肖永琴 隋巧虹

摘? ?要：學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，是指學(xué)生在教師或相關(guān)實(shí)驗(yàn)啟發(fā)下，圍繞初中物理有關(guān)問(wèn)題，任務(wù)驅(qū)動(dòng)，自主選擇實(shí)驗(yàn)器材，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法，經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、收集證據(jù)、分析論證和質(zhì)疑交流等探究過(guò)程，掌握物理知識(shí)和研究問(wèn)題的方法，養(yǎng)成應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的習(xí)慣。它不僅是一種理念，也是一種教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生“四動(dòng)”，即動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)筆和動(dòng)腦。本文以“滑輪”教學(xué)為例，闡述在課前、課中、課后以學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的策略，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀念，形成必備品格和關(guān)鍵能力。

關(guān)鍵詞：學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);深度學(xué)習(xí);初中物理;滑輪

物理學(xué)科本質(zhì)特征的要求，決定實(shí)驗(yàn)探究在物理教學(xué)中有著重要的作用，科學(xué)探究既是學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式。隨著時(shí)代的發(fā)展，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)已從知識(shí)積累轉(zhuǎn)向思維訓(xùn)練、能力培養(yǎng)和素養(yǎng)形成，學(xué)習(xí)的方法也從書(shū)本間接知識(shí)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向與生活、實(shí)踐全面結(jié)合。因此學(xué)習(xí)經(jīng)歷顯得更加重要，對(duì)物理而言有實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的課堂才更具有生命力，才能更好地落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)培育。針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)，動(dòng)手實(shí)踐不多，探究意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)，探究能力以及解決問(wèn)題能力不足，我們提出以學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，可以更好地形成必備品格、關(guān)鍵能力和價(jià)值觀念。

1? 學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是一種教學(xué)方式

我們倡導(dǎo)的學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，是指學(xué)生在教師或相關(guān)實(shí)驗(yàn)啟發(fā)下，圍繞初中物理有關(guān)問(wèn)題，任務(wù)驅(qū)動(dòng)，自主選擇實(shí)驗(yàn)器材，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法，經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、收集證據(jù)、分析論證和質(zhì)疑交流等探究過(guò)程，掌握物理知識(shí)和研究問(wèn)題的方法，養(yǎng)成應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的習(xí)慣。它鼓勵(lì)學(xué)生利用身邊的生活物品進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，也鼓勵(lì)質(zhì)疑和創(chuàng)新，是一個(gè)真實(shí)的問(wèn)題解決過(guò)程。

學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)，探究能力弱，解決問(wèn)題能力不足等，這樣的行為表現(xiàn)一定是由其內(nèi)在特質(zhì)和深層動(dòng)機(jī)引發(fā)的。學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為一種教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生“四動(dòng)”，即動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)筆和動(dòng)腦。首先，強(qiáng)調(diào)教師要想盡辦法極大地喚醒和調(diào)動(dòng)學(xué)生積極主動(dòng)地參與，在“動(dòng)”中，學(xué)生的好奇心和探究欲望被激發(fā)，學(xué)習(xí)興趣在保持;其次，強(qiáng)調(diào)能力和素養(yǎng)培育，在“動(dòng)”中，學(xué)生的思維能力、探究能力、實(shí)踐能力、表達(dá)能力和創(chuàng)新能力得到發(fā)展;第三，強(qiáng)調(diào)情感交流與合作精神，在“動(dòng)”中，學(xué)生的自信心、自尊心得到尊重，責(zé)任心、行為習(xí)慣得到培養(yǎng)，合作能力、溝通能力得到發(fā)展。正因如此，通過(guò)學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，更容易打通素質(zhì)冰山模型中表面的“冰山以上部分”和深藏的“冰山以下部分”，從能力和素養(yǎng)方面促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。

