強(qiáng)化物理生活化實(shí)驗(yàn) 落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)培育

教師開(kāi)展初中物理生活化實(shí)驗(yàn)，不僅拉近了物理與生活的距離，還有效提升了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，激發(fā)了學(xué)生的探究欲，對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培育有著重要的意義和價(jià)值。下面，筆者結(jié)合電動(dòng)機(jī)教學(xué)，從分析課標(biāo)、教材明確生活化實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、聯(lián)系生活實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)階式生活化實(shí)驗(yàn)、立足教學(xué)難點(diǎn)開(kāi)發(fā)生活化演示實(shí)驗(yàn)、開(kāi)展項(xiàng)目化跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)等方面論述初中物理生活化實(shí)驗(yàn)培育學(xué)生核心素養(yǎng)的路徑和方法，以期更好地促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升。

一、分析課標(biāo)、教材，明確生活化實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

電動(dòng)機(jī)教學(xué)在培育學(xué)生核心素養(yǎng)方面，要求教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)電動(dòng)機(jī)工作原理的理解，學(xué)會(huì)應(yīng)用電與磁的相關(guān)知識(shí)解決一些生活問(wèn)題。為此，筆者將磁場(chǎng)對(duì)電流作用及電動(dòng)機(jī)原理探究實(shí)驗(yàn)器材從貼近學(xué)生生活的角度進(jìn)行新的設(shè)計(jì)研發(fā)，制作一整套電動(dòng)機(jī)系列作品，使學(xué)生通過(guò)層層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)，理解電動(dòng)機(jī)工作原理，學(xué)會(huì)應(yīng)用電與磁的相關(guān)知識(shí)解決問(wèn)題，體會(huì)物理學(xué)發(fā)展對(duì)社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)作用，強(qiáng)化學(xué)生關(guān)心科技和社會(huì)發(fā)展的意識(shí)，這對(duì)培育學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力有著極大促進(jìn)作用。

二、聯(lián)系生活實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)階式生活化實(shí)驗(yàn)

學(xué)生是課堂主體，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生探究物理概念和規(guī)律的重要途徑。教師可以聯(lián)系生活實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)階式生活化實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在逐級(jí)挑戰(zhàn)中完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究。

案例：系列電動(dòng)機(jī)進(jìn)階式生活化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

挑戰(zhàn)1：讓導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中動(dòng)起來(lái)——探究磁場(chǎng)對(duì)電流作用實(shí)驗(yàn)裝置。

實(shí)驗(yàn)器材：U形磁體、金屬導(dǎo)軌、銅棒、電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干。

實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象：組裝器材，閉合開(kāi)關(guān)，銅棒通電后由于U形磁體磁場(chǎng)作用將在金屬導(dǎo)軌上水平滾動(dòng)（圖1）。

實(shí)驗(yàn)原理：磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用，導(dǎo)體棒的受力方向與磁場(chǎng)方向和電流方向有關(guān)。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：導(dǎo)體棒離開(kāi)磁場(chǎng)就不再運(yùn)動(dòng)了。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中知道了磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有力的作用，能基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出銅棒的運(yùn)動(dòng)方向與什么因素有關(guān)等問(wèn)題，并由此形成猜想與假設(shè)，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方案設(shè)計(jì)，提升學(xué)生科學(xué)探究能力。使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出力的方向與磁場(chǎng)方向和電流方向都有關(guān)系的結(jié)論，并從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)而想到將導(dǎo)體棒換成線圈探究其在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，為后面如何讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)打下基礎(chǔ)。

挑戰(zhàn)2：讓線圈在磁場(chǎng)中動(dòng)起來(lái)——探究通電線圈在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)器材：磁場(chǎng)對(duì)電流作用實(shí)驗(yàn)裝置、線圈（銅線）、蓋板、螺絲釘、螺絲刀和底座。

實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象：組裝器材，閉合開(kāi)關(guān)，通電線圈在磁場(chǎng)中平衡位置來(lái)回?cái)[動(dòng)，最終停在豎直位置，線圈不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖2）。

實(shí)驗(yàn)原理：通電線圈在磁場(chǎng)中受到力的作用，但是越過(guò)平衡位置之后受到的力會(huì)阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)，所以最終停下來(lái)。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：線圈不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生分析不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的原因，并嘗試思考如何解決問(wèn)題，為引出換向器工作原理打下基礎(chǔ)。

挑戰(zhàn)3：讓線圈在磁場(chǎng)中持續(xù)轉(zhuǎn)起來(lái)——體驗(yàn)換向器的工作原理。

實(shí)驗(yàn)器材：通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置、換向器（利用銅皮和塑料筒制作）。

實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象：組裝器材，閉合開(kāi)關(guān)，線圈在磁場(chǎng)中持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖3）。

實(shí)驗(yàn)原理：換向器每半圈改變電流方向，使線圈越過(guò)平衡位置后改變力的方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

設(shè)計(jì)意圖：觀察換向器的結(jié)構(gòu)，感知體驗(yàn)換向器的工作優(yōu)點(diǎn)并嘗試思考換向器的工作原理，為進(jìn)一步探索換向器的工作原理打下基礎(chǔ)。

