增進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)體驗(yàn)提升學(xué)生思維品質(zhì)

【摘要】“雙減”政策和新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)義務(wù)教育提出了更新更高的要求。本文從初中物理教育角度出發(fā)，結(jié)合“焦耳定律”的教學(xué)實(shí)踐介紹學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、展示交流的實(shí)例，讓學(xué)生增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)體驗(yàn)，順利突破教學(xué)重難點(diǎn)，從而幫助學(xué)生增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究水平、提升思維品質(zhì)，為學(xué)生的思維在高中能順利進(jìn)階做好鋪墊，為學(xué)生的終身發(fā)展服務(wù)。一、背景2021年7月中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見(jiàn)》，“雙減”政策的落地意在減輕學(xué)生過(guò)重的作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)，目的在于讓每一個(gè)孩子接受更健康的教育，提升教育質(zhì)量。2022年版物理新課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：聚焦中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，進(jìn)一步精選對(duì)學(xué)生終身發(fā)展有價(jià)值的課程內(nèi)容，減負(fù)提質(zhì)，凸顯學(xué)生主體地位，關(guān)注學(xué)生個(gè)性化、多樣化的學(xué)習(xí)和發(fā)展需求，義務(wù)教育物理課程是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程，幫助學(xué)生從物理學(xué)視角認(rèn)識(shí)自然、解決相關(guān)實(shí)際問(wèn)題，初步形成科學(xué)的自然觀，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，進(jìn)而學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。二、學(xué)生情況調(diào)查對(duì)于初中生而言，初中二年級(jí)才開(kāi)始學(xué)習(xí)物理，本人針對(duì)剛剛升入初二年級(jí)的143個(gè)學(xué)生做了一個(gè)調(diào)查。調(diào)查題目如下：調(diào)查題目1.你喜歡在家動(dòng)手做一做各種各樣的小實(shí)驗(yàn)嗎？A.特別喜歡，平時(shí)我就喜歡自己在家動(dòng)手做一做B.喜歡，只要老師說(shuō)了我很樂(lè)意做C.一般，做不做都行D.不喜歡調(diào)查題目2.如果老師讓同學(xué)們?cè)诩覝?zhǔn)備一個(gè)自選小實(shí)驗(yàn)，你的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)源？A.自己思考的B.網(wǎng)絡(luò)上查找篩選一下C.課本中相關(guān)的或重復(fù)課本中的D.查找科普類(lèi)或?qū)嶒?yàn)類(lèi)書(shū)籍調(diào)查題目3.假如你在家做實(shí)驗(yàn)，你喜歡和家人（如父母）一起進(jìn)行嗎？A.特別喜歡B.比較喜歡C.都行D.更喜歡自己做實(shí)驗(yàn)調(diào)查題目4.如果你要在學(xué)校課堂上展示給同學(xué)們實(shí)驗(yàn)，你會(huì)在家事先做準(zhǔn)備到什么階段？A.好好準(zhǔn)備，在家先做熟練B.準(zhǔn)備好器材，心里面想想大概怎么做就可以了C.準(zhǔn)備好器材，到學(xué)校再想怎么做就行D.不會(huì)放在心上調(diào)查題目5.如果在課上沒(méi)有機(jī)會(huì)展示你在家準(zhǔn)備的小實(shí)驗(yàn)，你是否愿意錄成視頻或做成其他形式作品在相關(guān)微信群或大屏幕進(jìn)行展示？A.特別愿意B.比較愿意C.無(wú)所謂D.不愿意經(jīng)統(tǒng)計(jì)，各題選擇各選項(xiàng)人數(shù)如表1。從調(diào)查結(jié)果來(lái)看，49%的學(xué)生喜歡在家動(dòng)手做一做各種各樣的小實(shí)驗(yàn)，38%的學(xué)生在老師布置后也是很喜歡做的。而如果讓學(xué)生準(zhǔn)備一個(gè)自選小實(shí)驗(yàn)，34%的學(xué)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)源于自己思考，41%的學(xué)生會(huì)網(wǎng)絡(luò)上查找篩選一下。假如學(xué)生在家做實(shí)驗(yàn)，52%學(xué)生特別喜歡和比較喜歡與家人（如父母）一起進(jìn)行，22%學(xué)生感覺(jué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)有沒(méi)有家人的參與都行，25%更喜歡自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如果要在學(xué)校課堂上展示給同學(xué)們一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，84%的學(xué)生會(huì)在家好好準(zhǔn)備，先做熟練。如果在課上沒(méi)有機(jī)會(huì)展示在家準(zhǔn)備的小實(shí)驗(yàn)，特別愿意和比較愿意錄成視頻或做成其他形式作品在相關(guān)微信群或大屏幕進(jìn)行展示的占68%?？梢?jiàn)喜歡實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)操作、邊動(dòng)手邊動(dòng)腦、得到肯定、希望展示等這些特點(diǎn)符合初中生。三、實(shí)際體驗(yàn)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生會(huì)對(duì)許多物理現(xiàn)象不能理解，需要我們借助實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解決這些問(wèn)題。學(xué)生根據(jù)問(wèn)題，選擇實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作的過(guò)程中學(xué)生的探究能力得到了鍛煉，思維品質(zhì)得到了提升。