2? 學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

課前，學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動(dòng)和問(wèn)題引導(dǎo)下，自由地、主動(dòng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樽杂梢簿湍軌蚣骖檶W(xué)習(xí)中學(xué)生的個(gè)體差異。課中，將學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為課堂教學(xué)資源的一部分，學(xué)生在組內(nèi)討論、相互啟發(fā)的基礎(chǔ)上，在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行全班交流，因?yàn)殚_(kāi)放，也就更容易達(dá)成“生創(chuàng)互學(xué)”的目標(biāo)。課后，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究，也可以邀請(qǐng)專(zhuān)業(yè)的家長(zhǎng)參與，用成人的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)給孩子提供有益的幫助。

下面以滬科版八年級(jí)物理的“滑輪”教學(xué)為例，說(shuō)明學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用。

2.1? 課前針對(duì)實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生通過(guò)觀察和思考提出解決問(wèn)題的初步方案

實(shí)際問(wèn)題：學(xué)校正在對(duì)科藝樓進(jìn)行翻修，需要將一些建筑材料及物品運(yùn)至高層教室。

由于小學(xué)科學(xué)已對(duì)滑輪及省力有一定的了解，所以教師給出學(xué)習(xí)任務(wù)清單[ 1 ]：

（1）查閱圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)有關(guān)資料，搜集古代勞動(dòng)人民利用滑輪的生活生產(chǎn)事例。

（2）尋找現(xiàn)實(shí)生活中的滑輪，觀察生產(chǎn)實(shí)際中利用滑輪的實(shí)例。思考：不同場(chǎng)景中，人們利用滑輪的目的是什么？不同種滑輪有何優(yōu)缺點(diǎn)？如何使用滑輪可以更省力？

（3）學(xué)校要利用暑假更換科藝樓所有教室內(nèi)的講臺(tái)，考慮到教學(xué)樓層較高、班級(jí)數(shù)較多，講臺(tái)的質(zhì)量、體積較大，而工人數(shù)量有限，無(wú)法直接搬運(yùn)，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)方案，幫助解決這個(gè)問(wèn)題。

學(xué)生以小組為單位，團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)展學(xué)習(xí)研究活動(dòng)。

根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)清單，學(xué)生以小組的形式組建了學(xué)習(xí)共同體，收集資料，對(duì)滑輪進(jìn)行大量的觀察和研究，自制滑輪模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，在團(tuán)隊(duì)內(nèi)交流討論，對(duì)滑輪特點(diǎn)和作用認(rèn)識(shí)與感悟后，進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，提出解決講臺(tái)運(yùn)輸問(wèn)題的方案，并制作成PPT。

2.2? ?課中學(xué)生展示研究成果交流分享，教師在關(guān)鍵處幫助學(xué)生突破難點(diǎn)

學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，要求邊做邊說(shuō)，說(shuō)自己的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，說(shuō)自己的創(chuàng)意和思路，因此它是融合了動(dòng)作表征、圖像表征與符號(hào)表征的完整過(guò)程，必然會(huì)促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的內(nèi)化[ 2 ]。因此我們將學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為課堂教學(xué)資源的一部分，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

2.2.1? 以團(tuán)隊(duì)形式展示研究成果，小組之間交流分享

由于學(xué)生課前有大量的觀察和研究，并制作與組裝出了一些簡(jiǎn)易滑輪模型，因此，課堂上先以團(tuán)隊(duì)的形式讓學(xué)生展示他們的研究成果，解決基本知識(shí)，老師則化身為學(xué)生跟其他同學(xué)一起傾聽(tīng)，提出相關(guān)疑問(wèn)。

團(tuán)A：利用PPT與事先錄好的實(shí)驗(yàn)視頻分享了三項(xiàng)內(nèi)容：①古時(shí)候以及現(xiàn)代生產(chǎn)生活中運(yùn)用滑輪的例子，日常生活中隨處可見(jiàn)的滑輪圖片;②滑輪的構(gòu)造;③根據(jù)他們觀察到滑輪在使用時(shí)軸的運(yùn)動(dòng)情況不同，嘗試進(jìn)行的分類(lèi)：定滑輪和動(dòng)滑輪。

