生态理念下校园物理教学素材的开发

李晓霞（广东省广州市协和中学，广东 广州　510160）

生态理念下校园物理教学素材的开发

李晓霞
（广东省广州市协和中学，广东 广州510160）

本文提出用“生态理念下开发校园物理教学素材”的方法来改变高中物理教学常常受限于书本和课堂导致的学生体验感缺乏、学习用处不大以及学习过程困难的不良感受，注重学生和校园之间的联系互动，在校园中找到学生物理学习的切入点来恢复物理学既基础又应用广泛的原本面目，并结合操作实践来阐述开发校园物理教学素材的两种方式，以及对学生和校园和谐、持续、良性发展的促进作用。

一、用生态理念开发校园物理教学素材的原因

物理学研究的是与物理世界有关的问题——能量、物质，以及它们之间的相互关系。①物理学本质上是一门基础学科，从字面上浅显地理解，“物”即物质，“理”是道理，并且物理学是技术革命的基础，应用广泛，是一门带有方法论性质的科学。中学阶段学习物理学的目的就是帮助学生理解物理世界，培养分析思考能力，获得一些科学的方法和策略。就学生个人发展而言，通过对物理的学习，学生们将来有些会直接运用物理学的实验技能技巧丰富自己的劳动操作技能，有些会就职与物理学相关的或者交叉学科的领域，如天文、工程、计算机、医学等等，还有些可以运用所学物理学解决问题的方法技能去从事商业、财经、社会学等与物理学看来完全不相关的一些工作。因此，高中物理学习对于学生的成长有很实际的意义。但是由于高中教学中物理事例经常仅限于书本，教学过程多限制于课堂，学生体验感缺乏，科学素养不能得到很好的培养，而教学的内容涉及多个物理知识分支，多数习题的设定理想化程度严重，这些都容易让学生产生一种“物理学离实际生活遥远，学习必要性不大，而且学起来非常困难”的感觉。

本文提出用“生态理念下开发校园物理教学素材”的方法来改善以上教学现状。“生态”一词源于古希腊，原意指“住所”或者“栖息地”，由此衍生出“一定地域（或空间）生存的各种动植物之间、动植物与所处的环境之间的相互关系”的含义，它强调系统中各因子之间的相互联系、相互作用以及功能上的统一，含有系统、整体、联系、和谐、共生和动态平衡之意。②生态理念下的教学不仅是指环境教育，更多的是指注重学生、社会和生态系统之间的联系，由此展开的教学互动。

中学生用大量的时间在校园里学习生活，校园的环境设施建设中就大量运用了物理学相关知识，一边是学生埋头于孤立的书本理论不会联系实际，一边是校园里大量事物的现有素材，如果以生态理念在校园里开发物理教学素材，把书本理论与身边的校园相结合，注重学生和校园之间的联系互动，就能给学生的物理学习找到很亲近的切入点，让学生感觉“物理不远，它很近，很实际，很有用”，贴近实际生活的思考能让抽象的理论变得具体，学习兴趣的提升能增加克服困难的意志力和深入研究问题的毅力，学生也能从中得到观察、思维、动手等各方面的训练为将来进一步的发展打下切实基础，物理学也能因此恢复原本的面目，同时这一切也有助于校园生态的和谐发展。

二、开发校园物理教学素材的方式与相关实践

近期有报道说“某学校在校园里种庄稼获得各种好评”、“在校园里种庄稼”一方面让学生实际参与了生产实践，感受了城市里少有的自然景象，另一方面庄稼也可以起到校园某时期绿化的效果。如果再对学生进行相关的教育教学，“种庄稼”就是这所学校开发出来的教学素材。

“教学素材”指用来进行教学分析或者实践的实例，是教学知识点的载体，放在校园里，它可以是一处房屋、一丛花草、一方池塘，甚至一根电线杆子。这些都是校园里司空见惯的存在物，其中都包含着很多事物道理，如何开发教学素材，就看教师看待校园的眼光视角。

1.方式一：按图索骥、按需索取。根据我国现行中学教材，中学的物理学科大致包括力、热、光、声、电与磁、原子这六个部分，由于各部分之间的联系，这种分类并不绝对，但利用这个分类寻找开发校园的物理教学素材还是可以的，可供参考的一种简单方式就是按照物理课本，对照着章节把校园里各个景观、建筑或者各项建设归类到相应的知识上去，发掘其可供物理学科教学活动的因子，顺序编排起来，这就好像是“按图索骥”。比如，很多学校有的吊棚（可以是车棚也可以是游泳池的顶棚等），就可以归类到力学；而学校的电力系统以及用电安全等，就可以归类到电学等等。不过，如果这些素材只是零碎而模糊地存在于教师的头脑中，那么在实际物理教学过程中，往往用着用着就忘记用了，而且在教学分析时也存在理论不清楚、道理不明朗的情况。所以，如果能够做成一本物理学校园案例集或者校园物理课本，方便教师和学生“按需索取”地进行课上讲解或者课下阅读，效果会更好一些。

在编写这样的案例课本过程中也经常会发现，原本校园里是为别的学科建设的景观，结果也和物理学脱不开关系，也可以拿来用之。比如时间广场，原本是作为地理学科的相关景观，但当翻开粤教版高中物理教材必修1的第一章，就会看到“时间”的概念描述，这时插入时间广场这个校园素材，教学活动会更生动；再比如天文台，如果学校有天文台，这里往往也是高中地理的地盘，但高中物理介绍的万有引力定律和曲线运动中向心力的相关规律，却是各种天体运行的基本准则。跨越学科知识的运用校园素材，能让学生切实体会到，物理绝不仅仅是书本上的那一点点，物理学涉及的领域很大，它确实是门基础学科。