如在焦耳定律內(nèi)容的學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生可進(jìn)行自己設(shè)計(jì)和展示實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)。如下為焦耳定律教學(xué)內(nèi)容分析及第一課時(shí)實(shí)際教學(xué)過(guò)程主要環(huán)節(jié)：教材分析：《焦耳定律》是教科版九年級(jí)物理上冊(cè)第六章《電功率》里的內(nèi)容。本章內(nèi)容屬于課程標(biāo)準(zhǔn)中科學(xué)內(nèi)容的第三個(gè)主題“能量”，是該主題下的二級(jí)主題“電磁能”中的部分內(nèi)容，知識(shí)內(nèi)容雖然不多，但很重要，它是從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)學(xué)習(xí)電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。教材在學(xué)生已具備電阻、電流、電壓、內(nèi)能、電功等知識(shí)后及時(shí)地安排了本節(jié)課，滿(mǎn)足了學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，同時(shí)也為學(xué)生升入高中打好了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，本節(jié)課也為下一節(jié)電功率的教學(xué)做了某些知識(shí)準(zhǔn)備，在全章中起著承前啟后的作用?！冻踔形锢硇抡n程標(biāo)準(zhǔn)》中提出的基本理念之一是：“注重科學(xué)探究，提倡學(xué)習(xí)方式的多樣化”，在這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該著重讓學(xué)生親歷各種探究過(guò)程，學(xué)習(xí)知識(shí)，發(fā)展解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)對(duì)象分析：學(xué)生在上節(jié)課認(rèn)識(shí)了電流的熱效應(yīng)，知道了電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量，這為本節(jié)課的教學(xué)提供了基礎(chǔ)；通過(guò)課下查閱資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，找到了比較熱量多少的方法，并通過(guò)探究“歐姆定律”等實(shí)驗(yàn)中關(guān)于控制變量法的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，為“電熱與電阻、電流和通電時(shí)間關(guān)系的探究”提供了科學(xué)的思維方式。教學(xué)過(guò)程：環(huán)節(jié)1：課堂引入教師活動(dòng)：設(shè)置情境，請(qǐng)同學(xué)們幫幫老師：上周六，我出門(mén)前囑咐兒子好好寫(xiě)作業(yè)，不要看電視。我回來(lái)時(shí)看到他在認(rèn)真寫(xiě)作業(yè)，電視機(jī)也沒(méi)打開(kāi)，很高興?？墒俏矣檬忠幻娨暀C(jī)后蓋后就發(fā)現(xiàn)，他剛看過(guò)電視。誰(shuí)知道我是怎么判定的？學(xué)生活動(dòng)：同學(xué)們積極思考、踴躍回答問(wèn)題，說(shuō)出電視機(jī)的后蓋發(fā)熱說(shuō)明剛剛看過(guò)電視。達(dá)成目標(biāo)：設(shè)置情境，尤其是同學(xué)們都熟悉的情境，吸引了學(xué)生的注意力，提升學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)知識(shí)——電流的熱效應(yīng)。環(huán)節(jié)2：提出問(wèn)題教師活動(dòng)：生活中，許多家用電器接通電流后，都伴有發(fā)熱現(xiàn)象。請(qǐng)同學(xué)們找出這些家用電器的共同特點(diǎn)：電烤箱、電熱水壺、電烙鐵、電熨斗、電爐子等。引導(dǎo)學(xué)生觀察電爐子工作時(shí)的情況并提出問(wèn)題：電爐絲和導(dǎo)線通過(guò)電流相同，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱？電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)？學(xué)生活動(dòng)：觀察，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行思考：這些用電器通電后都會(huì)發(fā)熱。認(rèn)識(shí)到：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象叫作電流的熱效應(yīng)。觀察電爐子圖片并提出問(wèn)題：電爐絲和導(dǎo)線通過(guò)電流相同，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱？電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)？達(dá)成目標(biāo)：結(jié)合實(shí)際生活使學(xué)生體會(huì)理解電流的熱效應(yīng)的概念，并通過(guò)觀察提出問(wèn)題：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)？為下一步的學(xué)習(xí)做好鋪墊。環(huán)節(jié)3：猜想假設(shè)教師活動(dòng)：教師提出問(wèn)題：結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，猜想電流產(chǎn)生熱量的影響因素，并提醒學(xué)生注意控制變量法在探究中的應(yīng)用。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生結(jié)合實(shí)際情況猜想影響電熱的因素：可能與電流有關(guān)；可能與時(shí)間有關(guān)；可能與電阻有關(guān)。達(dá)成目標(biāo)：使學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)等實(shí)際情況進(jìn)行猜想假設(shè)，并注意控制變量法在探究中的應(yīng)用。環(huán)節(jié)4：學(xué)生實(shí)驗(yàn)展示交流教師活動(dòng)：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)熱，其中所產(chǎn)生的熱量既看不見(jiàn)也摸不著，如何測(cè)量呢？