團(tuán)B：①展示了自制“國(guó)旗升降臺(tái)”模型（圖1），模擬定滑輪在實(shí)際生活中的應(yīng)用，進(jìn)一步鞏固了定滑輪可以改變力的方向的知識(shí);②針對(duì)一般滑輪在使用過(guò)程中輪與軸之間摩擦力較大和繞繩容易脫落的問(wèn)題，他們組還展示了在家長(zhǎng)和老師幫助下，精心研制的創(chuàng)新滑輪（圖2），并說(shuō)明了動(dòng)滑輪在使用過(guò)程中可以省力、但不能改變力的方向的特點(diǎn)。

那么，為什么定滑輪不能省力，動(dòng)滑輪可以省一半力，這對(duì)學(xué)生的理解來(lái)說(shuō)是個(gè)難點(diǎn)，并不是他們自己容易解決的，因此，教師的指導(dǎo)作用就要在此時(shí)此處發(fā)揮了。

2.2.2? ?教師的自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)剖開(kāi)問(wèn)題本質(zhì)，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)

教師通過(guò)可拆卸的自制磁性滑輪（圖3），將其上、中、下部分進(jìn)行靈活拆解（各部分利用磁鐵進(jìn)行連接）（圖4），將滑輪形象地拆解成了一根杠桿。用其演示可以幫助學(xué)生輕松地明確定滑輪、動(dòng)滑輪的支點(diǎn)位置（圖5），有效地突破了觀察難點(diǎn)，也是本節(jié)課的一個(gè)關(guān)鍵，這樣學(xué)生就較容易理解定滑輪、動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)就是一根杠桿，但支點(diǎn)位置是不同的。

教師進(jìn)一步利用希沃軟件里的直尺工具配合滑輪變形圖，在大屏幕上直觀地、示范畫(huà)出這個(gè)杠桿的力臂，再引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用杠桿的平衡條件進(jìn)行理論分析，由此得出定滑輪的實(shí)質(zhì)是等臂杠桿，動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)是動(dòng)力臂為阻力臂兩倍的省力杠桿，至此為什么定滑輪不能省力，動(dòng)滑輪可以省一半力就得以較好地解決了。

2.2.3? 學(xué)習(xí)進(jìn)階，學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)再顯其威

在明確了定滑輪、動(dòng)滑輪的好處后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：如果既想省力又想改變力的方向，該怎么辦？

由于開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手熱情被調(diào)動(dòng)起來(lái)，有的團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了自己組裝的滑輪組作品。如團(tuán)C：簡(jiǎn)易起重機(jī)模型（圖6），團(tuán)D：滑輪組合模型（圖7）。

更有意思的是有的學(xué)生還利用樂(lè)高玩具制作了簡(jiǎn)易升降機(jī)與起重機(jī)。（圖8和圖9）

展示的作品都可以達(dá)到既省力又改變力的方向的目的，但是問(wèn)題又來(lái)了：①滑輪組最大程度能省多大的力？②繩子自由端的拉力與承擔(dān)物重的繩子的根數(shù)有關(guān)嗎？③如果有關(guān)，有什么樣的定量關(guān)系？通過(guò)一個(gè)個(gè)有層次的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，促使學(xué)生認(rèn)真思考，并實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階，再次通過(guò)小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手實(shí)踐、分析論證、匯報(bào)交流。同時(shí)由于學(xué)生展示了不一樣的滑輪組省力模型，開(kāi)放性的課堂生成了好資源，使滑輪組的問(wèn)題得以一步步解決。

2.3? ?課末、課后引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題

2.3.1? 課末首尾呼應(yīng)，解決課前提出的問(wèn)題

由學(xué)生的簡(jiǎn)易升降機(jī)與起重機(jī)解決材料運(yùn)輸問(wèn)題，自然而然地將學(xué)習(xí)延伸到了工程問(wèn)題，通過(guò)引導(dǎo)他們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題，也解決了學(xué)校的實(shí)際問(wèn)題，達(dá)到了學(xué)以致用的目的。

2.3.2? 課后鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探究，提升科學(xué)實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