在“按图索骥”、“按需索取”地编排使用这些校园教学素材时还会发现，一个校园素材中常常不止包含一个可供教学的知识点，比如时间广场中的漏刻，单只漏壶滴水的速度受到壶中液位高度的影响，液位高时滴水速度较快，液位低时滴水速度较慢，而漏刻是一种典型的等时计时装置，因此其计时的准确度就取决于水流的均匀程度。为解决这一问题，古人设计了多级漏壶，不仅如此，如果要进一步提高精度，往往在漏壶需要保持恒定的水位线的地方开个孔，旁边再设置一个分水壶，以保证原有平水壶的水位保持恒定，从而其往受水壶里漏水的速度就能很均衡。这个景观细节作为中学物理中的液压知识点的实例来分析，是合适的。如此来运用校园素材进行教学，能让学生感受到物理可以改善我们的生活，生活中处处都有物理的用武之处。

2.方式二：无中生有、抛砖引玉。除了按照物理教材编排已有校园景观将其开发成可供教学的教学素材外，还能以“无中生有”、“抛砖引玉”的方式来开发新的教学素材。“无中生有”在这里并不是指凭空捏造，而是指配合学校整体需要而进行设计建设，而“抛砖引玉”则是指在原有基础上有目的、有针对性地进一步完善。

比如，在我校绿化上要使用的喷淋装置成为了这种开发方式的典型。首先，洒水器喷淋的范围问题简化后可以作为高一物理平抛运动的实例进行分析；再者，如果在喷淋系统的控制部分进一步考虑智能自动化的完善，这就是一个综合项目。实际操作中，在这个项目上我们的尝试分了四期去进行：第一期是对校园绿地花草进行基本喷淋系统的铺设；第二期是在专业技术人员的帮助下，进行定时定量喷淋的PLC程序设计；第三期是指导学生设计更先进的智能喷淋系统的控制装置替代之前定时定量喷淋的部分；第四期是低一届的学生在师兄师姐的指导下学会维护智能控制系统，并向再下一届新生传播相关知识。在这四期操作中，第一期就是配合校园生态环境的建设进行的“无中生有”，有了基本的喷淋系统就可以作为高一物理的教学素材进行喷淋范围因素的分析。第二期可以说是一次“抛砖”（第一期也可以看成“抛砖”），这里可以就生态节能方面让学生进行一个水量电量的监控，高中物理学知识足已应对。第三期“引玉”引来的“智能”可算是高科技了，但是在专业教师的指导下，学生也是可以参与设计的，这里要用到相当多的传感器，比如光控、温控、湿度控制等，实际设计出来的装置不仅达到了这些控制，还特别加入了“光电转换”的硅光电池，太阳能供电更加节能。另外，在电路控制部分中也少不了电磁阀、继电器等。在这个过程中，学生在专业教师的指导下一步步学习，一个功能一个功能的实现，动手动脑的能力得到很大的培养，最终完成时他们颇有成就感，而且对物理学科的学习积极性也大大提高。第四期也是“引玉”，这次引出的是人才是理念，通过师兄师姐给师弟师妹讲解，通过学生自主维护校园的设备设施，在营造校园更好环境的同时，学生的身心也在健康成长。

除了以上校园建设的实例，我们物理科组还参与了诸如校园池塘的“反渗式零排放智能循环过滤系统”、教室“日光灯节电研究”和“光能二次利用研究”等各种校园建设的项目，有选择地让学生参与了相关工程模型的部分设计。这些项目虽然其专业性、技术性很强，施工一般都是承包给校外的工程队，但是如果把其中涉及物理知识的部分联系到学生研究活动上来，就完全可以让学生一定程度地参与其中，即使参与条件不具备，也不妨分析其系统中涉及物理学科领域内如传感器、电磁阀、抗雷电装置等等的基本工作原理，这些涉及的大多是高二物理电与磁方面的知识，都可以在具体教学中作为素材。

三、开发校园物理教学素材的反馈和思考

在查阅“智能喷淋系统电路控制装置”资料时看到了一段学生感想：“在紧张的高二学习之余还能接触到课堂之外的知识，我们不仅没有感觉到学习压力，而且还感觉轻松、愉悦，或许因为我们学到的知识得到了实践，就感觉不到枯燥和乏味，相反还起到了减压作用”，“来自不同班级的我们因对物理的热爱与执着，我们相聚在这个意义非凡的物理项目中，学会了团结，学会了坚持。希望学校有更多科技研究项目，并且能有更多同学能参与其中。”

校园处处皆物理，生态理念下开发校园物理教学素材，就是希望能让学生不仅在书本上学习物理，而且在生活中认识物理，在实践中运用物理，达到学以致用、用以促学的目的。目前，在开发校园物理教学素材方面，我校已经利用上文中所阐述的“按图索骥、按需索取”的方式将现有校园设施初步编排出一个校园物理课本。高中生已经具备一定的物理基础知识，将来要更多地将校园中要建或在建项目与高中物理知识有机地结合起来，改变以课本和教辅资料为唯一学习资料的方式，改变课堂是唯一教学场所的教学方式。这样，不仅能让学生以参与实例研究来丰富学习生活，让学生在实践中提升对物理学习的兴趣，体会物理研究的意义，也能让学生更好地打造自身全方位的知识体系，掌握分析解决问题的科学方法，增加学生对学校热爱和责任感，促进学生和学校的和谐、持续、良性发展。

注释：

①[美]齐泽维茨PW,等.物理,原理与问题[M].钱振华, 等.译.杭州:浙江教育出版社,2008:17.

②余嘉云.生态化教学的理论与实践研究[D].南京:南京师范大学,2006:1-7.

李晓霞（1978-），女，浙江人，广东省广州市协和中学物理科组长，中学一级。