指向核心概念与关键能力的实验整合式教学

李进

摘 要：物理教学以实验为主，实验的分解与整合是必要的教学策略.然而只分解不整合，教学会偏离核心概念建构与关键能力提升的目标.本文先分析实验整合式教学的重要意义，再介绍物理实验整合的类型，并以中考复习“电功电热”教学片段为例，展现物理实验整合式教学实践.

关键词：物理教学;核心概念;关键能力;实验整合

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）16-0009-04

基金项目：2019年度南京市教研室重点教学研究课题：“区域推进下的物理实验整合式教学的实践研究”（项目编号：2019NJJK13-203）.

作者简介：李进（1978-），男，江苏邱州人，本科，中学高级教师，研究方向：物理教学、创新实验.

核心素养的提出综述了教学目标中对知识和技能、过程和方法、情感与价值观等方面的要求，为指向核心概念与关键能力的实际教学工作指明行动方向.物理学科的核心素养是指经历物理学习中形成的有着物理学科特征的思维品质、态度、观念和探究方法与技能.物理学习的主要形式是物理实验，只有通过物理实验才能帮助学生丰富探究过程中的提问、猜想、设计实验方案等经历，才能提升学生探知规律，建构知识体系等关键能力.然而，在实际教学中笔者发现有些实验活动存在着过分分解的现象，致使学生学习碎片化，不利于提升学生的物理学科关键能力，这正是“物理实验整合式教学”值得研究的原因.

1 什么是物理实验整合式教学

物理实验是因探究问题的证据需要，利用一些专业工具或专门技术对被研究对象或某些现象进行观察、测量，收集证据或数据，再加以分析，得出结论的过程.从这一定义中可以看出物理实验具有两个既矛盾又统一的性质：目的性和实证性.只强调实证忽视目的，会让物理实验陷入盲目研究之中，反之只重目的不在乎事实，实验的可信度大幅度降低.在实验过程中，根据研究目的尽可能地排除外界影响，突出主要因素，忽略次要因素，这就是实验分解.虽然实验分解是有必要的，而且广泛存在，但是实验的效能会严重降低，甚至丧失重大发现的机会，所以适当地整合实验十分必要.

整合（Integration）是“集结不同的意见或事物，重新统合，成为新的整体”（来源：辞典修订版）.物理实验整合是把几个“分解实验”通过有机融合，形成一个教学整体，从而有利于知识与技能、过程与方法等教学目标的达成.整合和分解两者在物理实验教学中相辅相成.没有分解，学生的探究活动会陷入多要素混乱的状态;没有整合，学生的探究会变得狭隘偏执，甚至于忽视参与探究活动的本质目的.

物理实验整合式教学是指教师以提升学生的关键能力为目标，努力创设情境，促成学生将教材中有相似性的、有相关性的、一器或一技多用、科学方法相同的几个实验联系在一起，从而简化教与学的过程，提高课堂教学效率的教学方式.例如，在一根弹性绳下悬挂一个重物的实验，其实蕴含着多个实验，有形变程度与外力的关系、重力与质量的关系、重力势能与弹性势能的转化、二力平衡以及力的作用是相互的等等.教学中一定是有侧重、有次序地分解研究，最后再加以整合，这才是一个完整的教学过程，才能避免学生只见树木不见森林.

2 物理实验整合式教学的类型

2.1 按照知識或技能的进阶过程，可分为横向整合式教学和纵向整合式教学

物理实验横向整合式教学不是简单地将几个实验组合，而是依据一个共同目的将实验要素重构，旨在防止实验过度分解造成学生形成思维定势、观念狭隘或操作技能偏颇.例如在研究压力的作用效果与哪些因素有关的实验教学中，苏科版教材为学生提供多种实验器材，学生可以自主选择，这样可以充分展现压力在不同物体表面上的作用效果，利于学生观察、比较，发现规律.在这部分内容的测评中也可以要求学生提供多个实验方案或评价实验方案优劣，还可以在测评的实验试题中涉及多个知识、技能要点.

纵向整合式教学是将分解在知识、技能等进阶过程中的不同实验整合到一起实施教学.例如，苏科版教材中，在学生学习过二力平衡知识后提出：为什么测量滑动摩擦力大小实验中要保证弹簧测力计在水平方向上匀速拉动木块？将探究滑动摩擦力影响因素与二力平衡条件两个实验整合，这样的实验整合应属于纵向整合，可以解决分解实验的诸多弊病.

