。我國多次提出并強調創新驅動的發展戰略，而人才驅動作為創新驅動的核心內容，它的發展直接影響著未來創新人才的培養與創新型國家的建設。

物理是科學教育的主要內容，是學生進行科技創新的重要抓手;物理核心素養的落實是科學教育的主要目標，是學生進行科技創新的能力基礎。初中物理是一門綜合性較強的學科，但我們容易將本應以理解生活、科學思維培養為主的教學，變為教師講授知識、學生記憶和訓練為主的教學，導致學生缺乏分析和解決真實問題的能力，缺少綜合利用各學科知識進行實踐的機會。科創教育，相較于傳統的科學知識傳授，更加重視知識的應用，注重培養學習者通過團隊合作創造性地解決復雜的實際問題的能力。可以說，科創教育擔當著培育創新人才的使命。

近年來，各地深入開展減輕義務教育階段學生作業負擔和校外培訓負擔（以下簡稱“雙減”）工作，取得了初步成效。《義務教育物理課程標準（2022年版）》提出，常規教學需要適當邁向跨學科的融合，要敢于打破學科壁壘培養學生的綜合能力[1]。探索在“雙減”背景下改進學科教學，提升學生學科核心素養水平具有重要意義。本文將計算物理教育[2]理念融入初中物理教學創新，強調加強普適計算認知，提高個體實際的或者復雜的問題解決能力;轉變主流教學范式，培養未來創新人才;探索計算物理教育研究范式，創新學科教育理論;打破傳統學科壁壘，探索物理學與工程技術、信息技術等進行跨學科實踐的途徑。依據S-3PBL科創教育模式，我們提出了初中物理S-3PBL-2科創教育方法，在課堂內外進行科創教育探索，如圖1所示。課堂內探索將傳統知識講授轉變為項目式學習;課堂外探索基于跨學科實踐活動培養學生綜合運用各學科知識解決問題的能力和減輕學生書面作業負擔。

學校將初中物理學科教育與科創教育融合，探索出初中物理科創教育的實施路徑。初中物理科創教育實踐由校本課程、選修課程、課外活動、物理課堂四條路徑組成。筆者在七年級下的校本課程“趣探究科學世界”中開展物理實驗活動與微型科創項目（微制作）;在八年級“物理科創”選修課程中進行物理科創項目;利用“物理嘉年華”課外活動征集學生科創實踐作品;在物理課堂中應用項目驅動的科創教學模式進行跨學科教學融合與創新。這四條路徑相互聯系，將科創實踐活動融入學生的物理學習之中，發展學生跨學科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力，培養學生積極認真的學習態度和樂于實踐、敢于創新的精神。

科創教育實踐的兩條路徑

依據S-3PBL-2科創教育方法，分別在課內和課外兩條路徑開展教學實踐，課內主要是在物理課堂中進行跨學科融合，課外通過校本課程、選修課程和課外活動進行科創教育實踐。

1.關于初中物理課堂教學創新的案例探索

在初中物理課堂教學中，將教科版八年級上冊物理第四章第一節“光源 光的直線傳播”進行物理學與工程技術的跨學科融合教學。通過觀察針孔相機1.0版、改進針孔相機2.0版、設計針孔相機3.0版三個活動，帶領學生一起學習光源、光的直線傳播條件、光線模型、小孔成像的特點及其應用等物理知識，以及利用光路圖解釋光學現象的基本技能。

（1）提出項目：自制針孔相機。

（2）確定問題：在觀察針孔相機1.0版的組成部件后，設計并制作出2.0版本，最后思考如何對2.0版本進行迭代，升級為3.0版本。

（3）研究問題：觀察針孔相機1.0版的關鍵結構有哪些？針孔相機2.0版如何正確選取成像物體、小孔和光屏？如何用針孔相機2.0版觀察并總結成像特點？

（4）設計方案：在課中創設“用以致學”的新型課堂，學生觀看教師提前制作好的針孔相機1.0版本的視頻，從而設計2.0版本的制作方案。教師應注意引導學生在觀看視頻的同時思考1.0版本是否合理，是否需要全部重新設計，還是只需要改進，以及具體的改進方向。

（5）制造原型：引導學生利用已有材料完成針孔照相機2.0版的制作并觀察成像特點，總結光學成像規律。利用針孔相機對成像原理進行一系列的探究，進一步研究其物理規律，通過物理知識完成對針孔照相機2.0版成像原理的解釋，在老師的引導下完成針孔照相機的學案。

（6）發現實際問題：如何選取成像物體、小孔形狀及光屏材料等關鍵結構，針孔相機還在成像清晰度、操作便捷度等方面有改進的空間。

（7）解決實際問題：通過生活經驗、具體實驗、查閱資料，得出最佳的材料選取組合并準確地總結出小孔成像規律;進行組內交流和組間交流，思維相互碰撞，思考如何針對各方面進行產品優化迭代。課后讓學生優化產品，利用所學知識設計針孔照相機3.0版，在此過程中，從課堂的“用以致學”過渡到課后的“學以致用”。

（8）成果展示（交流活動）：課堂中，教師使用希沃白板教學，學生使用希沃授課助手投屏，以視頻、PPT等方式開展成果展示報告會，展示制作、迭代改進過程、作品實物和模型原理等，讓全班同學能夠清晰地觀察實驗現象。學生借助問卷星小程序進行自評與互評，數據能夠實時反饋至后臺直接公布得分，這極大地提高了統計效率，保證了得分的公平性與過程的透明性。

