黎敏娟

［摘 要］文章以“設(shè)計節(jié)能采光系統(tǒng)”教學(xué)為例，探討基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的初中物理項目式實驗教學(xué)實踐?！霸O(shè)計節(jié)能采光系統(tǒng)”教學(xué)通過喚醒學(xué)生興趣，融合不同的學(xué)科知識，采用不同的教學(xué)方式，對現(xiàn)有的教學(xué)資源進行優(yōu)化和改進，創(chuàng)新性地引導(dǎo)學(xué)生進行項目設(shè)計、實驗操作和問題解決等活動，幫助學(xué)生學(xué)會運用物理知識解決實際問題，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

［關(guān)鍵詞］喚醒；融合；創(chuàng)新；項目式實驗教學(xué)

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ? ?［文獻標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）12-0069-04

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）的一級主題“實驗探究”體現(xiàn)了物理課程實踐性的特點。《課標(biāo)》在“學(xué)業(yè)要求”中指出，能通過物理實驗建構(gòu)物理概念，深化對物理規(guī)律的認(rèn)識。在物理教學(xué)中，實驗扮演著至關(guān)重要的角色。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)往往只注重實踐內(nèi)容的傳授和實驗技能的訓(xùn)練，而忽略了學(xué)生對于實驗的探究和設(shè)計能力的培養(yǎng)。以“知識本位”為導(dǎo)向的實驗教學(xué)無法激發(fā)學(xué)生的探究潛力，使課堂失去了活力與魅力。項目引領(lǐng)的實驗教學(xué)方式逐漸受到關(guān)注?；趩拘?、融合、創(chuàng)新理念的項目式實驗教學(xué)，以實際項目為基礎(chǔ)，通過真實問題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將技術(shù)、工程等各種知識與物理知識相融合，引導(dǎo)學(xué)生主動設(shè)計、實踐和反思，提高學(xué)生的問題解決能力，進而有效培育學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

一、基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的項目式實驗教學(xué)的內(nèi)涵

基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的項目式實驗教學(xué)，將喚醒、融合、創(chuàng)新理念全方位地融入各個教學(xué)環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的全面提升。

其一，“喚醒”理念強調(diào)的是對學(xué)生內(nèi)在潛能的激發(fā)和學(xué)習(xí)熱情的喚醒。這意味著教師需要創(chuàng)設(shè)富有吸引力的實驗情境，引導(dǎo)學(xué)生主動觀察、思考和探索，從而發(fā)現(xiàn)問題并提出問題。這樣，學(xué)生的好奇心和求知欲被喚醒，他們開始積極主動地參與實驗活動。

其二，“融合”理念關(guān)注的是跨學(xué)科知識和技能的整合。這就要求教師打破學(xué)科壁壘，將不同領(lǐng)域的知識和方法融合在一起，形成綜合性的實驗項目。學(xué)生在完成這些實驗項目的過程中需要運用多種學(xué)科知識和技能，從而實現(xiàn)了對知識的綜合運用和能力的全面提升?？鐚W(xué)科融合，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，還有助于學(xué)生更好地適應(yīng)未來社會的多元化需求。

其三，“創(chuàng)新”是項目式實驗教學(xué)的核心目標(biāo)。在“創(chuàng)新”理念的引導(dǎo)下，實驗教學(xué)不再滿足于傳統(tǒng)的驗證性實驗，而是更加注重設(shè)計探索性和綜合性實驗。通過引導(dǎo)學(xué)生參與實驗項目的創(chuàng)新設(shè)計與實施，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。鼓勵學(xué)生嘗試新的方法、提出新的觀點，允許他們在實驗過程中出現(xiàn)錯誤和失敗，使其從中汲取經(jīng)驗教訓(xùn)。這種對創(chuàng)新的追求，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，還有助于他們在未來的科學(xué)研究和工作中取得更好的成績。

二、基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的初中物理項目式實驗教學(xué)策略

本文以“設(shè)計節(jié)能采光系統(tǒng)”教學(xué)為例探討基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的初中物理項目式實驗教學(xué)的策略。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，喚醒興趣，激發(fā)求知欲

教師通過播放有關(guān)能源危機的視頻，引導(dǎo)學(xué)生圍繞“如何做到節(jié)能？”“未來新能源的前景如何？”等話題進行熱烈的討論，然后提出問題：（1）教室的照明用燈，怎樣才能做到節(jié)約用電？（2）如果我們用自然光來照明，能否達到節(jié)約能源的目的？（3）在無窗、地下室或者朝北的房間，要想減少人工照明用電，節(jié)約能源，應(yīng)通過什么方式引入自然光？

在學(xué)生逐一回答問題后，教師進一步提問：上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了光的直線傳播，知道了光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，那么我們運用什么方法來改變光的傳播路線，將其引入室內(nèi)呢？教師接著出示地下室的模型，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)實生活的需要尋求解決的方法，喚醒學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