其实，在苏科版初中物理教材中，实验整合是常见且显现的.许多章末都设计实验整合的反思问题，这就是物理实验整合测评与教学的基本样式.例如在学生学习过二力平衡后，对前一章学习中探究滑动摩擦力大小影响因素实验进行再次讨论.由于篇幅受限，本文不能就各种类型的实验整合逐一举例，在教材中这样的实验整合实例还有很多，都给予我们很好的启发，并能为广大教师的实际教学提供一个新视角.只要把教材中物理实验整合案例找出来，并加以分类和梳理，都会有所收获.

物理实验横向整合和纵向整合在实际运用中不要刻意分裂，要有侧重地互补使用.一般来说，在初学物理阶段以及新授课上以横向整合为主，但有时也需对前面学习过的内容进行纵向整合，在章末复习、期末或中考复习阶段，横向与纵向实验整合均适用于测评和教学.例如，测量滑动摩擦力的大小时，关于如何保证弹簧测力计能在水平方向上匀速拉动木块的实验操作问题，可以将前一节学习重力时的铅垂线实验与本实验整合，通过铅锤线稳定于竖直方向来判定木块匀速运动.当然对于为什么要这样做也是对后续实验的留白.待到二力平衡实验后再进行解答.

2.2 按照实验的要素，可分为器材整合式、技能整合式以及方法整合式

器材整合（一器多用）是指将不同的几个分解实验通过共用的实验器材整合到一起开展教学.例如，弹簧测力计、液体压强计、天平、斜面与木块、滑动变阻器等器材都在多个实验中使用，在测评与教学中，通过以某一器材的妙用为题把几个实验整合到一起，达到综合考查学生和全面育人的目标.在教学中，有教师尝试过以滑动变阻器的作用为题，将欧姆定律、测量未知电阻的阻值、测量用电器的电功率等实验整合到一起完成复习教学，取得很好的教学效果.

技能整合（一技多用）是指将几个不同的分解实验依据某一技能水平提升或水平测定的需要整合在一起.例如，天平的使用是一项重要的实验技能，不仅在使用天平测量物体质量的实验中对这一技能进行强化教学或着力评价，在探究物体的质量与体积的关系、测量物质密度等实验的教学与测评中都要求进一步提升该技能，把这一技能的测评作为一个中心目标，教师在命制试题时将几个原本八竿子打不到的实验整合在一起，可以更加全面地考查学生的知识与技能水平.

另外，技能整合与纵向整合也可以结合起来，即技能纵向整合.在初学物理时，由于学生的知识储备或测量、数据处理等技能达不到要求，有些实验采用定性研究.到中考复习时，学生的知识积累或技能提升到一定水平，教师可以变定性研究为定量研究.如压力的作用效果的影响因素实验在新授课中是定性实验，到学习过液体压强、大气压等知识后，对于压强与面积的关系可以尝试半定量或定量研究.再如，在测量凸透镜的焦距时，学生一直困惑于难以得到最小最亮的光斑，学习过电学后，教师可以将这个实验与利用光敏电阻设计电路的电学实验整合到一起，供学生实验研究.

实验方法整合（一法多用）是依据某一实验方法按照一定的逻辑关系对几个不同实验进行整合或者在一个实验中尽可能多地涉及到不同的实验方法.物理实验中常用的实验方法有转换法、控制变量法、理想化法等，学生常常会熟记这些方法的名词，而对这些实验方法没有深度领会.教师在教学中，也可以通过这些实验整合让学生更加深入地了解实验法.例如，理想化法在实验中应用很广泛，可是有的学生通过识记，只知道理想化法应用在研究真空不能传声和探究阻力对物体运动的影响（牛顿第一定律）实验中，实际上在初中物理实验中理想化法是广泛使用的，如在探究动滑轮的省力作用时，忽略动滑轮的自重、绳重和摩擦也是理想化方法.教学中，可以通过实验整合帮助学生深度领会该实验方法.

2.3 其它类型的实验整合式教学

实验整合式教学不能狭隘地理解为学科内的实验组合或重构，可以与劳动教育、信息技术、虚拟沉浸技术、综合实践活动以及其它学科整合，衍生出各种实验整合的类别.当然无论如何整合实验，都是为了在教学中充分发挥物理学科的育人价值，更加高效地提升学生的关键能力和思维品质.

