試論高中物理實驗設計與通用技術融合的必要性

黨的二十大報告指出，“必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，開辟發展新領域新賽道，不斷塑造發展新動能新優勢”。創新，這個伴隨人類生存和發展的話題，在知識經濟時代，又一次成為全人類最具影響力的概念、最響亮的主題詞之一，成為時代精神的聚焦。創新的核心要素是創新思維。面對知識經濟的挑戰和機遇，大力促進思維科學的發展，加強科學教育，培養更加具有科學素養、更加具有競爭力和創造性的新一代公民，是時代向教育界提出的要求。

高中物理學科核心素養和通用技術核心素養

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，是學生發展核心素養在各個學科中的具體體現。高中通用技術學科核心素養主要包括技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力五個方面。

高中物理實驗設計是為了幫助學生理解物理概念和規律，針對學生在學習物理過程中的薄弱環節，有明確的實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗結論等，由教師設計或改進實驗裝置用于演示實驗，或者是讓學生根據實驗目的自己設計實驗方案用于分組實驗。

通用技術課程的側重點在于解決實際產生的問題，高中物理的側重點在于對未知問題進行探索。通過本課題的研究，我們期待能夠促進學生將高中物理和通用技術知識、方法融會貫通，將通用技術的設計思想應用到高中物理的實驗設計中，突破高中物理概念和規律的教學難點，推動物理教學與通用技術教學融合發展，促進學生物理觀念和科學思維核心素養的落實。

高中物理教學的困惑

物理是一門以實驗為基礎的學科，很多物理概念和規律都是通過實驗得出的。學生要理解這些物理概念和規律的本源，必然要進行物理實驗。但高中物理新教材實驗數量有限，尚不能充分滿足學生對一些物理概念和規律理解的需要。

我們發現，高中物理教學中，有些物理概念和物理規律比較抽象。由于學生的生活閱歷和生活經驗不同，在高中物理的學習過程中，很多學生對某些物理概念和規律缺乏親身的經歷和體驗，不容易理解。即使教師多次講解，一些學生仍然很茫然，經常是僅僅記住了教師的語言敘述，導致物理概念和規律學習困難，形成教學難點。學生難以深入理解物理概念和規律的本質，難以與生活實際相聯系，難以將其轉化為知識體系的一部分。

作為教師，針對學生學習的薄弱環節，我們期待能夠緊抓高中物理與通用技術的契合點，運用通用技術的理念和方法，開展實踐項目的研究。教師可以自己動手設計一些實驗，或對已有實驗進行改進，提高實驗設計的水平，加深學生對物理概念和規律的理解、認識，提升學生的物理觀念和探究意識，提高學生對物理知識的遷移能力，形成更為完整的知識體系，促進高中物理核心素養的達成，滿足學生終身發展的需要。

搭建高中物理與通用技術融合的平臺

首先，教師要找到學生難以理解的物理概念和規律，找到教學難點，通過梳理，確定實驗設計項目，搭建實驗設計平臺。其次，教師以通用技術的設計理念和思想為指導，依據物理實驗設計原理，將這些物理設計實驗轉化為通用技術的研究項目，開展通用技術的項目式學習，進行設計分析、方案構思、方案呈現、方案篩選，確定最佳設計方案。最后，教師根據設計方案，準備實驗器材和耗材，制作實驗裝置，并運用這些實驗裝置進行相應的實驗，對實驗效果進行評估，對實驗裝置進行優化改進。

國內外文獻綜述

國內對高中物理實驗設計的研究很多，四川省宣漢中學教師陳友道以中學物理設計性實驗為研究主題，分析了物理設計性實驗在物理教學中的地位、作用和設計原則、思維方法及其數據處理方法等，列舉了大量物理設計性實驗例題，著眼學生學習能力的培養。

華南師范大學附屬潮州學校鄭世平的《基于核心素養的高中物理實驗創新設計》，以“探究影響感應電動勢大小的因素”實驗為例，對教材中的實驗進行了創新。甘肅省會寧縣第三中學呂進勇的《淺議通用技術思想在物理實驗中的運用——以測定凸透鏡的焦距和研究平拋物體的運動實驗為例》，以通用技術系統化的思想和設計需要不斷優化改進的理念為指導，運用設計的一般過程對兩個物理實驗進行改進，增強了實驗效果。江蘇省興化中學顧曉斌的《跨學科培養通用技術學科核心素養的思考與實踐》，是江蘇省教育科學“十三五”規劃立項課題“基于新課程改革的高中各學科核心素養校本化構建及互融共生研究”的成果之一，通過添加動滑輪，對“探究加速度與力和質量的關系”實驗進行了創新和改進。

內蒙古師范大學物理與電子信息學院蘇虹的《高中通用技術課基于物理器具制作開展 STEAM教育活動實踐——以靜電起電機制作為例》，運用STEAM教育理念，把物理器具制作作為通用技術的實踐項目，開展STEAM教育活動，并以學生制作靜電起電機活動為例進行了探討。貴州師范大學物理與電子科學學院周先敏的《高中物理教學與通用技術實踐融合的初步探討》，總結了田軍霖和何積蒼老師關于實驗裝置的改進，認為將通用技術實踐引入物理課堂教學中，可以提高學生的創新能力和動手實踐能力，又找到了一個提高學生科學素養的新渠道。

南京工業大學孫義杰的《高中物理與通用技術學科教學整合思考》發表在《學習周報·教與學》上，介紹了教師在講到勻速圓周運動中的線速度、角速度和轉速等概念及它們之間的聯系與轉換的問題時，及時與通用技術進行了整合。

國外沒有通用技術的課程名稱，技術工程教育相當于我國的通用技術課程。通過對文獻的查詢和分析，可以看到，國外十分重視技術工程教育與物理融合教學。

德國一直提倡綜合教育，主張將勞動技術教育和學校的各個學科教育結合形成綜合技術課，設置了很多研究主題。學生綜合運用自然科學和社會科學等知識進行研究，培養邏輯思維能力，在勞動中開展自我教育，形成正確的觀念。湛江師范學院外國語學院劉曉玲在《職業技術課程與學科課程融合》一文中指出，“美國將科學課程和技術課程融合教學，讓學生在技術問題探索活動中學習科學知識”。湖北大學物理與電子科學學院吳維寧在《美國物理新教法評介》一文中提到，“美國提倡‘做中學’，提倡自主探究，為學生營造一種真實問題解決的教學環境，指導學生在電腦上建立模型，將物理與技術融合起來教學”。

綜合國內和國外的研究可以看到，國內的多學科相互融合學習正在開展，運用通用技術理念和方法改進物理實驗的研究正在進行，國外提倡各學科綜合學習。但是，大多數研究是物理實驗的設計，而以提高學生的核心素養為目的，對通用技術跟物理教學相結合的研究實踐還不多，用通用技術理念和方法指導物理實驗設計的研究深度還不夠。河南省對高中物理和通用技術融合的研究還很薄弱，很多方面的實踐和研究尚屬空白，亟須開展學習和實踐。本課題將繼續開展高中物理實驗設計和通用技術融合的實踐研究，期待研究成果能夠在高中物理教學中得到推廣。

（本文系2023年度河南省教育資源保障研究一般課題“高中物理實驗設計與通用技術課程融合的實踐研究”的階段性成果。課題立項號：2023JZB278）

（黃淑紅單位系鄭州市第十八中學，江言安單位系鄭州市第七高級中學，孫海洋單位系鄭州市第十八中學）