不同于以往“學以致用”的傳統課堂，科創教育重構后的物理課堂以項目研究為主線，在制作中探究其原理，總結規律，學習知識，創設“用以致學”的新型課堂。學生利用所學物理知識結合產品制作的實際問題，比如外觀造型、成像效果、使用場景等，設計出針孔照相機3.0版，進行產品的優化。在這個過程中激發學生從跨學科角度思考問題的意識。在光學這一章節的學習中，以成像元件為研究項目主題，教師和學生還進行了“萬花筒”“凸透鏡相機”“偽3D投影儀”等相關光學成像器件的制作、原理探究、改進和創新。

2.關于初中物理課外教學的案例探索

在物理課堂之外的校本課程、選修課程和課外活動中同樣開展了學生跨學科實踐活動。以課外活動為例，在“雙減”政策背景下，緊密結合課內教學，根據國家課程教學內容以及學生的實際自我能力提升需求，提出跨學科實踐的主題并構建真實的情境，探索物理作業的多樣化，指導學生完成跨學科實踐作業。

（1）提出項目：自制電子身高測量儀。

（2）確定問題：如何設計一個電路測量身高。

（3）研究問題：研究怎樣把身高的長度數據轉化為電路中的電表示數。

（4）設計方案：身高是長度數據，而恰好滑動變阻器的阻值和滑片與兩端接線柱之間的長度距離有關。如果所測身高發生變化，則滑動變阻器的滑片高度位置隨之變化，阻值改變，從而影響電路中的電流和電壓，并且身高和電表的示數一一對應。設計的電路圖最好能讓電流表或電壓表的示數隨所測身高的變化是均勻的，方便把電表直接改裝成一個身高表。

（5）制造原型：根據電路設計圖制作成品。使用成品進行實驗測量，將所測數據導入手機軟件Geogebra圖形計算器，生成函數圖像并得出數據擬合公式。

（6）發現實際問題：成品A的函數關系不是一次線性函數，電壓表示數不會隨身高均勻變化，而是隨身高的均勻增高逐漸加速增大。

（7）解決實際問題：改進設計電路為假滑變電路，由于電壓表的內阻很大，接入電路的總阻值幾乎不隨電壓表接頭的位置變化，電流大小可認為恒定不變，使得電壓表的示數隨身高均勻變化。優化產品為電子身高測量儀成品B，重新測量數據，并再次導入手機軟件Geogebra 圖形計算器，生成函數圖像并得出計算公式。

（8）成果展示（交流活動）：小組進行實驗研究后，對成品A和B進行班級內的現場測量展示，由全班同學共同評估。

相對于死記硬背、機械重復的常規作業，跨學科實踐作業通過小組合作完成，有利于學生的創造性學習和實踐操作，讓每個學生都可以結合自己的興趣和特長來完成，培養其動手能力的同時，輸出自己對物理的理解，加強對各學科知識的綜合應用能力。學生深度體驗項目，在設計和制作的過程中不斷根據實際問題調整細化方案，從原理到外觀，從器材選取到測量精度，不斷地進行探究和改進，結合物理課中學習的基本電學知識，不斷嘗試利用多種技術手段進行調試。手機軟件Geogebra 圖形計算器、視頻制作軟件等數字化工具的使用，發展和構建起完整的科學素質，提高了學生借助現代信息科技解決問題的能力。

科學教育已經發展到第三個階段，在普適計算、泛在感知環境中，數字化工具不再只是教育輔助工具，而是成為了科學教學、科學探究的重要手段。物理是科學教育的主要內容，在課內和課外的初中物理課程與科創融合的跨學科教學創新實踐，不僅為物理學科教育創新和發揮學科育人功能提供了經驗，基于案例還為“雙減”背景下中小學的課內和課外科學教育課程創新提供了建議。

結束語

本文借助數字化工具創新初中物理教學，依據S-3PBL科創教育模式，探索出了S-3PBL-2科創教育新途徑和新方法：課內學生通過動手實踐掌握科學知識，深化知識的理解與運用，加強學科教學的實踐性;課外學生通過科創項目加強跨學科知識綜合應用能力，讓學生逐漸建立起利用跨學科的知識、技能解決實際問題的意識和能力，發展和構建起完整的科學素養，并按照“雙減”的要求，減輕常規作業負擔。

未來可以進一步探索如何在“雙減”背景下改進中小學課堂內外的科學教育，拓展數字化虛擬學習空間，充分利用科技館等校內外資源，借助數字化手段為師生賦能，讓科學在更真實的情境中被體會，在解決真實的問題中被獲得，從而有效地提高學生動手操作的實踐能力、分析解決問題的綜合能力，切實培養學生核心素養、創新精神和信息素養，落實創新驅動的發展戰略要求。

參考文獻

蔣煒波，趙堅. 新修訂“義務教育物理課程標準”的特點探討與實施建議[J].中學物理，2022（10）： 2-6.

項華，曾子珉，劉靖怡. 計算物理教育的邏輯起點、途徑及未來圖景[J]. 中小學信息技術教育，2022（Z1）： 102-106.

作者單位：四川成都市石室天府中學