3 物理实验整合式教学的实例与评析

3.1 物理实验整合教学的实例

教师如何进行教学设计和实施物理实验整合式教学呢？为了避免由于实验过于分解造成知识碎片化以及实验技能零散的现象，实验整合式教学把几个实验放在一起，让学生运用归类、比较、创新等策略重构实验，达到教学评一体，优化教学目的.以下是由南京师范大学附属中学仙林学校初中部贾丽老师开设的电学实验专题复习课，笔者全程参与了本节课的教学设计，并观察了课堂教学的实施过程.

案例：中考一轮复习“电功和电热”.

教师：关于“电功与电热”一章，我们做过哪些实验？

学生：实验一，验证电功与电压、电流的关系;实验二，测量小灯泡的电功率;实验三，探究影响电流热效应的因素.

教师：如果要从相似性角度进行对比复习，你觉得应该如何对这三个实验进行分类？

学生：将实验一和实验二归为一类，它们都是规律的探究和验证，用到相同的研究方法;实验三归为另一类，它属于规律的应用.

学生：也可以按照使用的实验器材来分类，实验一和实验三都使用小灯泡，它们归为一类;实验二使用带电热丝的装置，它归为另一类.

教师：同学们，我们对这些相似的实验进行分类时，会因分类标准不同，导致结果不同.如果通过列表就可以较为全面地发现它们的异同点，这样意义更大.你是否能通过比较分析填写表1.

追问：在实验一和实验二这两个实验中，小灯泡和带电热丝的装置都是通过能量转化来间接判断电功和电热大小的器材，这两个器材能否互换，为什么？

学生：可以互换，因为它们都是用电器.

学生：不能互换，因为它们是不同的用电器，工作原理不同.

学生：能用电热丝装置替换灯泡做电功实验，不过没有灯泡快捷，不能用灯泡替换电热丝装置，因为灯泡消耗的电能有一部分转化为光能，不便收集灯泡通电发热产生的全部内能.

3.2 物理实验整合式教学的评析

物理课堂教学有三要素：问题链、实验资源、评价.在本节教学中，执教者能围绕相关实验资源，使用问题链驱动学生思考问题，并及时评价，收集学生反馈的信息，对几个近似的实验加以整合，让学生通过对比，发现这些实验的异同点，从而让学生进一步深入理解实验设计的意义，以及实验中的关键方法.这就是实验整合式教学模式的基本架构.在这节教学中，还可以看到物理实验整合教学的价值所在，是能指向学生的关键能力.贾老师在实际授课过程中，不仅运用纵向的知识整合，还通过让学生实际操作，用多种方法测量小灯泡的额定电功率，将各种实验技能横向整合，并布置几道实验整合的习题用于课堂学习测评.

这是一轮中考复习，主要是分章节复习，所以受到课堂教学时间的限制不能更广泛地整合或重构实验.待到二轮更综合的专题复习时，教师还可以再将其它实验跟电学实验整合到一起.例如，提出问题：电热丝装置中使用煤油不用水，你知道为什么吗？再追问：电功实验不用灯泡，也不用电热丝装置，还可以用什么装置显示电流做功的多少？

3.3 物理实验整合式教学的注意事项

在实验整合式教学中需要注意几点：一是理清实验整合与实验分解的关系，为了突出关键问题，教学离不开实验的分解，没有分解实验，教学无法指向核心概念与关键能力，也不可能有后来的实验整合;二是实验整合与创新实验的关系，实验整合必然需要创新实验，两者没有矛盾，但是创新实验在深度研究方面要优于实验整合，实验整合对学生的能力培养更加全面;三是实验整合式教学与实验综合测评的关系，实际上实验综合测评能打破学生的思维定势，有助于全面测评学生的实验技能，在实验整合式教学中也要适当使用实验综合测评进行及时评价.

4 结语

在物理实验整合式教学中，教师不可轻视学生的实际情况以及学生所处的认知能力发展阶段.盲目的拓展引申知识或拔高实验技能要求都会造成学生厌学.“学不会”“不会学”在教学中都不是大问题，都是可以通过“教”解决的，一旦学生“会不学”，那就不好办了，小火慢炖总比熄火重燃要容易，所以教师在教学中要牢记保护学生的求知欲、兴趣以及进取心.也就是说无论如何整合实验都需要充分了解学生的知识学习水平和能力发展水平，并注意选择恰当的时间节点.

参考文献：

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（收稿日期：2021-04-25）