教師從這個(gè)問(wèn)題入手引導(dǎo)學(xué)生展示自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，解決如何比較電熱多少的問(wèn)題。同時(shí)介紹科學(xué)方法：轉(zhuǎn)換法。教師介紹器材（圖1）：電阻絲固定在一個(gè)通明塑料盒內(nèi)，盒蓋上有接線柱和兩個(gè)通氣孔，通氣孔上分別連上橡膠管，把一個(gè)通氣孔用夾子夾住密封，另一個(gè)通氣孔通過(guò)橡膠管連接裝有一定液體的U形玻璃管，把電熱的多少轉(zhuǎn)換為觀察U形管內(nèi)兩側(cè)液面的高度差。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生展示自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，解決如何比較電熱多少的問(wèn)題：用發(fā)熱的電阻絲切割泡沫塑料，通過(guò)切割快慢來(lái)比較電熱多少；用電熨斗熨燙泡沫板，通過(guò)泡沫板的彎曲程度來(lái)判斷電熱多少；給熱水器通電通過(guò)觀察水溫的變化來(lái)判斷電熱的多少；把發(fā)熱的電阻絲和塑料布放在一起，觀察塑料布的卷曲程度來(lái)判斷電熱多少等。學(xué)生體會(huì)轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用。達(dá)成目標(biāo)：讓學(xué)生展示自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，既能解決如何比較電熱多少的問(wèn)題，又提升了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的參與感，為提升學(xué)習(xí)興趣和科學(xué)探究能力助力。體會(huì)科學(xué)方法的作用和多樣性。環(huán)節(jié)5：電路設(shè)計(jì)教師活動(dòng)：教師在學(xué)生設(shè)計(jì)電路探究電熱與電阻、電流的關(guān)系時(shí)，給予適當(dāng)引導(dǎo)。探究電熱與電阻的關(guān)系電路圖如圖2；探究電熱與電流的關(guān)系電路圖如圖3。學(xué)生活動(dòng)：設(shè)計(jì)電路用以探究電熱與電阻、電流的關(guān)系。根據(jù)常識(shí)（通電時(shí)間越長(zhǎng)塑料布被烤焦的程度越嚴(yán)重）判斷不用設(shè)計(jì)電路探究電熱與通電時(shí)間的關(guān)系。達(dá)成目標(biāo)：學(xué)生在明確了如何比較電熱多少后，又設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)電路，為實(shí)驗(yàn)探究做好準(zhǔn)備。環(huán)節(jié)6：實(shí)驗(yàn)探究教師活動(dòng)：教師展示實(shí)驗(yàn)，分別探究電熱與電阻、電流的關(guān)系：引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、分析歸納。探究電熱與電阻的關(guān)系電路圖如圖4；探究電熱與電流的關(guān)系電路圖如圖5。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、分析歸納得出：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻、通電時(shí)間有關(guān)。電流越大，電阻越大，通電時(shí)間越長(zhǎng)，電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。達(dá)成目標(biāo)：讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、分析歸納得出電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻、通電時(shí)間的定性關(guān)系。環(huán)節(jié)7：電熱的利用與危害教師活動(dòng)：教師展示多種利用電熱的用電器，請(qǐng)學(xué)生判斷哪些是利用電熱、哪些是防止電熱帶來(lái)的危害。引導(dǎo)學(xué)生有節(jié)約用電的意識(shí)。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生觀察判斷哪些家用電器是利用電熱、哪些是防止電熱帶來(lái)的危害。有節(jié)約用電的意識(shí)。達(dá)成目標(biāo)：通過(guò)了解電熱的利用和防止，認(rèn)識(shí)科學(xué)的應(yīng)用價(jià)值，使學(xué)生體會(huì)物理與生活生產(chǎn)的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生將物理知識(shí)主動(dòng)運(yùn)用于生活生產(chǎn)的意識(shí)。環(huán)節(jié)8：課堂總結(jié)教師活動(dòng)：教師引導(dǎo)學(xué)生練一練；引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生鞏固自己本節(jié)課的收獲和進(jìn)行反思總結(jié)。達(dá)成目標(biāo)：使學(xué)生在練習(xí)和總結(jié)知識(shí)的過(guò)程中，鞏固今日所學(xué)。四、感受實(shí)驗(yàn)由學(xué)生來(lái)設(shè)計(jì)和展示交流，學(xué)生會(huì)將生活中的物品納入實(shí)驗(yàn)，其余學(xué)生更容易接受和理解。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生要思考、準(zhǔn)備器材、動(dòng)手操作、組織語(yǔ)言，一定程度上成功地解決了問(wèn)題時(shí)，會(huì)產(chǎn)生喜悅感，會(huì)激發(fā)出學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的一種深層次動(dòng)力，并上升到對(duì)科學(xué)探究的興趣的提升。這種對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣提升擴(kuò)散到整個(gè)學(xué)習(xí)中，從而將有效提高各學(xué)科的學(xué)習(xí)效益。同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，能夠提升學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，對(duì)思維品質(zhì)的提升起到較好的作用。五、小結(jié)科學(xué)探