為有源頭活水來
——物理教學的“生生”設計

周 亮

(慈溪市橫河中學 浙江 寧波 315300)

“生生”設計,指的是以學生為活動主體,以生活為情境載體,在課堂教學的情境設計環節以此理念為指導,讓情境更加貼近學生,讓學生更好更快地融入情境學習之中,由此通過學生的學習或探究來獲得物理知識,這也是新課程核心素養的教學要求.

物理教學是以實驗為基礎的教學,而實驗一般指在實驗室開展的實驗教學,傳統的實驗教學方式為教師講解或示范,又或者新課上完后要求學生運用實驗儀器,按實驗內容一絲不差地“依樣畫葫蘆”地模仿操作.學生進行的實驗只是簡單機械的重復驗證,因此學生實驗多是驗證物理定律或者是一種假探究,而無法發揮其教學價值和實驗操作能力訓練的價值.

如何改變教學現狀,讓學生不再脫離生活,以積極主動的主體精神參與課堂教學學習過程,情境的“親民”設計顯然有著重要的作用.

1 以生為本

“以生為本”變課堂實驗為生活探究實驗,充分發揮學生主動性與個性,讓學生先經歷“生活玩”的過程再學習知識,充分發揮實驗的教學功能.

教學實踐及案例1：必修1第三章第3節“牛頓第三定律”

“牛頓第三定律”教學中對于這一教學環節的處理一般是教師準備教具,找兩位學生上前,在講臺前演示,并且煞有其事的邀請幾位同學做見證者,觀察兩個彈簧測力計的讀數,然后得出兩個作用力大小相等方向相反的結論.這樣的處理比教師直接演示乃至直接告訴結論稍有進步,但學生還是抱著看戲的態度,并未真正地參與到知識的習得過程中.因此,這樣的實驗對物理知識的獲得所起的作用和學生參與的主動性和廣泛性都有所欠缺.

在“生生設計”的理念倡導下, 我們把實驗落實到學生、落實到課堂.如圖1和圖2所示,學生在課堂上4人一組,真正地接觸實際實驗器材,開展真正的實驗探究.

圖1 水平面上任意方向的分組探究

圖2 運動過程中的分組探究

學生使用彈簧測力計先在水平桌面上進行作用力和反作用力的探究,二力等大比較容易觀察,怎么證明共線呢?桌面上符合“等大反向同時變化”的規律是不是具有普遍性?怎么推廣到普遍性?學生繼續開發思路進行桌面上不同方向,離開左面在空中不同方向,靜態的觀察規律符合,動態的情況又會是怎樣的呢?不斷地改進實驗、改變實驗以探究不斷出現的新問題,最終通過傳感器來獲得實時的實驗數據圖像,通過圖像分析獲得牛頓第三定律的內容.

通過自我探究—發現新問題—繼續探究—深化如此不斷的在思維開發、實驗驗證、數據分析的主體研究過程中,學生對牛頓第三定律有了靜態和動態的了解,真正理解了定律所表述的物理內容.

2 以生活為基

“以生活為基”,精心挑選課堂教學情境的素材,讓情境親民,走進學生心里,喚起學習共鳴.

教學實踐及案例2：必修1第三章第2節“摩擦力”

在高一市教研活動中我校接到示范課“摩擦力”的教學任務,我校課題組對于這節課進行了多次的研討和磨課,其中在課堂引入的素材選擇上提出了很多建議也猶豫更換了很久.回顧這些素材的尋找過程,最終我們在“生生”理念指導下,確定了教學用的素材,提供可選擇的素材有:

(1)推桌子游戲,推學生課桌或講臺,觀察推桌子的過程和變化引出摩擦力.

(2)“分書本”,把兩本物理書每頁交叉疊放,努力分開,讓大力士表演.在此基礎上甚至可以把書本作為吊籃的懸掛,制作成吊籃成功表演秋千等.

(3)在實驗2的基礎上,我們繼續找到撒貝寧主持的節目視頻(最終用大功率汽車也無法分開),視頻結果較為震撼,有很好的教學引入功能.

(4)提“米罐子”游戲.

(5)夾彈珠游戲.

(6)爬桿子表演.

……

經過課題組的努力找到了上述10余種不同的教學引入情境設計方案.設計(1)太過普通,學生學習新鮮感較少.設計(2)～(5)都有游戲懸念設置,整個學習過程充滿了意外和刺激,有利于激發學生興趣.撒貝寧的節目視頻結果出乎意料的震撼,但是學生只能觀看,并不能真正融入學習情境,所以在“生生”理念指導下我們教研組選擇了從(2)、(4)、(5)、(6)中確定一個.經過進一步地討論,設計(6)爬桿子表演由于材料和場地限制,1人表演他人觀看,學生參與度顯然不高.設計(2)讓學生分開交叉書本比較普通,但是解釋比較復雜,一般也是2人表演多人觀看,如果制作成吊籃秋千,演示效果大為增加,但是參與者變化不大.設計(4)變化較少.最終我們選擇貼近學生(小時候基本玩過)可普遍參與的設計(5),又在普通夾彈珠游戲基礎上做出一個變化提供2種筷子、2種彈珠(一個浸洗潔精)增加游戲體驗.設計(5)如圖3所示.