（二）任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)，融合知識，解決問題

在引導(dǎo)學(xué)生進入問題情境后，教師為學(xué)生分配設(shè)計節(jié)能采光系統(tǒng)的任務(wù)，以驅(qū)動他們主動學(xué)習(xí)和探究。為了完成任務(wù)，學(xué)生需要融合各種知識來設(shè)計和優(yōu)化他們的采光系統(tǒng)。這個過程可以幫助學(xué)生形成物理觀念，提升學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（1）了解光的傳播路徑和規(guī)律。學(xué)生需要知道光是如何傳播的，以及光的反射有什么規(guī)律。

（2）選擇合適的材料和工具。學(xué)生需要了解如何選擇合適的材料和工具來制作節(jié)能采光系統(tǒng)。

（3）進行實驗和記錄數(shù)據(jù)。學(xué)生需要進行實驗來驗證自己所設(shè)計的采光系統(tǒng)是否合理，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

（4）分析數(shù)據(jù)并調(diào)整方案。學(xué)生需要對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并根據(jù)分析結(jié)果來調(diào)整和優(yōu)化自己的設(shè)計方案。

通過以上措施，教師可以幫助學(xué)生將所學(xué)的物理知識應(yīng)用于實踐，使學(xué)生形成物理觀念，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

為了幫助學(xué)生把握物理核心知識，探究物理規(guī)律和建構(gòu)物理模型，教師將項目任務(wù)進行分解，設(shè)計如下進階任務(wù)。

任務(wù)一：探究光的反射定律。

將任務(wù)一拆分成兩個探究活動。

探究活動一：探究入射角和反射角的大小關(guān)系。

提供器材：激光筆、束光器、小鏡子、開有縫隙的PVC管、白紙、帶有量角器刻度的可折轉(zhuǎn)硬紙板。

教師活動：引導(dǎo)學(xué)生猜想光在反射時，入射角i和反射角r的大小關(guān)系。

學(xué)生活動：小組討論交流，自行選擇器材，設(shè)計實驗方案；分工合作，將所測得的數(shù)據(jù)記錄到表格（見表1）中。

方案一：將小鏡子塞到豎放的PVC管的縫隙中，然后放在白紙上，讓激光筆沿著白紙照向小鏡子， 在白紙上顯現(xiàn)出反射光路（如圖1）。

方案二：將小鏡子平放在桌面上，將帶有量角器刻度的可折轉(zhuǎn)硬紙板豎直放置在小鏡子上，激光筆順著刻度線照向小鏡子，入射光線和反射光線都顯示在硬紙板上（如圖2）。

得出結(jié)論：光在反射時，反射角等于入射角。

探究活動二：探究反射光線、入射光線、法線的位置關(guān)系。

問題1：請從數(shù)學(xué)的角度說一說法線與反射光線、入射光線之間存在什么樣的幾何關(guān)系。

教師活動：首先，教師引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)學(xué)的角度歸納出以下規(guī)律：①法線是入射光線與反射光線的角平分線；②法線是入射光線與反射光線的對稱軸。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)的角度對法線、反射光線和入射光線的位置關(guān)系以及選擇的參照物作對比。

得出結(jié)論：反射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)。

學(xué)生活動：按照實驗要求操作，將所觀察到的現(xiàn)象記錄到表格（見表2）中。

問題2：若向后折硬紙板，在紙板上看不到反射光，它會在哪兒？你能想辦法把它的位置找出來嗎？

教師活動：引導(dǎo)學(xué)生利用霧化器的水霧反光把反射光路的位置顯示出來（如圖3）。

學(xué)生活動：交流展示入射光線、反射光線與法線仍在同一平面內(nèi)。

得出結(jié)論：反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。

任務(wù)二：結(jié)合所提供的模型和模擬實驗環(huán)境，運用鏡面反射采光法，將模擬的太陽光引入“地下室”內(nèi)。

學(xué)生討論設(shè)計方案，實施方案。具體操作為：將一面鏡子調(diào)整角度放入（如圖4）——將兩面鏡子調(diào)整角度放入（如圖5）——將多面鏡子調(diào)整角度放入（如圖6）。通過實驗操作，學(xué)生獲得了成功的體驗，創(chuàng)新思維得到了培養(yǎng)。

（三）項目產(chǎn)品設(shè)計，培養(yǎng)思維，實現(xiàn)知識應(yīng)用

在完成實驗和反思后，學(xué)生進入項目產(chǎn)品的設(shè)計階段。這個階段需要學(xué)生運用科學(xué)思維來分析和解決問題，以達到優(yōu)化節(jié)能采光系統(tǒng)的目的。學(xué)生通過思維碰撞，思考光是否可以通過多次反射進行傳輸，使思維得到升華，為成果的進一步物化奠定基礎(chǔ)。