三、立足教學(xué)難點(diǎn)開(kāi)發(fā)生活化演示實(shí)驗(yàn)

教學(xué)中有些不易觀察的現(xiàn)象、較復(fù)雜的原理、學(xué)生沒(méi)有直觀觀察、體驗(yàn)和感知的場(chǎng)景成為教學(xué)中的難點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)可以通過(guò)開(kāi)發(fā)生活化演示實(shí)驗(yàn)，通過(guò)直觀的現(xiàn)象演示幫助學(xué)生理解和掌握知識(shí)。

案例：電動(dòng)機(jī)教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)器材：PV板、磁鐵、線圈（銅線）、換向器、電源、開(kāi)關(guān)、若干導(dǎo)線。

實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象：一是組裝器材，閉合開(kāi)關(guān)，觀察到通電線圈不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖4）；二是思考改變電流方向讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，并利用演示教具進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證方法一是當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置時(shí)手動(dòng)交換電源正負(fù)極導(dǎo)線接線以改變電流方向；驗(yàn)證方法二是利用雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置時(shí)手動(dòng)改變雙刀雙擲開(kāi)關(guān)閉合方向，從而改變電流方向（圖5）。三是演示教具接入換向器，閉合開(kāi)關(guān)，觀察通電線圈能夠持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖6）。四是將扇葉安裝在已有換向器演示教具上，閉合開(kāi)關(guān)，扇葉持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖7）。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中了解單獨(dú)的通電線圈不能在磁場(chǎng)中持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，以此創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的熱情和好奇心，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的積極性，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維。鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)想多種解決方法，并大膽驗(yàn)證。通過(guò)演示教具驗(yàn)證，讓學(xué)生明白有些方法雖然理論上可行，但是實(shí)際操作起來(lái)非常麻煩，可行性低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)、討論、試錯(cuò)等，讓學(xué)生在理論與實(shí)際的碰撞下強(qiáng)化認(rèn)知，培育學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究的方法，有效突破教學(xué)難點(diǎn)，為換向器的引入打下基礎(chǔ)。通過(guò)層層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生合作交流，最終讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)基本安裝成功。最后是安裝扇葉，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)到電器的飛躍，讓學(xué)生深刻體會(huì)科學(xué)家研究的艱辛和堅(jiān)持不懈的精神，形成良好的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感。

四、開(kāi)展項(xiàng)目化跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)

跨學(xué)科實(shí)踐是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的重要途徑。跨學(xué)科主題作為新加入課程內(nèi)容的一個(gè)重要方面，教師在日常教學(xué)中更要有意識(shí)地設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，以體現(xiàn)做中學(xué)、用中學(xué)的課程理念。物理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)強(qiáng)調(diào)與日常生活、工程實(shí)踐、社會(huì)發(fā)展的聯(lián)系。電動(dòng)機(jī)在實(shí)際生活生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，在教學(xué)中通過(guò)制作“小小電動(dòng)機(jī)”活動(dòng)開(kāi)展項(xiàng)目化跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，有助于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培育。

案例：項(xiàng)目化的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)——制作小小電動(dòng)機(jī)。

項(xiàng)目準(zhǔn)備：U形磁鐵、兩個(gè)金屬支架、未刮漆的線圈、電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線。

項(xiàng)目原理：線圈一端刮漆，一端刮半周漆，使得線圈轉(zhuǎn)過(guò)半周改變一次線圈中的電流方向。

項(xiàng)目實(shí)施：將未刮漆的線圈一端刮漆，一端只刮半周漆。然后組裝實(shí)驗(yàn)器材，閉合開(kāi)關(guān)，比比看誰(shuí)的線圈最先持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖8）。

項(xiàng)目成果：每個(gè)小組通過(guò)努力制成了一臺(tái)小小的電動(dòng)機(jī)，并讓其歡快地轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)小組合作刮漆、組裝、調(diào)試，并用競(jìng)賽的方式激起學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培育學(xué)生創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，貫徹做中學(xué)課程理念，真正讓學(xué)生手、腦動(dòng)起來(lái)。

開(kāi)發(fā)初中物理生活化實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生思考和探索，加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，幫助學(xué)生樹(shù)立創(chuàng)新觀念。通過(guò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、項(xiàng)目式教學(xué)和跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生掌握更多分析問(wèn)題的方法，帶領(lǐng)學(xué)生走出認(rèn)知誤區(qū)，有效突破教學(xué)難點(diǎn)。讓學(xué)生在跨學(xué)科實(shí)踐中綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，解決一些簡(jiǎn)單的工程與技術(shù)問(wèn)題，體會(huì)物理學(xué)對(duì)人類生活、工程實(shí)踐和社會(huì)發(fā)展的影響，促進(jìn)思維發(fā)展，使學(xué)生可以基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)構(gòu)建物理模型，并根據(jù)不同的觀點(diǎn)、方法等，不斷提升自己的科學(xué)推理、質(zhì)疑能力，有效提高核心素養(yǎng)。

（本文系重慶市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度一般課題——“基于核心素養(yǎng)的初中物理作業(yè)設(shè)計(jì)與實(shí)施研究”研究成果，課題批準(zhǔn)號(hào)：K22YG108486。）

作者單位 "重慶市育才中學(xué)校