我們布置的作業(yè)既有書(shū)面作業(yè)，也有實(shí)踐作業(yè)，對(duì)不同的學(xué)生可有不同的要求，讓學(xué)生自己選擇。

（1）對(duì)沒(méi)有組裝起重機(jī)的同學(xué)：完成筆者命制的2017年福州市質(zhì)檢物理試題，具體如下：

吊車(chē)是能夠在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運(yùn)重物的起重機(jī)械中的一種，起重量是吊車(chē)的主要性能參數(shù)，指的是吊車(chē)能夠提升重物的最大質(zhì)量。一旦超過(guò)重量，吊車(chē)可能發(fā)生傾覆事故。每臺(tái)吊車(chē)的起重量是可以隨吊臂傾角和吊臂長(zhǎng)度的變化而變化的。小明他們?cè)诩夹g(shù)人員的指導(dǎo)下，一起對(duì)某型號(hào)汽車(chē)吊（圖10）進(jìn)行起重量模擬測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1。

①若要研究起重量隨吊臂長(zhǎng)度的變化規(guī)律，應(yīng)選用圖11的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行研究。你選擇的理由是? ? ? ? ? ? ? 。

②你認(rèn)為吊臂傾角為30°時(shí)，使用該吊車(chē)能否吊起5000kg的重物而不發(fā)生傾覆事故？

③由實(shí)驗(yàn)可知，增大吊車(chē)起重量的方法可能有 。（填序號(hào)，答案可能不止一項(xiàng)）

A. 增大吊臂傾角? ? ? ? ?B. 增大吊臂長(zhǎng)度

C. 減小吊臂傾角? ? ? ? ?D. 減小吊臂長(zhǎng)度

（2）對(duì)組裝了起重機(jī)模型的同學(xué)：請(qǐng)利用自制起重機(jī)，探究起重機(jī)的起重量與吊臂長(zhǎng)度、傾角的關(guān)系，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3? 結(jié)語(yǔ)

學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)既是一種理念，也是一種教學(xué)方式。首先，它可以充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，但教師的教育教學(xué)觀念要真正改變，應(yīng)充分相信學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生多觀察生活，建立與實(shí)際的連接，簡(jiǎn)單的問(wèn)題學(xué)生能懂由學(xué)生自己解決，鼓勵(lì)其自己做實(shí)驗(yàn)、還要說(shuō)出來(lái)、教他人。其次，教師要學(xué)會(huì)傾聽(tīng)，作為一個(gè)教學(xué)的組織者和促進(jìn)者，在關(guān)鍵處、困難處適時(shí)適度地加以引導(dǎo)，特別是我們將學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為課后實(shí)踐性作業(yè)，使課堂教學(xué)資源更加豐富、開(kāi)放和靈動(dòng)，學(xué)生的聰明才智得以更好地發(fā)揮，對(duì)老師的教學(xué)智慧也是一個(gè)挑戰(zhàn)。第三，本課教學(xué)圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)從真實(shí)情境出發(fā)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題引導(dǎo)，學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，已經(jīng)融合了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多方面知識(shí)，是一種STEAM教育，而STEAM學(xué)習(xí)會(huì)促使學(xué)生鉆研與生活相關(guān)的現(xiàn)實(shí)任務(wù)，從而取得具體的學(xué)習(xí)成果[ 3 ]。同時(shí)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，有學(xué)生充分發(fā)揮想象力與創(chuàng)造力，對(duì)傳統(tǒng)器材進(jìn)行大膽改進(jìn)，自制滑輪的工藝和技術(shù)已達(dá)到了較高水平，這就是一種創(chuàng)新創(chuàng)造。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖永琴.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的初中物理實(shí)踐作業(yè)設(shè)計(jì)[J].教學(xué)與管理， 2020（3）：49-51.

[2]湯金波，黃網(wǎng)官.學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是未來(lái)物理教學(xué)的最優(yōu)途徑[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器， 2018（6）：3-6.

[3]羅伯特·M·卡普拉羅，詹姆斯·R·摩根.基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)——一種整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)方式[M]. 上海：上?？萍冀逃霭嫔?， 2016.