（四）方案優(yōu)化改進，創(chuàng)新成果，實現(xiàn)價值轉(zhuǎn)化

學(xué)生需要分析在實驗過程中遇到的問題，并制訂相應(yīng)的解決方案。學(xué)生需要考慮如何改進設(shè)計方案來提高光的利用效率。學(xué)生進入產(chǎn)品制作的階段，需要考慮實際應(yīng)用場景中的各種因素，例如如何采光、如何增強光的反射、如何將光均勻散射到室內(nèi)等。右圖為學(xué)生設(shè)計圖（如圖7）。項目產(chǎn)品制作說明：采用硬度高、透光率高的采光罩在室外進行采光；光導(dǎo)管的彎管可以靈活轉(zhuǎn)動，可以多角度傳輸光，采用反射率高、漫反射低、聚光性能好的鏡面薄鋁作為光導(dǎo)管內(nèi)壁，提升光的利用率；通過透射性強漫反射裝置，可將光均勻地分布在室內(nèi)。

（五）進行項目產(chǎn)品調(diào)試，制作評價量表

在項目產(chǎn)品調(diào)試階段，學(xué)生需要根據(jù)優(yōu)化改進后的設(shè)計方案進行項目產(chǎn)品的調(diào)試。這個過程中，學(xué)生需要利用合適的材料和工具，按照設(shè)計方案進行調(diào)試，同時記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并進行誤差分析，以驗證產(chǎn)品的性能是否符合要求。組間討論交流，優(yōu)化設(shè)計評價量表，以評價學(xué)習(xí)成果。通過評價量表的4個維度和12個指標(biāo)（見表3）對項目設(shè)計者進行評價，這有助于學(xué)生反思自己的學(xué)習(xí)過程，深化對知識原理、科學(xué)探究、科學(xué)思維、實踐活動的本質(zhì)的認(rèn)識。

三、教學(xué)實踐反思

在“設(shè)計節(jié)能采光系統(tǒng)”這一教學(xué)活動中，教師采用基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的項目式實驗教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生運用物理知識解決實際問題，實現(xiàn)了學(xué)生多方面能力的提升。下面筆者結(jié)合教學(xué)實踐進行深入反思，探討其在教學(xué)實踐中的優(yōu)點和不足。

（一）打通情境孤島，喚醒學(xué)生興趣

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，學(xué)生往往是機械地記憶公式和概念，缺乏對知識的深入理解和靈活運用。在“設(shè)計節(jié)能采光系統(tǒng)”教學(xué)中，教師將物理知識融入實際生活問題中，喚醒學(xué)生的興趣，幫助學(xué)生建立物理知識與現(xiàn)實生活的聯(lián)系；通過實際問題的解決，將各學(xué)科知識有機地結(jié)合起來，打破情境孤島，使知識更具完整性。

在教學(xué)實踐中，教師要注意控制問題的難度和復(fù)雜度，以免出現(xiàn)過于復(fù)雜的問題讓學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，影響其學(xué)習(xí)積極性。

（二）促進跨學(xué)科融合，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

在“設(shè)計節(jié)能采光系統(tǒng)”的教學(xué)中，教師通過引導(dǎo)學(xué)生解決問題、團隊協(xié)作和實踐操作等，發(fā)展了學(xué)生的核心素養(yǎng)。學(xué)生在解決問題的過程中，不僅需要運用所學(xué)的物理知識，還會涉獵其他學(xué)科知識，這有助于促進跨學(xué)科融合，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

在教學(xué)實踐中，教師還需要關(guān)注學(xué)生的個體差異和學(xué)習(xí)需求，給學(xué)生提供個性化的指導(dǎo)，以確保每個學(xué)生的能力都能在原有基礎(chǔ)上得到提升。

（三）打破知識壁壘，發(fā)展創(chuàng)新思維

在“設(shè)計節(jié)能采光系統(tǒng)”的教學(xué)中，教師通過引導(dǎo)學(xué)生進行項目設(shè)計、模型制作和調(diào)試、優(yōu)化改進以及產(chǎn)品制作和調(diào)試等一系列活動，幫助學(xué)生打破知識壁壘，實現(xiàn)跨學(xué)科知識的整合和應(yīng)用，促進學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

在教學(xué)實踐中，教師需要關(guān)注學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，讓學(xué)生的能力得到更高層次的提升。

綜上所述，以“設(shè)計節(jié)能采光系統(tǒng)”為教學(xué)實例，實施基于喚醒、融合、創(chuàng)新理念的初中物理項目式實驗教學(xué)，可喚醒學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生將技術(shù)、工程等知識與物理知識相融合，主動進行設(shè)計、實驗與反思，使學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力得到提升，環(huán)保意識和社會責(zé)任得到培養(yǎng)?；趩拘?、融合、創(chuàng)新理念的項目式實驗教學(xué)，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才提供了有益經(jīng)驗。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)：2022年版［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］? 胡倉兵. 項目引領(lǐng)下初中物理STEM-PBL教學(xué)案例的實踐與反思：以“桿秤的制作”教學(xué)為例［J］.中學(xué)物理，2021（2）：36-39.

（責(zé)任編輯? ? 黃春香）