圖3 夾彈珠情境經歷

當然其他同仁可以采用不同的教學設計素材,通過對教學設計素材的研究選擇不僅提高了教學效果,也讓教師自己對摩擦力有了更清楚的認識.

3 生生實驗 創新智造

“生生實驗、創新智造”,定時開放學校實驗室,設置創新智造項目,提升學生實驗能力和創新能力.

物理觀念的獲得以實驗為基礎,而實驗過程中呈現的豐富多彩的現象,將給學生提出超出教材的種種問題;習題、作業解答過程中,學生也會產生種種的疑惑,由此聯想很多他們“不相信”的盤根錯節的問題,除非讓他們到實驗室去,用實驗去研究和評價,這正是科學家發明創造所需要的科學素養.

“到實驗室去,到實驗室來”,學校在課堂教學實驗安排之外,面向學生定時開放實驗室,讓學生更多地走進實驗室,更多地接觸或者重復實驗,更多地去創造設計制作.

課堂演示實驗和課堂分組實驗一般都是參照教材要求進行的,而學生的學習過程卻是一個廣闊而長遠的過程.在必修1第三章第2節“摩擦力”的學習過程中,高中學生對于靜摩擦力和滑動摩擦力的基本概念通過初中和高中課堂的學習雖然可以較好地掌握,但是對于靜摩擦力和滑動摩擦力的轉化及轉化點的大小變化,教材和教師往往可能處理的較為簡單,而開放實驗室可以讓學生自我設計探究實驗,解決實驗過程中出現的問題,發現實驗現象背后的物理規律.

例如在某組學生的自主探究中,為了讓靜摩擦力轉化為滑動摩擦力的傳感器數據圖像更明顯,首先使用的是簡單的木板和木塊,實驗發現幾乎很難體現出教材所示的變化特點,學生重復多次以后觀察討論得出了幾個原因:(1)傳感器問題(我校傳感器比較落后年代久遠);(2)下面木板拉動的速度快慢問題;(3)摩擦力大小問題.然后逐個研究如何調整,最終選擇了一個解決方案,在木塊上加放一個1.5 kg的實心球增加上面木塊的質量,盡量勻速拉出木板,得到了較為合理的實際數據圖像,如圖4所示.

圖4 摩擦力的實驗探究

通過該探究案例的解決,該組學生在操作能力、分析解決能力等學科素養上得到了切實的落實和提高.

開放實驗室,通過教師引導—學生預約控制時間和人數,設置研究課題智創評獎來引導和激發學生研發熱情,提升學生的創新能力.

4 生生體驗 生活物理

“生生體驗、生活物理”,充分利用學校資源,拓展學習空間和時間,課外開放實驗室,增加學生學習體驗機會.

生活即物理,課堂教學的空間和時間總是不足以使學生對物理知識和規律有充分的理解和參與.充分挖掘學校的生活資源設計開發成學生學習資源,拓展學習空間和時間,幫助學生更多更好地參與學習過程,加深對物理觀念的理解和建構.

例如選擇性必修1第三章“機械波”“機械波的形成和描述”這兩節內容的教學,一般的教學設計會通過一組同學(7,8位)上臺牽手表演來演示波的形成原理,而實際上由于課堂場地和教學時間的限制,學生在課堂上的活動參與度并不能太高,因此我們借用體育生訓練用的“甩長繩”,課外讓學生無限制地積極參與“甩”的過程和對繩波的觀察,如圖5所示.通過親身體驗讓繩波深入學生的記憶,然后結合課堂教學內容可以使學生更生動深入地掌握波的概念,分析理解波的形成和傳播.

圖5 甩長繩演示“波”的形成和傳播

在必修1第四章第6節“超重和失重”的課堂設計時,一般的設計會采用讓學生上臺,站在體重計上做起立和下蹲的動作,通過攝像頭觀察體重計示數的變化,如圖6所示.如此設計操作同樣限制了學生的參與度,我們在教學之余每班放置一個體重計,在體藝館放置一個大型體重計,努力增加學生體驗機會.

圖6 起立和下蹲的超失重現象體驗

在課堂教學之余,充分利用學校資源拓展學生活動空間和時間,很好地突破了課堂教學的限制,對教學內容的學習理解和掌握起到了極大的補充作用.

核心素養基本理念之一是要求改變過去過分強調知識的傳授,而應培養學生的物理觀念、科學思維和獨立思考創新的能力.學生可以提出質疑,讓學生的主動性、創造性得到較大的發揮,讓學生經歷科學的探究過程,學習科學的研究方法,培養學生的探究精神、提升學生的核心素養.而良好的設計是學習進行的基礎,如何更好更多地讓學生體驗、實踐、總結、質疑,提升學生的學科能力和科學素養,筆者認為在設計源頭上立足“生生”理念,定能“為有源頭活水來”.